Какво е енергиен месар и какви са неговите конструктивни принципи на работа
Дефиниция: Енергиен съчетател е устройство, използвано за измерване на електрическата енергия, която е консумирана от електрическа нагрузка. Електрическата енергия се отнася до общата мощност, консумирана и използвана от нагрузката в определен период от време. Енергиените съчетатели се използват в домакински и индустриални AC вериги за измерване на мощността. Те са относително евтини и точни.
Конструкция на енергиен съчетател
Конструкцията на единнофазен енергиен съчетател е показана на следната фигура.
Енергиен съчетател се състои от четири основни компонента, а именно:
Надолу е предоставено детайлно обяснение на всеки компонент.
Придвижващ систем
Електромагнитът служи като основен компонент на придвижващия систем. Функционира като временен магнит, активиран от електрическия ток, минаващ през неговата бобина. Ядрото на този електромагнит е изработено от ламели от кремикови желязо.
В придвижващия систем има два електромагнита. Горният е известен като шунтиращ електромагнит, докато долният е известен като сериен електромагнит.
Централната част на магнита е оборудвана с медна лента, която е регулируема. Основната роля на тази медна лента е да подравни магнитния поток, генериран от шунтиращия магнит, по начин, който прави потока перпендикулярна на подадената напрегнатост.
Подвижен систем
Подвижният систем включва алюминиев диск, монтиран на легирани вал. Този диск е разположен във въздушната празнина между двата електромагнита. Когато магнитното поле се променя, в диска се индуцират завихрящи се токове. Тези завихрящи се токове взаимодействат с магнитния поток, генерирайки отклоняващ момент.
Когато електрическите устройства използват мощност, алюминиевият диск започва да се върти. След определен брой обиколки, дискът показва количеството използвана електрическа енергия от нагрузката. Броят на обиколките се брои в определен интервал от време, и дисък измерва мощността в киловат-часове.
Система за спиране
Постоянен магнит се използва, за да забави въртенето на алюминиевия диск. Когато дискът се върти, той индуцира завихрящи се токове. Тези завихрящи се токове взаимодействат с магнитния поток на постоянната магнит, създавайки тормозящ момент.
Този тормозящ момент противодейства на движението на диска, намалявайки скоростта му на въртене. Постоянният магнит е регулируем; чрез преместването му радиално, тормозещият момент може да бъде модифициран.
Регистриране (Механизъм за брой)
Основната функция на регистрацията, или механизма за брой, е да записва броя на обиколките на алюминиевия диск. Въртенето на диска е директно пропорционално на използваната електрическа енергия от нагрузката, измерена в киловат-часове.
Въртенето на диска се предава към стрелките на различни циферблати, за да се записват различни показания. Използваната енергия в киловат-часове се изчислява, умножавайки броя на обиколките на диска по константата на съчетателя. Конфигурацията на циферблата е показана на следната фигура.
Принцип на действие на енергиен съчетател
Енергиен съчетател включва алюминиев диск, чието въртене се използва за определяне на мощността, използвана от нагрузката. Този диск е разположен във въздушната празнина между сериен електромагнит и шунтиращ електромагнит. Шунтиращият магнит е оборудван с напрегнатостна бобина, докато сериен магнит има токоизмервателна бобина.
Напрегнатостната бобина генерира магнитно поле поради подадената напрегнатост, а токоизмервателната бобина произвежда магнитно поле в резултат на тока на нагрузката, минаващ през нея.
Магнитното поле, индуцирано от напрегнатостната (напряжение) бобина, закъснява магнитното поле на токоизмервателната бобина с 90°. Тази фазова разлика индуцира завихрящи се токове в алюминиевия диск. Взаимодействието между тези завихрящи се токове и комбинираният магнитен поток генерира момент, който прилага ротационна сила върху диска. Следователно, дисък започва да се върти.
Ротационната сила, действаща върху диска, е пропорционална на тока през токоизмервателната бобина и напрегнатостта през напрегнатостната бобина. Постоянният магнит в системата за спиране регулира въртенето на диска. Той противодейства на движението на диска, осигурявайки, че скоростта на въртене съответства на реалното използване на мощност. Циклометър (регистриращ механизъм) след това брои броя на обиколките на диска, за да квантифицира използваната енергия.
Теория на енергиен съчетател
Напрегнатостната бобина има относително голям брой витка, правейки я високо индуктивна. Магнитната верига на напрегнатостната бобина има много нисък път с малка релуктанция, благодарение на малката дължина на въздушната празнина в нейната магнитна структура. Токът Ip, минаващ през напрегнатостната бобина, задвижван от подадената напрегнатост, закъснява напрегнатостта с около 90° поради високата индуктивност на бобината.
Токът Ip генерира два магнитни потока, Φp, които са разделени на Φp1 и Φp2. Голяма част от потока Φp1 преминава през странната празнина поради ниската ѝ релуктанция. Потокът Φp2 преминава през диска и индуцира движещ момент, който кара алюминиевия диск да се върти.
Потокът Φp е пропорционален на приложената напрегнатост и закъснява напрегнатостта със 90°. Тъй като този поток е алтернативен, той индуцира завихрящ се ток Iep в диска.
Токът на нагрузката, минаващ през токоизмервателната бобина, индуцира поток Φs. Този поток генерира завихрящ се ток Ies в диска. Завихрящият се ток Ies взаимодейства с потока Φp, а завихрящият се ток Iep взаимодейства с Φs, резултиращ в друг момент. Тези два момента действат в противоположни посоки, и нетният момент е разликата между тях.
Фазовата диаграма на енергиен съчетател е показана на следната фигура.
Нека
V – приложена напрегнатост
I – ток на нагрузката
∅ – фазовият ъгъл на тока на нагрузката
Ip – напрегнатостен ъгъл на нагрузката
Δ – фазовият ъгъл между подадената напрегнатост и потока на напрегнатостната бобина
f – честота
Z – импеданс на завихрящите се токове
∝ – фазовият ъгъл на пътищата на завихрящите се токове
Eep – завихрящ се ток, индуциран от потока
Iep – завихрящ се ток, причинен от потока
Eev – завихрящ се ток, причинен от потока
Ies – завихрящ се ток, причинен от потока
Нетният движещ момент на диска се изразява като
където K1 – константа
Φ1 и Φ2 са фазовите ъгли между потоците. За енергиен съчетател приемаме Φp и Φs.
β – фазовият ъгъл между потоците Φp и Φp = (Δ – Φ), следователно
В стабилно състояние, скоростта на движещия момент е равна на тормозещия момент.
Скоростта на въртене е директно пропорционална на мощността.
Трехфазният енергиен съчетател се използва за измерване на големи потребления на мощност.
