Mis on energiameeter ja mis on selle ehituse ja tööpõhimõte?

Määratlus: Energiamõõtur on seade, mis kasutatakse elektrilise energiakulu mõõtmiseks elektrilisel koormal. Elektriline energia viitab kogu jõudlusele, mida koormas üle kindla perioodi nõutakse ja tarbitakse. Energiamõõturit kasutatakse kodumaistes ja tööstuslikus AC-voogudes jõudluse kulutamise mõõtmiseks. Need on suhteliselt odavad ja täpseted.

Energiamõõturi ehitus
Ühefaasi energiamõõturi ehitust näidatakse järgnevates joonistes. 

Energiamõõtur koosneb neljast peamisest komponendist, nimelt:

• Juhtimissüsteem

• Liigutussüsteem

• Pehmetesüsteem

• Registreerimissüsteem

Iga komponendi lõplik selgitus on allpool toodud.

Juhtimissüsteem

Elektromagnet on juhtimissüsteemi põhiline komponent. See funktsioneerib ajutise magneetina, mille aktiveerib elektrihoog, mis läbib selle spooli. Selle elektromagneti tuum on valmistatud silitsiumterase laminatsioonidest.

Juhtimissüsteemis on kaks elektromagnetit. Ülemine tuletab shunt-elektromagnetit, alumine aga sarielementide elektromagnetit.

• Serielementide elektromagnetit võivad pälvitada koorma vool, mis läbib voolispooli.

• Shunt-elektromagneti spool on otse ühendatud võimsuseallikaga, nii et see kannab voolu, mis on proportsionaalne shunt-spääriga. Seda spooli nimetatakse ka rõhu spooliks.

Magneeti keskmine liige on varustatud kestega, mida saab reguleerida. Kesse ülesanne on selle, et shunt-magneedi poolt tekitatud magnetvoo oleks täpselt risti vastavalt toitepingelega.

Liigutussüsteem

Liigutussüsteem sisaldab alumiiniumplatno, mis on paigutatud leegialega teljele. See platn on asetatud õhusambas kahete elektromagnetite vahel. Kui magnetväli muutub, siis platnis tekivad eddy voolud. Need eddy voolud interakteeruvad magnetvooluga, tekitades pöörlemomendi.

Kui elektriseadmed tarbivad võimu, alustab alumiiniumplatn pöördumist. Pärast teatud arvu pöörete tegemist näitab platn, kui palju elektrilist energiat on koormas tarbitud. Pöörete arv loetakse kindla aja jooksul, ja platn mõõdab jõudluse kulutamist kilowatt-tundides.

Pehmetesüsteem

Püsiva magneeti abil aeglustatakse alumiiniumplatni pööret. Kui platn pöörleb, siis selles tekivad eddy voolud. Need eddy voolud interakteeruvad püsiva magneedi poolt tekitatud magnetvooluga, tekitades pehmekulmepoole.

See pehmekulmepoole vastandab platni liikumist, vähendades selle pööret. Püsiv magneet on reguleeritav; radiaalselt seda ümberpaigutades, saab muuta pehmekulmepoole.

Registreerimine (arvestamismehehnika)

Registreerimise või arvestamismehehnika peamine ülesanne on registreerida alumiiniumplatni pöörete arvu. Platni pööret on otseproportsionaalne elektrilise energiakulu koormas, mis mõõdetakse kilowatt-tundides.

Platni pööret edastatakse erinevate tsifermustrite näidetele, et salvestada erinevaid lugemisi. Elektrilise energiakulu kilowatt-tundides arvutatakse korrutades platni pöörete arvu mõõturkonstandiga. Tsifermustrite konfiguratsioon on näidatud järgnevates joonistes.

Energiamõõturi töötamise printsiip

Energiamõõtur sisaldab alumiiniumplatno, mille pööret kasutatakse koorma jõudluse kulutamise määramiseks. See platn on paigutatud õhusambas sarielementide elektromagnetite ja shunt-elektromagnetite vahel. Shunt-magneetil on rõhu spool, sarielementide magneetil aga voolispool.

Rõhu spool tekitab magnetvoo toitepinge tõttu, voolispool aga tekitab magnetvoo koorma voolu läbimisel.

Pingespools (rõhu spool) poolt tekitatud magnetvoo fasaolukord on 90 kraadi tagapool vooluspools (voolispool) poolt tekitatud magnetvoolu suhtes. See fasaerinevus tekitab eddy voolud alumiiniumplatnis. Nende eddy voolude ja kombinatuursete magnetvoolude interaktsioon tekitab momendi, mis avaldab pöörelt jõudu platnil. Seega, platn hakkab pöörlema.

Platnil mõjutav pöörelt jõud on proportsionaalne voolspooli voolule ja rõhu spooli pingele. Püsiv magneet pehmekulmepoole süsteemis reguleerib platni pööret. See vastandab platni liikumist, tagades, et pööretkiirus vastaks tegelikule jõudluse kulutamisele. Siirdearvuti (registreerimismehehnika) loeb platni pöörete arvu, et kvantificeerida energiatarbimist.

Energiamõõturi teooria

Rõhu spoolil on suhteliselt palju windingu, mis muudab selle väga induktiivseks. Rõhu spooli magnetkäigu magneetiline takistus on väike, sest selle struktuuris on väike õhusamba. Vool I_p, mis läbib rõhu spooli, toitepinge tõttu, on umbes 90 kraadi tagapool toitepinge suhtes, sest spooli induktiivsus on kõrge.

Vool I_p tekitab kaks magnetvoolu, Φ_p, mis on jagatud Φ_p1 ja Φ_p2-ks. Suur osa voolust Φ_p1 läbib külgspaani, sest selle takistus on väike. Vool Φ_p2 liigub platni kaudu ja tekitab pöörelmomendi, mis pööratab alumiiniumplatni.

Vool Φ_p on proportsionaalne rakendatud voltaga ja on 90 kraadi tagapool voltaga. Kuna see vool on võltlev, siis see tekitab eddy voolu I_ep platnis.

Koorma vool, mis läbib voolispooli, tekitab voolu Φ_s. See vool tekitab eddy voolu I_es platnis. Eddy vool I_es interakteerub voolu Φ_pga, ja eddy vool I_ep interakteerub voolu Φ_sga, tekitades uue momendi. Need kaks momenti tegutsevad vastandlikes suundades, ja netto moment on nende vahe.

Energiamõõturi fasorjoonis on näidatud järgnevates joonistes.

Olgu
V – rakendatud voltage
I – koorma vool
∅ – koorma voolu fasaolukord
I_p – rõhu spooli koorma nurk
Δ – toitevoltaga ja rõhu spooli voolu vaheline fasaolukord
f – sagedus
Z – eddy voolu impedants
∝ – eddy vooluteede fasaolukord
E_ep – voolu poolt tekitatud eddy vool
I_ep – voolu poolt tekitatud eddy vool
E_ev – voolu poolt tekitatud eddy vool
I_es – voolu poolt tekitatud eddy vool

Platni netto pöörelmomendi väljendatakse kujul

kus K₁ – konstant

Φ₁ ja Φ₂ on voolude vahelised fasaolukorrad. Energiamõõturil võtame Φ_p ja Φ_s.

β – voolude Φ_p ja Φ_p vaheline fasaolukord = (Δ – Φ), seega

Stabiilse seisundis on juhtimismoment võrdne pehmekulmepoolega.

Pööretkiirus on otseproportsionaalne jõudlusega.

Kolme faasi energiamõõturit kasutatakse suure jõudluse kulutamise mõõtmiseks.