Mikä on energiamittari ja mitkä ovat sen rakennus ja toimintaperiaate
Määritelmä: Energiamittari on laite, jota käytetään mittamaan sähköverkon kulutuksen aiheuttamaa sähköenergiaa. Sähköenergia tarkoittaa kokonaisvoimakulutusta, jonka verkkoon yhdistetty laite käyttää tietyssä ajassa. Energiamittarit käytetään kotitalouksissa ja teollisuudessa vaihtosähköverkossa voimakulutuksen mittaamiseen. Ne ovat suhteellisen edullisia ja tarkkoja.
Energiamittarin rakenne
Yksivaiheisen energiamittarin rakenne on näkyvissä alla olevassa kuvassa.
Energiamittari koostuu neljästä pääkomponentista, nimittäin:
Jokaisesta komponentista annetaan yksityiskohtainen selitys alla.
Ajastusjärjestelmä
Sähkömagneetti toimii ajastusjärjestelmän keskeisenä komponenttina. Se toimii väliaikaisena magneettina, joka aktivoituu sähkövirran kulkemisesta sen piirin läpi. Tämän sähkömagneetin ydin on rakennettu silikonsiteriinin laminaatioista.
Ajastusjärjestelmässä on kaksi sähkömagneettia. Ylempää kutsutaan shunttisähkömagneetiksi, kun taas alempi on sarjasähkömagneetti.
Magneetin keskiossa on säädettävä kuparitahti. Tämän kuparitahtin tärkeä rooli on tasata shunttimagneetin aiheuttamaa magneettifluxua siten, että se on täysin kohtisuorassa tarjottuun jännitteeseen nähden.
Liikkuva järjestelmä
Liikuva järjestelmä sisältää alumiiniplaatteen, joka on asennettu alliageharppaan. Tämä plaatte on sijoitettu kahden sähkömagneetin välille. Kun magneettikenttä muuttuu, plaatteessa induktoidaan pyörviävirta. Nämä pyörviävirrat vuorovaikutavat magneettifluxun kanssa, mikä luo poistohermolla.
Kun sähkölaitteet kuluttavat energiaa, alumiiniplaatte alkaa kiertää. Tietyssä kierrosmäärässä plaatte ilmaisee kulutettujen sähköenergian määrän. Kierrosten määrä lasketaan tietylle ajanjaksolle, ja plaatte mitataan voimakulutusta kilowattitunteina.
Jarrutusjärjestelmä
Pysyvä magneetti käytetään hidastaakseen alumiiniplaatteen kiertoa. Kun plaatte kierrää, siinä induktoidaan pyörviävirta. Nämä pyörviävirrat vuorovaikutavat pysyvän magneetin magneettifluxun kanssa, mikä luo jarrutushermolla.
Tämä jarrutushermolla vastustaa plaatteen liikettä, vähentäen sen kiertonopeutta. Pysyvä magneetti on säädettävä; radiaalisesti uudelleensijoittamalla sitä jarrutushermolla voidaan muuttaa.
Rekisteröinti (laskentajärjestelmä)
Rekisteröinnin tai laskentajärjestelmän päätavoite on kirjata alumiiniplaatteen kierrokset. Plaatteen kiertomäärä on suoraan verrannollinen sähköenergian kulutukseen, mitattuna kilowattitunteina.
Plaatteen kierto välitetään eri mittareiden osoittimiin eri lukemisten tallentamiseksi. Kulutettu energia kilowattitunteina lasketaan kertomalla plaatteen kierrokset mittarin vakiona. Mittarin konfiguraatio on näkyvissä alla olevassa kuvassa.
Energiamittarin toimintaperiaate
Energiamittarissa on alumiiniplaatte, jonka kiertoa käytetään määrittämään verkon voimakulutusta. Tämä plaatte on sijoitettu sarjasähkömagneetin ja shunttisähkömagneetin välille. Shunttimagneetilla on painepiiri, kun taas sarjamagneetilla on virrapiiri.
