מהו מד אנרגיה ואילו עקרונות בנייה ופעולה יש לו
הגדרה: מד אנרגיה הוא מכשיר המשמש למדידת האנרגיה החשמלית שהצרכן חשמלי צורך. אנרגיה חשמלית מתייחסת לסך כל הכוח הצרוך והמשומש על ידי הצרכן לאורך זמן מסוים. מדדי אנרגיה משמשים במעגלים חילופיים לתאגידים ופרטיים למדידת צריכת כוח. הם יחסית זולים ומדוייקים.
מבנה מד אנרגיה
המבנה של מד אנרגיה חד פאזה מתואר בתמונה שלהלן.
מד האנרגיה מורכב מארבעה רכיבים עיקריים, שהם:
הסבר מפורט לכל רכיב נתון להלן.
מערכת הנעה
האלקטרומגנט משמש כרכיב העיקרי של מערכת ההנעה. הוא פועל כמגנט זמני, שמתעורר על ידי הזרם החשמלי העובר דרך הסליל שלו. הליבה של האלקטרומגנט בנוי מאבץ סיליקון בשלמות.
במערכת ההנעה קיימים שני אלקטרומגנטים. האחד העליון נקרא אלקטרומגנט השונט, בעוד שאחד התחתון נקרא אלקטרומגנט הסדרה.
הליבה המרכזית של המגנט מצוידת בפס נחושת, שניתן להתאים אותו. התפקיד המרכזי של פס הנחושת הוא cănכיית השדה המגנטי שנוצר על ידי מגנט השונט באופן המאפשר לו להיות ממש אנכי לתחום המספק.
מערכת תנועה
מערכת התנועה כוללת דיסק אלומיניום המחובר לציר אבץ. הדיסק ממוקם בשטח האוויר בין שני האלקטרומגנטים. כאשר השדה המגנטי משתנה, מושרות זרמים סחרחים בדיסק. זרמים אלו מתפעלים עם השדה המגנטי, מפיקים מומנט הגה.
כאשר מכשירים חשמליים צורכים כוח, הדיסק האלומיניום מתחיל להסתובב. לאחר מספר מסובבים מסוים, הדיסק מצביע על כמות האנרגיה החשמלית שהצרכן צרך. מספר המסובבים נספר לאורך פרק זמן מסוים, והדיסק מודד צריכת כוח בקילוואט-שעות.
מערכת בלימה
מגנט קבוע משמש כדי להאט את הסיבוב של הדיסק האלומיניום. כשהדיסק מסתובב, הוא מוקרן זרמים סחרחים. זרמים אלו מתפעלים עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע, ומפיקים מומנט בלימה.
מומנט הבלימה מתנגד לתנועת הדיסק, מפחית את מהירות הסיבוב שלו. המגנט הקבוע ניתן להתאמה; באמצעות הזזתו רדיאלית, ניתן לשנות את מומנט הבלימה.
רישום (מנגנון ספירה)
התפקיד העיקרי של הרישום, או מנגנון הספירה, הוא לרשום את מספר הסיבובים של הדיסק האלומיניום. סיבוב הדיסק נמצא ביחס ישיר לאנרגיה החשמלית שהצרכן צורך, במונחים של קילוואט-שעות.
הסיבוב של הדיסק מעבר למצביעים של דיאגרמות שונות כדי לרשום קריאות שונות. צריכת האנרגיה בקילוואט-שעות מחושבת על ידי הכפלת מספר הסיבובים של הדיסק בחוזק המונה. תצורת הדיאגרמה מתוארת בתמונה שלהלן.
עקרון פעולת מד האנרגיה
מד אנרגיה כולל דיסק אלומיניום, שסיבובו משמש לקביעת צריכת הכוח של הצרכן. הדיסק ממוקם בשטח האוויר בין אלקטרומגנט הסדרה למגנט השונט. מגנט השונט מצויד בסליל לחץ, בעוד שמגנט הסדרה כולל סליל סדרה.
הסליל לחץ מייצר שדה מגנטי כתוצאה מתחום האספקה, והסליל הסדרה מייצר שדה מגנטי כתוצאה מהזרם המעבור דרכו.
