ما هو عداد الطاقة وما هي مبادئ عمله وإنشائه
التعريف: العداد الكهربائي هو جهاز يستخدم لقياس الطاقة الكهربائية المستهلكة بواسطة الحمل الكهربائي. تشير الطاقة الكهربائية إلى إجمالي الطاقة المستهلكة والمستخدمة بواسطة الحمل على مدى فترة زمنية محددة. تستخدم العدادات الكهربائية في الدوائر الكهربائية المنزلية والصناعية لتقييم استهلاك الطاقة. وهي نسبياً غير مكلفة ودقيقة.
بناء العداد الكهربائي
يظهر بناء عداد الطاقة ذات المرحلة الواحدة في الشكل أدناه.
يتكون العداد الكهربائي من أربعة مكونات رئيسية، وهي:
تتم تقديم شرح تفصيلي لكل مكون أدناه.
نظام الدفع
يعمل المغناطيس الكهربائي كمكون رئيسي لنظام الدفع. يعمل كمغناطيس مؤقت يتم تنشيطه بواسطة التيار الكهربائي الذي يمر عبر ملفه. يتم بناء مركز هذا المغناطيس الكهربائي من صفائح الصلب السيليكوني.
في نظام الدفع، يوجد مغناطيسان كهربائيان. يُشار إلى الأعلى باسم المغناطيس الكهربائي الموازي، بينما يُعرف السفلي بالمغناطيس الكهربائي المتسلسل.
يتم تجهيز الذراع الوسطى للمغناطيس بحزام النحاس القابل للتعديل. الدور الرئيسي لهذا الحزام النحاسي هو توجيه التدفق المغناطيسي الذي يولده المغناطيس الموازي بطريقة تجعله عمودياً تماماً على الجهد المطبق.
نظام الحركة
يتميز نظام الحركة بقرص من الألمنيوم مثبت على محور سبائك. يتم وضع هذا القرص في الفجوة الهوائية بين المغناطيسين الكهربائيين. عند تغير المجال المغناطيسي، يتم إثارة تيارات دوامية في القرص. تتفاعل هذه التيارات الدوامية مع التدفق المغناطيسي، مما ينتج عنه عزم دوران.
عندما تستهلك الأجهزة الكهربائية الطاقة، يبدأ قرص الألمنيوم بالدوران. بعد عدد معين من الدورات، يشير القرص إلى كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة بواسطة الحمل. يتم عد عدد الدورات على مدى فترة زمنية محددة، ويقيس القرص استهلاك الطاقة بوحدة الكيلوواط - ساعة.
نظام الفرملة
يتم استخدام مغناطيس دائم لتباطؤ دوران قرص الألمنيوم. أثناء دوران القرص، يتم إثارة تيارات دوامية. تتفاعل هذه التيارات الدوامية مع التدفق المغناطيسي للمغناطيس الدائم، مما ينتج عنه عزم فرملة.
يعارض هذا العزم الفرملة حركة القرص، مما يقلل من سرعته الدورانية. يمكن تعديل المغناطيس الدائم؛ عن طريق إعادة تمركزه بشكل عرضي، يمكن تعديل عزم الفرملة.
تسجيل (آلية العد)
الوظيفة الرئيسية لتسجيل أو آلية العد هي تسجيل عدد دورات قرص الألمنيوم. يتناسب دوران القرص بشكل مباشر مع الطاقة الكهربائية المستهلكة بواسطة الحمل، المقاسة بوحدة الكيلوواط - ساعة.
يتم نقل دوران القرص إلى المؤشرات المختلفة للأقراص لتسجيل قراءات مختلفة. يتم حساب استهلاك الطاقة بوحدة الكيلوواط - ساعة عن طريق ضرب عدد دورات القرص في ثابت العداد. تظهر تكوين الأقراص في الشكل أدناه.
مبدأ عمل العداد الكهربائي
يتميز العداد الكهربائي بقرص الألمنيوم، حيث يتم استخدام دورانه لتحديد استهلاك الطاقة بواسطة الحمل. يتم وضع هذا القرص في الفجوة الهوائية بين المغناطيس الكهربائي المتسلسل والمغناطيس الكهربائي الموازي. يتم تجهيز المغناطيس الموازي بملف الضغط، بينما يتم تجهيز المغناطيس المتسلسل بملف التيار.
