Miben különbözik egy energia számláló és mi az építési működési elve?
Definíció: Az energia mérő eszköz, amely a széles használatban álló elektromos energiát méri, amely egy adott időszak alatt felhasznált teljes erőforrás. Az energia mérőket otthoni és ipari AC áramkörökben használják az áramerősség megmérésére. Ezek relatív olcsóak és pontosak.
Az energia mérő szerkezete
Egy fázisú energia mérő szerkezete a következő ábrán látható.
Az energia mérő négy fő komponensből áll, nevezetesen:
A minden egyes komponens részletes magyarázata lentebb található.
Meghajtó rendszer
Az elektromágnes a meghajtó rendszer központi komponense. Ez egy ideiglenes mágnes, amit az átmenő áram aktivál. Az elektromágnes magja silíciumvas rétegekből épül fel.
A meghajtó rendszerben két elektromágnes található. A felső a párhuzamos elektromágnes, míg az alsó a sorozatos elektromágnes.
Az elektromágnes középső lábán beállítható réz sáv található. Ennek a réz sávnak a fő feladata, hogy a párhuzamos mágnes által generált mágneses fluxust úgy igazítsa, hogy teljesen merőleges legyen a szolgáltatott feszültségre.
Mozgó rendszer
A mozgó rendszer egy alumínium lemez, amely fémötvözet tengelyre van raktatva. Ez a lemez a két elektromágnes közötti levegőhajlában helyezkedik el. Ahogy a mágneses mező változik, vízióáramok keletkeznek a lemezen. Ezek a vízióáramok interakcióba lépnek a mágneses fluxussal, és egy eltoló nyomatékot generálnak.
Amikor elektromos eszközök energiát használnak, az alumínium lemez elkezd forog. Egy bizonyos számú fordulat után a lemez megmutatja, mennyi elektromos energiát használt fel a terhelés. A fordulatok számát egy adott időintervallumon belül számolják, és a lemez kilowattórában méri az áramerősség felhasználását.
Lassító rendszer
Végtelen mágnes lassítja az alumínium lemez forgását. Amikor a lemez forog, vízióáramok keletkeznek benne. Ezek a vízióáramok interakcióba lépnek a végtelen mágnes mágneses fluxussal, és egy lassító nyomatékot generálnak.
Ez a lassító nyomaték ellenáll a lemez mozgásának, csökkentve a forgási sebességét. A végtelen mágnes beállítható; a rádiális helyzetének módosításával a lassító nyomaték módosítható.
Regisztráló (számláló) rendszer
A regisztráló vagy számláló rendszer fő feladata, hogy rögzítse az alumínium lemez fordulatainak számát. A lemez forgása arányos a terhelés által felhasznált elektromos energiával, amit kilowattórában mérünk.
A lemez forgása továbbítódik a különböző műsorszámlálók mutatóira, hogy különböző értékeket rögzítsenek. Az energiaszükséglet kilowattórában való kiszámítása a lemez fordulatainak számának a mérőállandóval történő szorzásával történik. A műsorszámláló konfigurációja a következő ábrán látható.
Az energia mérő működési elve
Az energia mérőben egy alumínium lemez fordulása alapján határozzák meg a terhelés által felhasznált energiát. Ez a lemez a sorozatos elektromágnes és a párhuzamos elektromágnes közötti levegőhajlában helyezkedik el. A párhuzamos mágneshez nyomáscirkulációs ciklus tartozik, míg a sorozatos mágneshez áramcirkulus.
A nyomáscirkulációs ciklus a szolgáltatott feszültség miatt generál mágneses mezőt, míg az áramcirkulus a terhelés által áthaladó áram miatt generál mágneses mezőt.
A feszültség (nyomáscirkulációs) ciklus által indukált mágneses mező 90 fokkal haladja meg az áramcirkulus mágneses mezőjét. Ez a fáziskülönbség vízióáramokat indukál az alumínium lemezen. Ezek a vízióáramok interakcióba lépnek a kombinált mágneses mezőkkel, és egy nyomatékot generálnak, amely forgótényezőt gyakorol a lemezre. Így a lemez elkezd forogni.
A lemezre ható forgótényező arányos az áramcirkulus által átvezetett árral és a nyomáscirkulációs cikluson lévő feszültséggel. A lassító rendszerben lévő végtelen mágnes szabályozza a lemez forgását. Ellenáll a lemez mozgásának, garantálva, hogy a forgási sebesség a tényleges energiaszükséglettel összhangban legyen. Egy cyclometer (regisztráló rendszer) számolja a lemez fordulatait, hogy kvantitatívan mérje az energiaszükségletet.
Az energia mérő elmélete
A nyomáscirkulációs ciklus viszonylag sok tekeretből áll, így nagyon induktív. A nyomáscirkulációs ciklus mágneses körútja nagyon alacsony ellenállású úton rendelkezik, mivel a mágneses szerkezetében nagyon kis levegőhajlás van. Az Ip áram, amely a nyomáscirkulációs cikluson átvezet, a szolgáltatott feszültség miatt körülbelül 90 fokkal haladja meg a szolgáltatott feszültséget, mivel a ciklus nagy induktivitása miatt.
Az Ip áram két mágneses fluxust generál, Φp, amely tovább osztódik Φp1-re és Φp2. A Φp1 fluxus nagy része a levegőhajlás miatt a mellékutat veszi át. A Φp2 fluxus a lemez átveszi, és egy hajtó nyomatékot generál, ami elindítja az alumínium lemez forgását.
A Φp fluxus arányos a felhasznált feszültséggel, és 90 fokkal haladja meg a feszültséget. Mivel ez a fluxus váltakozó, vízióáramokat indukál Iep a lemezen.
A terhelés által áthaladó áram az áramcirkulusban indukál egy Φs fluxust. Ez a fluxus egy Ies vízióáramot indukál a lemezen. Az Ies vízióáram interakcióba lép a Φp fluxussal, és az Iep vízióáram interakcióba lép a Φs fluxussal, ami egy másik nyomatékot generál. Ezek a két nyomaték ellentétes irányban hatnak, és a netto nyomaték a különbségük.
Az energia mérő fázis diagramja a következő ábrán látható.
Legyen
V – alkalmazott feszültség
I – terhelés által áthalt áram
∅ – a terhelés áramának fázisszöge
Ip – a terhelés nyomáscirkulációs szöge
Δ – a szolgáltatott feszültség és a nyomáscirkulációs fluxus közötti fázisszög
f – frekvencia
Z – a vízióáram impedanciája
∝ – a vízióáram útjának fázisszöge
Eep – a fluxus által indukált vízióáram
Iep – a fluxus miatt keletkező vízióáram
Eev – a fluxus miatt keletkező vízióáram
Ies – a fluxus miatt keletkező vízióáram
A lemez netto hajtó nyomatéka a következőképpen fejezhető ki
ahol K1 – állandó
Φ1 és Φ2 a fluxusok közötti fázisszögek. Az energia mérő esetében Φp és Φs.
β – a fluxusok Φp és Φp közötti fázisszög = (Δ – Φ), tehát
Állandó állapotban a hajtó nyomaték sebessége egyenlő a lassító nyomaték sebességével.
A forgás sebessége arányos az erővel.
A háromfázisú energia mérőt nagy energiaszükséglet mérésekor használják.
