Apakah Meter Tenaga dan Apakah Prinsip Pembuatan dan Kerjaannya
Definisi: Meter tenaga adalah peranti yang digunakan untuk mengukur tenaga elektrik yang dihabiskan oleh beban elektrik. Tenaga elektrik merujuk kepada jumlah kuasa yang dihabiskan dan digunakan oleh beban dalam tempoh masa tertentu. Meter tenaga digunakan dalam litar AC domestik dan industri untuk mengukur penggunaan kuasa. Mereka agak murah dan tepat.
Pembinaan Meter Tenaga
Pembinaan meter tenaga fasa tunggal ditunjukkan dalam gambarajah di bawah.
Meter tenaga terdiri daripada empat komponen utama, iaitu:
Penjelasan terperinci setiap komponen diberikan di bawah.
Sistem Pemacu
Elektromagnet bertindak sebagai komponen utama sistem pemacu. Ia berfungsi sebagai magnet sementara, diaktifkan oleh arus elektrik yang melalui gegelungnya. Inti elektromagnet ini dibina daripada laminasi besi silikon.
Dalam sistem pemacu, terdapat dua elektromagnet. Yang atas dipanggil elektromagnet shunt, manakala yang bawah dikenali sebagai elektromagnet siri.
Anggota tengah magnet dilengkapi dengan jalur kuprum, yang boleh disesuaikan. Peranan utama jalur kuprum ini adalah untuk menyelaraskan fluks magnet yang dihasilkan oleh magnet shunt sedemikian rupa sehingga ia menjadi tegak lurus sempurna dengan voltan yang dibekalkan.
Sistem Bergerak
Sistem bergerak mempunyai cakera aluminium yang dipasang pada poros aloi. Cakera ini ditempatkan dalam ruang udara antara kedua-dua elektromagnet. Apabila medan magnet berubah, arus eddy diinduksi dalam cakera. Arus eddy ini berinteraksi dengan fluks magnet, menghasilkan tork penolakan.
Apabila peranti elektrik menggunakan kuasa, cakera aluminium mula berputar. Selepas beberapa putaran, cakera menunjukkan jumlah tenaga elektrik yang dihabiskan oleh beban. Jumlah putaran dikira dalam tempoh masa tertentu, dan cakera mengukur penggunaan kuasa dalam kilowatt-jam.
Sistem Pemecutan
Magnet kekal digunakan untuk melambatkan putaran cakera aluminium. Apabila cakera berputar, ia menginduksi arus eddy. Arus eddy ini berinteraksi dengan fluks magnet magnet kekal, menghasilkan tork pemecutan.
Tork pemecutan ini menentang gerakan cakera, mengurangkan kelajuan putaran. Magnet kekal boleh disesuaikan; dengan mengubah posisinya secara radial, tork pemecutan boleh diubahsuai.
Pendaftaran (Mekanisme Penghitungan)
Fungsi utama pendaftaran, atau mekanisme penghitungan, adalah untuk merekod jumlah putaran cakera aluminium. Putaran cakera berkadar langsung dengan tenaga elektrik yang dihabiskan oleh beban, diukur dalam kilowatt-jam.
Putaran cakera disalurkan kepada penunjuk pelbagai dial untuk merekod pembacaan yang berbeza. Penggunaan tenaga dalam kilowatt-jam dikira dengan menggandakan jumlah putaran cakera dengan pemalar meter. Konfigurasi dial ditunjukkan dalam gambarajah di bawah.
Prinsip Kerja Meter Tenaga
Meter tenaga mempunyai cakera aluminium, di mana putarannya digunakan untuk menentukan penggunaan kuasa beban. Cakera ini ditempatkan dalam ruang udara antara elektromagnet siri dan elektromagnet shunt. Magnet shunt dilengkapi dengan gegelung tekanan, manakala magnet siri mempunyai gegelung arus.
Gegelung tekanan menghasilkan medan magnet akibat voltan bekalan, dan gegelung arus menghasilkan medan magnet hasil dari arus beban yang melaluinya.
Medan magnet yang diinduksi oleh gegelung voltan (tekanan) tertinggal medan magnet gegelung arus sebanyak 90°. Perbezaan fasa ini menginduksi arus eddy dalam cakera aluminium. Interaksi antara arus eddy ini dengan medan magnet gabungan menghasilkan tork, yang memberikan daya putar pada cakera. Oleh itu, cakera mula berputar.
Daya putar yang bertindak pada cakera berkadar dengan arus melalui gegelung arus dan voltan merentasi gegelung tekanan. Magnet kekal dalam sistem pemecutan mengatur putaran cakera. Ia menentang pergerakan cakera, memastikan kelajuan putaran sepadan dengan penggunaan kuasa sebenar. Sebuah siklometer (mekanisme pendaftaran) kemudian menghitung jumlah putaran cakera untuk mengkuantiti penggunaan tenaga.
Teori Meter Tenaga
Gegelung tekanan mempunyai bilangan putaran yang relatif besar, menjadikannya sangat induktif. Litar magnet gegelung tekanan mempunyai jalan rintangan yang sangat rendah, berkat panjang celah udara yang kecil dalam struktur magnetnya. Arus Ip yang mengalir melalui gegelung tekanan, didorong oleh voltan bekalan, tertinggal voltan bekalan sekitar 90° akibat induktansi tinggi gegelung tersebut.
Arus Ip menghasilkan dua fluks magnet, Φp, yang lebih lanjut dibahagikan kepada Φp1 dan Φp2. Bahagian besar fluks Φp1 melalui celah sisi kerana rintangan yang rendah. Fluks Φp2 melalui cakera dan menginduksi tork pemacu yang menyebabkan cakera aluminium berputar.
Fluks Φp berkadar dengan voltan yang diterapkan dan tertinggal voltan sebanyak 90°. Karena fluks ini berubah, ia menginduksi arus eddy Iep di dalam cakera.
Arus beban yang mengalir melalui gegelung arus menginduksi fluks Φs. Fluks ini menghasilkan arus eddy Ies di dalam cakera. Arus eddy Ies berinteraksi dengan fluks Φp, dan arus eddy Iep berinteraksi dengan Φs, menghasilkan tork lain. Dua tork ini bertindak dalam arah yang berlawanan, dan tork bersih adalah perbezaan antara keduanya.
Gambarajah fasor meter tenaga ditunjukkan dalam gambarajah di bawah.
Biarkan
V – voltan yang diterapkan
I – arus beban
∅ – sudut fasa arus beban
Ip – sudut tekanan beban
Δ – sudut fasa antara voltan bekalan dan fluks gegelung tekanan
f – frekuensi
Z – impedans arus eddy
∝ – sudut fasa laluan arus eddy
Eep – arus eddy yang diinduksi oleh fluks
Iep – arus eddy akibat fluks
Eev – arus eddy akibat fluks
Ies – arus eddy akibat fluks
Tork pemacu bersih cakera diungkapkan sebagai
di mana K1 – pemalar
Φ1 dan Φ2 adalah sudut fasa antara fluks-fluks. Untuk meter tenaga, kami ambil Φp dan Φs.
β – sudut fasa antara fluks-fluks Φp dan Φp = (Δ – Φ), oleh itu
Pada keadaan stabil, kelajuan tork pemacu adalah sama dengan tork pemecutan.
Kelajuan putaran berkadar langsung dengan kuasa.
Meter tenaga tiga fasa digunakan untuk mengukur penggunaan kuasa yang besar.
