क्या है एनर्जी मीटर और इसका निर्माण और कार्य सिद्धांत क्या हैं
परिभाषा: ऊर्जा मीटर एक उपकरण है जो विद्युत लोड द्वारा उपभोग की गई विद्युत ऊर्जा को मापने का काम करता है। विद्युत ऊर्जा एक निश्चित समयावधि में लोड द्वारा उपभोग और उपयोग की गई कुल शक्ति को संदर्भित करती है। ऊर्जा मीटर घरेलू और औद्योगिक AC सर्किट में शक्ति उपभोग को मापने के लिए प्रयोग किए जाते हैं। ये अपेक्षाकृत सस्ते और सटीक होते हैं।
ऊर्जा मीटर का निर्माण
नीचे दिए गए आंकड़े में एक फेज ऊर्जा मीटर का निर्माण दिखाया गया है।
ऊर्जा मीटर में चार मुख्य घटक होते हैं, यथा:
नीचे प्रत्येक घटक की विस्तृत व्याख्या दी गई है।
ड्राइविंग सिस्टम
इलेक्ट्रोमैग्नेट ड्राइविंग सिस्टम का मुख्य घटक है। यह एक अस्थायी चुंबक के रूप में काम करता है, जो इसके कुंडे में गुजरने वाली विद्युत धारा द्वारा सक्रिय होता है। इस इलेक्ट्रोमैग्नेट का कोर सिलिकॉन स्टील लैमिनेशन से बना होता है।
ड्राइविंग सिस्टम में दो इलेक्ट्रोमैग्नेट होते हैं। ऊपरी वाला शंट इलेक्ट्रोमैग्नेट के रूप में जाना जाता है, जबकि निचला वाला श्रृंखला इलेक्ट्रोमैग्नेट के रूप में जाना जाता है।
चुंबक का मध्य भाग एक तांबे की पट्टी से सुसज्जित होता है, जो समायोजित की जा सकती है। इस तांबे की पट्टी का मुख्य कार्य शंट चुंबक द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह को इस प्रकार संरेखित करना है ताकि यह आपूर्ति वोल्टेज के पूर्ण लंबवत हो।
मूविंग सिस्टम
मूविंग सिस्टम में एक एल्यूमिनियम डिस्क होता है जो एक अल्लोय शाफ्ट पर लगाया जाता है। यह डिस्क दो इलेक्ट्रोमैग्नेट के बीच के हवा के अंतराल में स्थित होता है। जैसे-जैसे चुंबकीय क्षेत्र बदलता है, डिस्क में विद्युत विकृतियाँ पैदा होती हैं। ये विद्युत विकृतियाँ चुंबकीय प्रवाह के साथ इंटरैक्ट करती हैं, जिससे एक विक्षेपण टोक उत्पन्न होता है।
जब विद्युत उपकरण शक्ति खींचते हैं, तो एल्यूमिनियम डिस्क घूमना शुरू कर देता है। एक निश्चित संख्या में घूर्णन के बाद, डिस्क लोड द्वारा उपभोग की गई विद्युत ऊर्जा की मात्रा को दर्शाता है। घूर्णन की संख्या एक निश्चित समयावधि में गिनी जाती है, और डिस्क शक्ति उपभोग को किलोवाट-घंटे में मापता है।
ब्रेकिंग सिस्टम
एक स्थायी चुंबक एल्यूमिनियम डिस्क के घूर्णन को धीमा करने का काम करता है। जैसे-जैसे डिस्क घूमता है, यह विद्युत विकृतियाँ पैदा करता है। ये विद्युत विकृतियाँ स्थायी चुंबक के चुंबकीय प्रवाह के साथ इंटरैक्ट करती हैं, जिससे एक ब्रेकिंग टोक उत्पन्न होता है।
यह ब्रेकिंग टोक डिस्क की गति का विरोध करता है, इसकी घूर्णन गति को कम करता है। स्थायी चुंबक समायोजित किया जा सकता है; इसे रेडियल रूप से फिर से स्थापित करके ब्रेकिंग टोक को बदला जा सकता है।
रजिस्टर (गिनने की व्यवस्था)
रजिस्टर या गिनने की व्यवस्था का मुख्य कार्य एल्यूमिनियम डिस्क के घूर्णनों को रिकॉर्ड करना है। डिस्क का घूर्णन लोड द्वारा उपभोग की गई विद्युत ऊर्जा के अनुक्रमानुपाती होता है, जो किलोवाट-घंटे में मापा जाता है।
डिस्क का घूर्णन विभिन्न डायल के पॉइंटरों को अलग-अलग रीडिंग रिकॉर्ड करने के लिए प्रसारित किया जाता है। किलोवाट-घंटे में ऊर्जा उपभोग डिस्क के घूर्णनों की संख्या को मीटर कंस्टेंट से गुणा करके गणना की जाती है। डायल की व्यवस्था नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाई गई है।
ऊर्जा मीटर का कार्य सिद्धांत
ऊर्जा मीटर में एक एल्यूमिनियम डिस्क होता है, जिसका घूर्णन लोड के शक्ति उपभोग को निर्धारित करने का काम करता है। यह डिस्क श्रृंखला इलेक्ट्रोमैग्नेट और शंट इलेक्ट्रोमैग्नेट के बीच के हवा के अंतराल में स्थित होता है। शंट चुंबक के पास एक दबाव कोइल होती है, जबकि श्रृंखला चुंबक के पास एक धारा कोइल होती है।
