Contatori a induzione
Il principio di funzionamento e la costruzione del contatore a induzione è molto semplice e facile da comprendere, motivo per cui questi sono ampiamente utilizzati per misurare l'energia nel mondo domestico e industriale. In tutti i contatori a induzione abbiamo due flussi prodotti da due diverse correnti alternative su un disco metallico. A causa dei flussi alternati, c'è una f.e.m. indotta, la f.e.m. prodotta in un punto (come mostrato nella figura sottostante) interagisce con la corrente alternata dall'altro lato, risultando nella produzione di un momento.
Analogamente, la f.e.m. prodotta al punto due interagisce con la corrente alternata al punto uno, risultando nuovamente nella produzione di un momento ma in direzione opposta. Pertanto, a causa di questi due momenti che si dirigono in direzioni diverse, il disco metallico si muove.
Questo è il principio di base del funzionamento di un contatore a induzione. Ora deriviamo l'espressione matematica per il momento di deflessione. Consideriamo il flusso prodotto al punto uno uguale a F1 e il flusso al punto due uguale a F2. Ora i valori istantanei di questi due flussi possono essere scritti come:
Dove, Fm1 e Fm2 sono rispettivamente i valori massimi dei flussi F1 e F2, B è la differenza di fase tra i due flussi.
Possiamo anche scrivere l'espressione per le f.e.m. indotte al punto uno come
al punto due. Quindi abbiamo l'espressione per le correnti di vortice al punto uno come
Dove, K è una costante e f è la frequenza.
Traiamo ora un diagramma fasore che mostri chiaramente F1, F2, E1, E2, I1 e I2. Dal diagramma fasore, è chiaro che I1 e I2 sono rispettivamente in ritardo rispetto a E1 e E2 di un angolo A.
L'angolo tra F1 e F2 è B. Dal diagramma fasore, l'angolo tra F2 e I1 è (90-B+A) e l'angolo tra F1 e I2 è (90 + B + A). Quindi scriviamo l'espressione per il momento di deflessione come
Analogamente l'espressione per Td2 è,
Il momento totale è Td1 – Td2, sostituendo i valori di Td1 e Td2 e semplificando l'espressione otteniamo
Che è nota come l'espressione generale per il momento di deflessione nei contatori a induzione. Ora esistono due tipi di contatori a induzione e sono scritti come segue:
Tipo monofase
Tipo trifase contatori a induzione.
Qui discuteremo in dettaglio del tipo monofase a induzione. Sotto è riportata l'immagine del contatore monofase a induzione.
Il contatore monofase a induzione consiste di quattro sistemi importanti che sono elencati come segue:
Sistema di trazione:
Il sistema di trazione consiste in due elettromagneti su cui sono avvolte le spire di pressione e le spire di corrente, come mostrato sopra nel diagramma. La spira che contiene la corrente di carico è chiamata spira di corrente, mentre la spira che è in parallelo con la tensione di alimentazione (cioè la tensione sulla spira è la stessa della tensione di alimentazione) è chiamata spira di pressione. Le bande di schermatura sono avvolte come mostrato sopra nel diagramma in modo da rendere l'angolo tra il flusso e la tensione applicata uguale a 90 gradi.
Sistema mobile:
Per ridurre l'attrito al massimo, viene utilizzato un contatore a energia con albero galleggiante, l'attrito è ridotto al massimo perché il disco rotante, realizzato con materiale leggero come l'alluminio, non è a contatto con alcuna superficie. Galleggia nell'aria. Una domanda potrebbe sorgere: come fa il disco di alluminio a galleggiare nell'aria? Per rispondere a questa domanda dobbiamo vedere i dettagli costruttivi di questo disco speciale, in effetti esso è composto da piccoli magneti sulle superfici superiore e inferiore. Il magnete superiore è attratto da un elettromagnete nel cuscinetto superiore, mentre il magnete della superficie inferiore è attratto verso il magnete del cuscinetto inferiore, quindi a causa di queste forze opposte, il leggero disco rotante di alluminio galleggia.
Sistema frenante:
Un magnete permanente viene utilizzato per produrre un momento frenante nei contatori a induzione monofase, che sono posizionati vicino all'angolo del disco di alluminio.
Sistema di conteggio:
I numeri segnati sul contatore sono proporzionali alle rivoluzioni compiute dal disco di alluminio, la funzione principale di questo sistema è registrare il numero di rivoluzioni compiute dal disco di alluminio. Ora diamo un'occhiata all'operazione di funzionamento del contatore monofase a induzione. Per comprendere il funzionamento di questo contatore, consideriamo il diagramma sottostante:
Abbiamo assunto che la spira di pressione sia altamente induttiva e sia composta da un numero molto elevato di spire. La corrente che scorre nella spira di pressione è Ip che è in ritardo rispetto alla tensione di 90 gradi. Questa corrente produce un flusso F. F è diviso in due parti Fg e Fp.
Fg che si muove nella parte di riluttanza minima attraverso le fessure laterali.
Fp: È responsabile della produzione del momento di trazione nel disco di alluminio. Si muove lungo un percorso di riluttanza elevata ed è in fase con la corrente nella spira di pressione. Fp è alternato e quindi produce una f.e.m. Ep e una corrente Ip. La corrente di carico, mostrata nel diagramma sopra, che scorre nella spira di corrente, produce un flusso nel disco di alluminio, e a causa di questo flusso alternato sul disco metallico, viene prodotta una corrente di vortice che interagisce con il flusso Fp risultando nella produzione di un momento. Poiché abbiamo due poli, vengono prodotti due momenti che si oppongono. Pertanto, dalla teoria del contatore a induzione che abbiamo già discusso sopra, il momento netto è la differenza tra i due momenti.
Vantaggi dei Contatori a Induzione
Ecco alcuni vantaggi dei contatori a induzione:
