Que é un contador de enerxía e cal é o seu principio de funcionamento e construción
Definición: Un contador de enerxía é un dispositivo usado para medir a enerxía eléctrica consumida por unha carga eléctrica. A enerxía eléctrica refírese ao poder total consumido e utilizado por unha carga durante un período específico de tempo. Os contadores de enerxía usáronse en circuitos AC domésticos e industriais para medir o consumo de enerxía. Son relativamente baratos e precisos.
Construción dun Contador de Enerxía
A construción dun contador de enerxía de unha fase está mostrada na figura a continuación.
O contador de enerxía consta de catro compoñentes principais, nomeadamente:
Abaixo proporcionase unha explicación detallada de cada compoñente.
Sistema Propulsor
O electroimán serve como o compoñente central do sistema propulsor. Funciona como un imán temporal, activado pola corrente eléctrica que pasa polo seu bobinado. O núcleo deste electroimán está construído con laminacións de acero silicio.
Dentro do sistema propulsor, hai dous electroimáns. O superior denomínase electroimán de derivación, mentres que o inferior coñécese como electroimán de serie.
A pata central do imán está equipada cunha banda de cobre, que é axustable. O papel principal desta banda de cobre é alinear o fluxo magnético xerado polo imán de derivación de maneira que sexa perfectamente perpendicular ao voltaxe fornecido.
Sistema Móbil
O sistema móbil ten un disco de aluminio montado nun eixe de liga. Este disco está situado no espazo aéreo entre os dous electroimáns. Cando o campo magnético cambia, inducense correntes de Foucault no disco. Estas correntes de Foucault interaccionan co fluxo magnético, xerando un momento de desvío.
Cando os dispositivos eléctricos consumen enerxía, o disco de aluminio comeza a xirar. Despois dun número determinado de rotacións, o disco indica a cantidade de enerxía eléctrica consumida pola carga. O número de rotacións conta-se durante un intervalo de tempo específico, e o disco mide o consumo de enerxía en quilovatios-hora.
Sistema de Frenado
Empregase un imán permanente para reducir a rotación do disco de aluminio. Cando o disco xira, inducense correntes de Foucault. Estas correntes de Foucault interaccionan co fluxo magnético do imán permanente, creando un momento de frenado.
Este momento de frenado opónse ao movemento do disco, reducindo a súa velocidade de rotación. O imán permanente é axustable; reubicándoo radialmente, pode modificarse o momento de frenado.
Rexistro (Mecanismo de Contaxe)
A función principal do rexistro, ou mecanismo de contaxe, é rexistrar o número de rotacións do disco de aluminio. A rotación do disco é directamente proporcional á enerxía eléctrica consumida pola carga, medida en quilovatios-hora.
A rotación do disco transmítese aos punteiros de diversos discos para rexistrar diferentes lecturas. O consumo de enerxía en quilovatios-hora calcula-se multiplicando o número de rotacións do disco polo constante do contador. A configuración dos discos amósase na figura a continuación.
Principio de Funcionamento do Contador de Enerxía
Un contador de enerxía ten un disco de aluminio, cuxa rotación úsase para determinar o consumo de potencia da carga. Este disco está situado no espazo aéreo entre o electroimán de serie e o electroimán de derivación. O imán de derivación está equipado cun bobinado de tensión, mentres que o imán de serie ten un bobinado de corrente.
O bobinado de tensión xera un campo magnético debido ao voltaxe de alimentación, e o bobinado de corrente produce un campo magnético como resultado da corrente de carga que pasa por el.
O campo magnético inducido polo bobinado de tensión (de derivación) atrasa o campo magnético do bobinado de corrente en 90º. Esta diferenza de fase inducense correntes de Foucault no disco de aluminio. A interacción entre estas correntes de Foucault e os campos magnéticos combinados xera un momento, que exerce unha forza rotatoria sobre o disco. En consecuencia, o disco comeza a xirar.
A forza rotatoria que actúa sobre o disco é proporcional á corrente a través do bobinado de corrente e ao voltaxe a través do bobinado de tensión. O imán permanente no sistema de frenado regula a rotación do disco. Oposa o movemento do disco, asegurando que a velocidade de rotación se alinee co consumo real de potencia. Un ciclómetro (mecanismo de rexistro) conta entón o número de rotacións do disco para cuantificar o uso de enerxía.
Teoría do Contador de Enerxía
O bobinado de tensión ten un número relativamente grande de voltas, facendo que sexa altamente inductivo. O circuito magnético do bobinado de tensión ten un camiño de baixa reluctancia, grazas á pequena lonxitude do aire no seu estrutura magnética. A corrente Ip que fluye polo bobinado de tensión, impulsada polo voltaxe de alimentación, atrasa o voltaxe de alimentación aproximadamente 90º debido á alta inductancia do bobinado.
A corrente Ip xera dous fluxos magnéticos, Φp, que se divide en Φp1 e Φp2. Unha parte importante do fluxo Φp1 pasa polo espazo lateral debido á súa baixa reluctancia. O fluxo Φp2 viaxa a través do disco e induce un momento de propulsión que fai que o disco de aluminio xire.
O fluxo Φp é proporcional ao voltaxe aplicado e atrasa o voltaxe por un ángulo de 90º. Como este fluxo é alternativo, inducense correntes de Foucault Iep no disco.
A corrente de carga que fluye polo bobinado de corrente induz un fluxo Φs. Este fluxo xera unha corrente de Foucault Ies no disco. A corrente de Foucault Ies interacciona co fluxo Φp, e a corrente de Foucault Iep interacciona co Φs, resultando noutro momento. Estes dous momentos actúan en direccións opostas, e o momento neto é a diferenza entre eles.
O diagrama fasorial do contador de enerxía amósase na figura a continuación.
Sexa
V – voltaxe aplicado
I – corrente de carga
∅ – o ángulo de fase da corrente de carga
Ip – ángulo de fase da carga
Δ – o ángulo de fase entre o voltaxe de alimentación e o fluxo do bobinado de tensión
f – frecuencia
Z – impedancia da corrente de Foucault
∝ – o ángulo de fase dos camiños de corrente de Foucault
Eep – corrente de Foucault inducida polo fluxo
Iep – corrente de Foucault debido ao fluxo
Eev – corrente de Foucault debido ao fluxo
Ies – corrente de Foucault debido ao fluxo
O momento de propulsión neto do disco exprésase como
onde K1 – constante
Φ1 e Φ2 son os ángulos de fase entre os fluxos. Para o contador de enerxía, tomamos Φp e Φs.
β – ángulo de fase entre os fluxos Φp e Φp = (Δ – Φ), polo tanto
No estado estacionario, a velocidade do momento de propulsión é igual ao momento de frenado.
A velocidade da rotación é directamente proporcional ao poder.
O contador de enerxía trifásico empregase para medir o gran consumo de enerxía.