दबाव कोइल आपूर्ति वोल्टेज के कारण एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, और धारा कोइल लोड धारा के कारण एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।
वोल्टेज (दबाव) कोइल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र धारा कोइल के चुंबकीय क्षेत्र से 90° पीछे रहता है। यह दশा अंतर एल्यूमिनियम डिस्क में विद्युत विकृतियाँ पैदा करता है। ये विद्युत विकृतियाँ और संयुक्त चुंबकीय क्षेत्रों के बीच का इंटरैक्शन एक टोक उत्पन्न करता है, जो डिस्क पर घूर्णन बल लगाता है। इस परिणामस्वरूप डिस्क घूमना शुरू कर देता है।
डिस्क पर कार्य करने वाला घूर्णन बल धारा कोइल से गुजरने वाली धारा और दबाव कोइल पर वोल्टेज के अनुक्रमानुपाती होता है। ब्रेकिंग सिस्टम में स्थायी चुंबक डिस्क के घूर्णन को नियंत्रित करता है। यह डिस्क की गति का विरोध करता है, इस प्रकार घूर्णन गति वास्तविक शक्ति उपभोग के साथ एकरूप होती है। एक साइक्लोमीटर (रजिस्टरिंग मेकेनिज्म) फिर डिस्क के घूर्णनों की संख्या की गणना करता है ताकि ऊर्जा उपभोग को मापा जा सके।
ऊर्जा मीटर का सिद्धांत
दबाव कोइल में एक अपेक्षाकृत बड़ी संख्या में लपेट होती है, जिससे यह बहुत इंडक्टिव होता है। दबाव कोइल का चुंबकीय परिपथ इसकी चुंबकीय संरचना में छोटे वायु अंतराल की लंबाई के कारण बहुत कम रिलक्टेंस पथ रखता है। दबाव कोइल से गुजरने वाली धारा Ip आपूर्ति वोल्टेज द्वारा चलाई जाती है, जो इसकी उच्च इंडक्टेंस के कारण आपूर्ति वोल्टेज से लगभग 90° पीछे रहती है।
धारा Ip दो चुंबकीय प्रवाह Φp उत्पन्न करती है, जो आगे Φp1 और Φp2 में विभाजित होता है। Φp1 का एक बड़ा हिस्सा निम्न रिलक्टेंस के कारण साइड गैप से गुजरता है। Φp2 डिस्क से गुजरता है और एक ड्राइविंग टोक उत्पन्न करता है जो एल्यूमिनियम डिस्क को घूमने का कारण बनता है।
चुंबकीय प्रवाह Φp लगाए गए वोल्टेज के अनुपात में होता है और वोल्टेज से 90° पीछे रहता है। चूंकि यह प्रवाह एक्सीटिंग होता है, इसलिए यह डिस्क में एक विद्युत विकृति Iep उत्पन्न करता है।
लोड धारा धारा कोइल से गुजरती है और एक चुंबकीय प्रवाह &Φ;s उत्पन्न करती है। यह प्रवाह डिस्क में एक विद्युत विकृति Ies उत्पन्न करता है। विद्युत विकृति Ies चुंबकीय प्रवाह &Φ;p के साथ इंटरैक्ट करती है, और विद्युत विकृति Iep चुंबकीय प्रवाह &Φ;s के साथ इंटरैक्ट करती है, जिससे एक और टोक उत्पन्न होता है। ये दो टोक विपरीत दिशाओं में कार्य करते हैं, और नेट टोक उनके बीच का अंतर होता है।
ऊर्जा मीटर का फेजर आरेख नीचे दिखाया गया है।
माना
V - लगाया गया वोल्टेज
I - लोड धारा
∅ - लोड धारा का फेज कोण
Ip - दबाव कोइल का फेज कोण
&Δ - आपूर्ति वोल्टेज और दबाव कोइल चुंबकीय प्रवाह के बीच का फेज कोण
f - आवृत्ति
Z - विद्युत विकृति का इम्पीडेंस
∝ - विद्युत विकृति पथों का फेज कोण
Eep - चुंबकीय प्रवाह द्वारा उत्पन्न विद्युत विकृति
Iep - चुंबकीय प्रवाह द्वारा उत्पन्न विद्युत विकृति
Eev - चुंबकीय प्रवाह द्वारा उत्पन्न विद्युत विकृति
Ies - चुंबकीय प्रवाह द्वारा उत्पन्न विद्युत विकृति
डिस्क का नेट ड्राइविंग टोक निम्न प्रकार व्यक्त किया जाता है
जहाँ K1 - स्थिरांक
&Φ;1 और &Φ;2 चुंबकीय प्रवाहों के बीच के फेज कोण हैं। ऊर्जा मीटर के लिए हम &Φ;p और &Φ;s लेते हैं।
&β - चुंबकीय प्रवाह &Φ;p और &Φ;p के बीच का फेज कोण = (&Δ - &Φ;), इसलिए
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