Što je energetski brojčalo i kakav je njegov način izrade i princip rada
Definicija: Merilo energije je uređaj koji se koristi za mjerenje električne energije potrošene od strane električnog opterećenja. Električna energija odnosi se na ukupnu snagu potrošenu i iskorištenu od strane opterećenja u određenom vremenskom periodu. Merila energije koriste se u domaćim i industrijskim AC kružnicama za mjerenje potrošnje snage. Ona su relativno jeftina i točna.
Konstrukcija merila energije
Konstrukcija jednofaznog merila energije prikazana je na sljedećoj slici.
Merilo energije sastoji se od četiri glavna komponenta, a to su:
Detaljno objašnjenje svake komponente dano je u nastavku.
Sustav pogona
Elektromagnet služi kao ključna komponenta sustava pogona. Funkcionira kao privremeni magnet, aktiviran strujom koja prođe kroz njegovu cijev. Jezgra ovog elektromagneta izrađena je od laminacija silicijske čelike.
Unutar sustava pogona nalaze se dva elektromagneta. Gornji se naziva shunt elektromagnet, dok donji se zove serijalni elektromagnet.
Srednji dio magneta opremljen je bakrenom trakom, koja je podešiva. Ključna uloga ove bakrene trake je poravnati magnetski tok generiran od strane shunt magneta na način da bude savršeno okomit na napon.
Pokretni sustav
Pokretni sustav sadrži aluminijasti disk postavljen na legirani stub. Taj disk smješten je unutar zraka između dva elektromagneta. Kako se magnetsko polje mijenja, induciraju se vihorevi struje u disku. Te vihoreve struje interagiraju s magnetskim tokom, stvarajući odbojni moment.
Kada električni uređaji povuku snagu, aluminijasti disk počinje rotirati. Nakon određenog broja rotacija, disk pokazuje količinu električne energije potrošene od strane opterećenja. Broj rotacija se prebrojava u određenom vremenskom intervalu, a disk mjeri potrošnju snage u kilovatno-satima.
Sustav kočnica
Trajno magnetsko se koristi kako bi usporio rotaciju aluminijastog diska. Dok disk rotira, induciraju se vihorevi struje. Ti vihorevi struje interagiraju s magnetskim tokom trajnog magnetskog, stvarajući kočni moment.
Ovaj kočni moment protivljenja kretanju diska, smanjujući njegovu rotacijsku brzinu. Trajno magnetsko je podešivo; pomicanjem ga radijalno, može se modificirati kočni moment.
Registracija (sustav brojanja)
Primarna funkcija registra ili sustava brojanja jest zapisivanje broja rotacija aluminijastog diska. Rotacija diska je direktno proporcionalna električnoj energiji potrošenoj od strane opterećenja, mjerenoj u kilovatno-satima.
Rotacija diska prenosi se na kazalice različitih stupaca za zabilježavanje različitih čitanja. Potrošnja energije u kilovatno-satima izračunava se množenjem broja rotacija diska konstantom merila. Konfiguracija stupaca prikazana je na sljedećoj slici.
Načelo rada merila energije
Merilo energije ima aluminijasti disk, čija se rotacija koristi za određivanje potrošnje snage opterećenja. Taj disk smješten je u zraku između serijalnog elektromagneta i shunt elektromagneta. Shunt magnet opremljen je cijevi pritiska, dok serijalni magnet ima strujnu cijev.
Cijev pritiska generira magnetsko polje zbog napajanja, a strujna cijev proizvodi magnetsko polje kao rezultat struje opterećenja koja prolazi kroz nju.
Magnetsko polje inducirano naponom (cijevi pritiska) zaostaje za magnetskim poljem strujne cijevi za 90°. Ova faza razlike inducira vihoreve struje u aluminijastom disku. Interakcija tih vihoreva struja i kombiniranih magnetskih polja generira moment, koji djeluje rotacijsku silu na disk. Tako disk počinje rotirati.
Rotacijska sila koja djeluje na disk je proporcionalna strujom kroz strujnu cijev i naponom na cijevi pritiska. Trajno magnetsko u sustavu kočnica regulira rotaciju diska. Suprotstavlja se kretanju diska, osiguravajući da se rotacijska brzina podudara s stvarnom potrošnjom snage. Ciclometar (sustav registracije) zatim prebrojava broj rotacija diska kako bi kvantificirao upotrebu energije.
Teorija merila energije
Cijev pritiska ima relativno veliki broj zavoja, što ju čini visoko induktivnom. Magnetski krug cijevi pritiska ima vrlo nisku putanju neprijatnosti, zahvaljujući maloj duljini zraka u njenoj magnetskoj strukturi. Struja Ip koja teče kroz cijev pritiska, pokrenuta napajanjem, zaostaje za napajanjem oko 90° zbog visoke induktivnosti cijevi.
Struja Ip generira dva magnetska toka, Φp, koji se dalje dijele na &Φ;p1 i &Φ;p2. Veći dio toka &Φ;p1 prolazi kroz bočni zrak zbog njegove niske putanje neprijatnosti. Tok &Φ;p2 putuje kroz disk i inducira pogonski moment koji uzrokuje rotaciju aluminijastog diska.
Trok &Φ;p je proporcionalan primjenjenom naponu i zaostaje za naponom za kut od 90°. Budući da je ovaj tok alternativni, inducira vihoreve struje Iep u disku.
Struja opterećenja koja teče kroz strujnu cijev inducira tok &Φ;s. Taj tok generira vihoreve struje Ies u disku. Vihoreve struje Ies interagiraju s tokom &Φ;p, a vihoreve struje Iep interagiraju s &Φ;s, rezultirajući drugim momentom. Ova dva momenta djeluju suprotno, a neto moment je razlika između njih.
Fazorski dijagram merila energije prikazan je na sljedećoj slici.
Neka je
V – primjenjeni napon
I – struja opterećenja
∅ – fazni kut struje opterećenja
Ip – fazni kut pritiska opterećenja
Δ – fazni kut između napajanja i toka cijevi pritiska
f – frekvencija
Z – impedancija vihoreva struje
∝ – fazni kut putova vihoreva struja
Eep – vihoreva struja inducirana tokom
Iep – vihoreva struja zbog toka
Eev – vihoreva struja zbog toka
Ies – vihoreva struja zbog toka
Neto pogonski moment diska izražen je kao
gdje je K1 – konstanta
&Φ;1 i &Φ;2 su fazni kutovi između tokova. Za merilo energije, uzimamo &Φ;p i &Φ;s.
&β; – fazni kut između tokova &Φ;p i &Φ;p = (&Δ; - &Φ;), dakle
U stanju ravnoteže, brzina pogonskog momenta jednaka je brzini kočnog momenta.
Brzina rotacije je direktno proporcionalna snazi.
Tri-fazno merilo energije koristi se za mjerenje velike potrošnje snage.