يولد ملف الضغط مجالاً مغناطيسياً بسبب الجهد المطبق، ويقوم ملف التيار بإنتاج مجال مغناطيسي نتيجة لتمرير تيار الحمل عبره.
يتأخر المجال المغناطيسي المولد بواسطة ملف الجهد (الضغط) بمقدار 90 درجة عن المجال المغناطيسي لملف التيار. هذا الاختلاف في الطور يثير تيارات دوامية في قرص الألمنيوم. تتفاعل هذه التيارات الدوامية مع المجالات المغناطيسية المركبة، مما ينتج عنه عزم دوران يمارس قوة دورانية على القرص. وبالتالي، يبدأ القرص بالدوران.
تعتبر القوة الدورانية التي تعمل على القرص تناسبية للتيار عبر ملف التيار والجهد عبر ملف الضغط. يقوم المغناطيس الدائم في نظام الفرملة بتقييد دوران القرص. يعارض حركة القرص، مما يضمن أن سرعة الدوران تكون متوافقة مع الاستهلاك الفعلي للطاقة. ثم يقوم السيكلوميتر (آلية التسجيل) بحساب عدد دورات القرص لتقدير استخدام الطاقة.
نظرية العداد الكهربائي
يحتوي ملف الضغط على عدد كبير نسبياً من الحلقات، مما يجعله ذو انحصار عالي. يتمتع دائرة التدفق المغناطيسي لملف الضغط بمسار انحصار منخفض جداً، بفضل طول الفجوة الهوائية الصغيرة في هيكله المغناطيسي. التيار Ip المتدفق عبر ملف الضغط، مدفوعاً بالجهد المطبق، يتأخر عن الجهد المطبق بمقدار حوالي 90 درجة بسبب الانحصار العالي لملف الضغط.
يولد التيار Ip تدفقات مغناطيسية اثنين، Φp، والتي يتم تقسيمها إلى Φp1 و Φp2. يمر الجزء الأكبر من التدفق Φp1 عبر الفجوة الجانبية بسبب انحصاره المنخفض. يمر التدفق Φp2 عبر القرص ويثير عزماً دورانياً يسبب دوران قرص الألمنيوم.
التدفق Φp يتناسب مع الجهد المطبق ويتأخر عن الجهد بمقدار 90 درجة. بما أن هذا التدفق متغير، فإنه يثير تيار دوامي Iep في القرص.
يثير التيار الحمل المتدفق عبر ملف التيار تدفقاً Φs. ينتج هذا التدفق تيار دوامي Ies في القرص. يتفاعل التيار الدوامي Ies مع التدفق Φp، ويتفاعل التيار الدوامي Iep مع Φs، مما يؤدي إلى عزم دوران آخر. يعمل هذان العزمتان في اتجاهين متعاكسين، والعزوم الناتجة هي الفرق بينهما.
يظهر مخطط الفازور للعداد الكهربائي في الشكل أدناه.
لنفترض
V – الجهد المطبق
I – تيار الحمل
∅ – زاوية الطور لتيار الحمل
Ip – زاوية الضغط للحمل
Δ – زاوية الطور بين الجهد المطبق وتدفق ملف الضغط
f – التردد
Z – المقاومة الكلية للتيارات الدوامية
∝ – زاوية الطور للمسارات الدوامية
Eep – التيار الدوامي المثار بواسطة التدفق
Iep – التيار الدوامي نتيجة التدفق
Eev – التيار الدوامي نتيجة التدفق
Ies – التيار الدوامي نتيجة التدفق
يتم التعبير عن العزم الدوراني الصافي للقرص كما يلي
حيث K1 – ثابت
Φ1 و Φ2 هي زاوية الطور بين التدفقات. بالنسبة للعداد الكهربائي، نأخذ Φp و &Φ;s.
β – زاوية الطور بين التدفقات &Φ;p و &Φ;p = (&Δ – &Φ)، لذا
في حالة الاستقرار، تكون سرعة العزم الدوراني مساوية لعزم الفرملة.
تعتبر سرعة الدوران تناسبية للقوة.
يستخدم العداد ثلاثي الأطوار لقياس استهلاك الطاقة الكبيرة.