Painepiiri tuottaa magneettikentän tarjotun jännitteen ansiosta, ja virrapiiri tuottaa magneettikentän kulutuksen aiheuttaman virran ansiosta.
Jännitteen (paineen) piirin aiheuttama magneettikenttä viivästyy virrapiirin magneettikentän jälkeen 90°. Tämä vaiheero ero aiheuttaa pyörviävirtauksen alumiiniplaatteen. Näiden pyörviävirtojen ja yhdistettyjen magneettikenttien vuorovaikutus luo hermolla, joka vaikuttaa pyörimävoima plaatteen. Tämän seurauksena plaatte alkaa kiertää.
Pyörimävoima, joka vaikuttaa plaatteen, on verrannollinen virran kautta kulkevaan virraan ja jännitteeseen painepiirin yli. Pysyvä magneetti jarrutusjärjestelmässä säätelee plaatteen kiertoa. Se vastustaa plaatteen liikettä, varmistamalla, että kiertonopeus on linjassa todellisen voimakulutuksen kanssa. Syklometri (rekisteröintijärjestelmä) lasketaan plaatteen kierrokset määrittää energiaa käytetyn määrän.
Energiamittarin teoria
Painepiirillä on suhteellisen suuri pyrkkiä, joka tekee siitä erittäin induktiivisen. Painepiirin magneettinen piiri on hyvin pienellä ilmavaikutuksella, koska sen magneettirakenteen ilmavaikutus on hyvin lyhyt. Virta Ip kulkee painepiirin kautta, jota tarjottu jännite ohjaa, viivästyy noin 90° tarjotun jännitteen jälkeen piirin korkean induktiivisuuden vuoksi.
Virta Ip tuottaa kaksi magneettifluxua, Φp, joka on jaettu Φp1 ja Φp2. Suuri osa fluxusta Φp1 kulkee sivusuunnassa sen alhaisen vastustuksen vuoksi. Fluxu Φp2 kulkee plaatteen kautta ja aiheuttaa ajohermolla, joka saa alumiiniplaatteen kiertämään.
Fluxu Φp on verrannollinen sovitettuun jännitteeseen ja viivästyy jännitteen jälkeen kulmassa 90°. Koska tämä fluxu vaihtelee, se induktoidaan pyörviävirta Iep plaatteen.
Kulutusvirran kuluminen virrapiirin kautta aiheuttaa fluxun Φs. Tämä fluxu generoi pyörviävirta Ies plaatteen. Pyörviävirta Ies vaihdellaan fluxulla Φp, ja pyörviävirta Iep vaihdellaan Φs, mikä johtaa toiseen hermolla. Nämä kaksi hermolla toimivat päinvastaisissa suunnissa, ja nettohermolla on niiden erotus.
Energiamittarin fasori diagrammi on näkyvissä alla olevassa kuvassa.
Olkoon
V – sovitettu jännite
I – kulutusvirta
∅ – kulutusvirran vaihekulma
Ip – painekulma
Δ – sovitettu jännite ja painepiirin fluxun vaihekulma
f – taajuus
Z – pyörviävirran impedanssi
∝ – pyörviävirtojen vaihekulma
Eep – fluxun aiheuttama pyörviävirta
Iep – fluxun aiheuttama pyörviävirta
Eev – fluxun aiheuttama pyörviävirta
Ies – fluxun aiheuttama pyörviävirta
Nettoajohermolla plaatteen ilmaistaan
missä K1 – vakio
Φ1 ja Φ2 ovat fluxujen vaihekulmat. Energiamittarin käsittelyssä otamme Φp ja Φs.
β – fluxujen Φp ja Φp vaihekulma = (Δ – Φ), siksi
Steady state -tilassa ajohermolla on sama nopeus kuin jarrutushermosta.
Kiertonopeus on suoraan verrannollinen voimaan.
Kolmivaiheinen energiamittari käytetään suurempien voimakulutusten mittaamiseen.
