감응형 전력계
유도형 미터의 작동 원리와 구조는 매우 간단하고 이해하기 쉬워서 가정용 및 산업용 에너지 측정에 널리 사용됩니다. 모든 유도형 미터에는 두 개의 서로 다른 교류 전류로 생성되는 두 개의 자기 플럭스가 있습니다. 이들 교류 플럭스로 인해 유도 전동력이 발생하며, 한 지점에서 생성된 전동력(아래 그림 참조)은 다른 쪽의 교류 전류와 상호작용하여 토크를 생성합니다.
마찬가지로, 두 번째 지점에서 생성된 전동력은 첫 번째 지점의 교류 전류와 상호작용하여 반대 방향으로 토크를 다시 생성합니다. 따라서 이러한 두 가지 토크가 서로 다른 방향으로 작용하여 금속 디스크가 움직입니다. 이것이 유도형 미터의 기본 작동 원리입니다. 이제 편향 토크에 대한 수학적 표현을 도출해 보겠습니다. 첫 번째 지점에서 생성된 플럭스를 F1로, 두 번째 지점에서 생성된 플럭스를 F2로 가정하겠습니다. 이 두 플럭스의 순간적인 값을 다음과 같이 쓸 수 있습니다:
여기서, Fm1과 Fm2는 각각 플럭스 F1과 F2의 최대값이며, B는 두 플럭스 사이의 위상 차이입니다.
첫 번째 지점에서 유도된 전동력의 표현은 다음과 같습니다:
두 번째 지점에서는 다음과 같습니다. 따라서 첫 번째 지점에서의 회전 전류의 표현은 다음과 같습니다:
여기서, K는 어떤 상수이고 f는 주파수입니다.
F1, F2, E1, E2, I1 및 I2를 명확히 나타내는 벡터 다이어그램을 그리겠습니다. 벡터 다이어그램에서 I1과 I2는 각각 E1과 E2보다 각 A만큼 뒤집니다.
F1과 F2 사이의 각은 B입니다. 벡터 다이어그램에서 F2와 I1 사이의 각은 (90-B+A)이고, F1과 I2 사이의 각은 (90 + B + A)입니다. 따라서 편향 토크의 표현은 다음과 같습니다:
Td2의 표현은 다음과 같습니다:
총 토크는 Td1 – Td2이며, Td1와 Td2의 값을 대입하고 식을 단순화하면 다음과 같습니다:
이는 유도형 미터에서의 편향 토크의 일반적인 표현입니다. 이제 유도형 미터는 두 가지 유형으로 나뉩니다:
단상 유형
삼상 유형 유도형 미터
여기서 단상 유도형 미터에 대해 자세히 설명하겠습니다. 아래는 단상 유도형 미터의 사진입니다.
단상 유도형 에너지 미터는 다음과 같은 네 가지 중요한 시스템으로 구성됩니다:
구동 시스템:
구동 시스템은 압력 코일과 전류 코일이 감겨 있는 두 개의 전자석으로 구성됩니다. 위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 부하 전류가 흐르는 코일은 전류 코일이라고 하며, 공급 전압과 병렬로 연결되어 있는 코일(즉, 코일의 전압이 공급 전압과 동일한)은 압력 코일이라고 합니다. 위의 다이어그램에서 보듯이, 셔딩 밴드가 감겨 있어 플럭스와 적용 전압 사이의 각이 90도가 됩니다.
이동 시스템:
마찰을 최대한 줄이기 위해 부유 축 에너지 미터가 사용됩니다. 알루미늄과 같은 매우 가벼운 재료로 만들어진 회전 디스크는 어떠한 표면과도 접촉하지 않으며 공중에 떠 있습니다. 알루미늄 디스크가 어떻게 공중에 떠 있는지 궁금할 것입니다. 이를 이해하려면 이 특수 디스크의 구조를 살펴보아야 합니다. 실제로 이 디스크는 상부와 하부 표면에 작은 자석이 장착되어 있습니다. 상부 자석은 상부 베어링의 전자석에 끌리고, 하부 표면의 자석은 하부 베어링의 자석에 끌립니다. 따라서 이러한 반대 방향의 힘으로 가벼운 회전 알루미늄 디스크가 공중에 떠 있게 됩니다.
제동 시스템:
단상 유도형 에너지 미터에서는 알루미늄 디스크 근처에 영구 자석을 사용하여 제동 토크를 생성합니다.
계산 시스템:
미터에 표시된 숫자는 알루미늄 디스크의 회전 횟수에 비례하며, 이 시스템의 주요 기능은 알루미늄 디스크의 회전 횟수를 기록하는 것입니다. 이제 단상 유도형 미터의 작동 원리를 살펴보겠습니다. 이 미터의 작동을 이해하기 위해 아래의 다이어그램을 고려해 보겠습니다:
여기서 압력 코일은 매우 유도적인 성질을 가지고 있으며, 많은 수의 턴을 가지고 있다고 가정하겠습니다. 압력 코일을 통과하는 전류는 Ip이며, 전압보다 90도 늦게 발생합니다. 이 전류는 플럭스 F를 생성합니다. F는 Fg와 Fp로 나뉩니다.
Fg: 측면 간극을 가로지르는 작은 자기 저항 부분을 통해 이동합니다.
Fp: 알루미늄 디스크에서 구동 토크를 생성하는 역할을 합니다. 이는 높은 자기 저항 경로를 따라 이동하며, 압력 코일의 전류와 동위상입니다. Fp는 교류적 성질을 가지고 있으므로, 전동력 Ep와 전류 Ip가 생성됩니다. 위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 전류 코일을 통과하는 부하 전류는 알루미늄 디스크에서 플럭스를 생성하며, 이로 인해 금속 디스크에 교류 플럭스가 발생하여 회전 전류가 생성됩니다. 이 회전 전류는 플럭스 Fp와 상호작용하여 토크를 생성합니다. 우리는 두 개의 폴을 가지고 있으므로, 두 개의 토크가 서로 반대 방향으로 생성됩니다. 따라서 이미 논의한 유도형 미터의 이론에 따르면, 순 토크는 두 토크의 차이입니다.
유도형 미터의 장점
다음은 유도형 미터의 장점입니다:
이동철형 계측기와 비교하여 저렴합니다.
다른 계측기와 비교하여 무게 대비 토크가 높습니다.
넓은 온도 범위와 부하에서도 정확도를 유지합니다.
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