השדה המגנטי הנוצר על ידי הסליל לחץ (מתח) מאוחר מהשדה המגנטי של הסליל הסדרה ב-90°. הפרש הפאזה זה מוקרן זרמים סחרחים בדיסק האלומיניום. האינטראקציה בין זרמי הסחרח לשדות המגנטיים המשולבים מפיק מומנט הגה, המפעיל כוח סיבובי על הדיסק. כתוצאה מכך, הדיסק מתחיל להסתובב.
הכוח הסיבובי הפועל על הדיסק נמצא ביחס ישיר לזרם הסדרה ולמתח על הסליל לחץ. המגנט הקבוע במערכת הבלימה מפקח על הסיבוב של הדיסק. הוא מתנגד לתנועת הדיסק, מבטיח שהמהירות הסיבובית מתאימה לצריכת הכוח האמיתית. ציקלומטר (מנגנון רישום) סופר את מספר הסיבובים של הדיסק כדי לכמת את השימוש באנרגיה.
תאוריה של מד האנרגיה
הסליל לחץ כולל מספר גדול יחסית של סיבובים, מה שהופך אותו מאוד אינ덕טיבי. מעגל המגנטי של הסליל לחץ כולל מסלול בעלות נמוכה מאוד, בזכות אורכו הקצר של שטח האוויר במבנה המגנטי שלו. הזרם Ip המעבור דרך הסליל לחץ, הנגרם על ידי מתח האספקה, מאוחר ממתח האספקה בערך ב-90° עקב האינדוקטיביות הגבוהה של הסליל.
הזרם Ip מפיק שני שדות מגנטיים, Φp, המפורק ל-Φp1 ו-Φp2. חלק גדול מהשדה Φp1 עובר דרך שטח הצד עקב בעלות נמוכה. השדה Φp2 עוברים דרך הדיסק ומפיקים מומנט הגה המוביל לדיסק האלומיניום להסתובב.
השדה Φp נמצא ביחס ישר למתח המסופק ומאוחר מהמתח בזווית של 90°. מכיוון שהשדה הזה הוא חילופי, הוא מוקרן זרם סחרח Iep בדיסק.
הזרם המעבור דרך הסליל הסדרה מפיק שדה מגנטי Φs. השדה הזה מוקרן זרם סחרח Ies בדיסק. הזרם הסחרח Ies מתפעל עם השדה Φp, והזרם הסחרח Iep מתפעל עם Φs, מפיק מומנט נוסף. שני המומנטים הללו פועלים בכיוונים מנוגדים, והמומנט הנקי הוא ההפרש ביניהם.
דיאגרמת הפאזור של מד האנרגיה מתוארת בתמונה שלהלן.
תהיינה
V - מתח מופעל
I - זרם הצריכה
∅ - זווית הפאזה של זרם הצריכה
Ip - זווית לחץ של הצריכה
Δ - זווית הפאזה בין מתח האספקה לשדה המגנטי של הסליל לחץ
f - תדר
Z - trở ngại של זרם הסחרח
∝ - זווית הפאזה של מסלולי הזרם הסחרח
Eep - זרם סחרח שנוצר על ידי השדה המגנטי
Iep - זרם סחרח כתוצאה מהשדה המגנטי
Eev - זרם סחרח כתוצאה מהשדה המגנטי
Ies - זרם סחרח כתוצאה מהשדה המגנטי
המומנט הנקי של הדיסק מתואר כ
כאשר K1 - קבוע
Φ1 ו-Φ2 הם זוויות הפאזה בין השדות המגנטיים. עבור מד אנרגיה, אנחנו לוקחים Φp ו-Φs.
β - זווית הפאזה בין השדות המגנטיים Φp ו-Φp = (Δ - Φ), לכן
במצב יציב, מהירות המומנט הנע שווה למהירות מומנט הבלימה.
מהירות הסיבוב היא ביחס ישיר לכוח.
מד אנרגיה של שלושה פאזה משמש למדידת צריכת כוח גדולה.
