Kaj je meritve energije in kateri so njegovi načini izgradnje in delovanja?
Definicija: Merilnik energije je naprava, uporabljena za merjenje električne energije, porabljenega z električnim obremenjem. Električna energija se nanaša na skupno moč, porabljeno in uporabljeno z obremenjem v določenem časovnem obdobju. Merilniki energije se uporabljajo v gospodinjskih in industrijskih AC krogih za merjenje porabe moči. So relativno poceni in natančni.
Konstrukcija merilnika energije
Konstrukcija enofaznega merilnika energije je prikazana na spodnji sliki.
Merilnik energije se sestoji iz štirih glavnih komponent, in sicer:
Podrobno razložitev vsake komponente je podana spodaj.
Vozilni sistem
Elektromagnet služi kot osnovna komponenta vozilnega sistema. Deluje kot začasen magnet, ki ga aktivira električni tok, ki teče skozi njegov boben. Jezro tega elektromagneta je izdelano iz laminacij silikata železa.
Znotraj vozilnega sistema obstajata dva elektromagneta. Zgornji se imenuje shunt elektromagnet, medtem ko se spodnji imenuje vrstočni elektromagnet.
Srednji del magneta je opremljen s temeljem od bakra, ki je prilagodljiv. Ključna vloga tega bakrenega traku je postavitev magnetnega toka, generiranega z shunt magnetom, tako, da je popolnoma pravokoten na oskrbovalno napetost.
Premični sistem
Premični sistem vključuje aluminijev disk, montiran na legiranem vratu. Ta disk je postavljen v zračni preliv med dvema elektromagnetoma. Ko se spremeni magnetno polje, se inducirajo cirkulirajoči tokovi v disku. Ti cirkulirajoči tokovi interagirajo z magnetnim tokom, kar generira odbojni obrat.
Ko električne naprave povlečejo moč, aluminijev disk začne vrteči. Po določenem številu vrtenj disk kaže količino električne energije, porabljene z obremenjem. Število vrtenj se šteje v določenem časovnem intervalu, disk pa meri porabo moči v kilovaturnih urah.
Bremenski sistem
Trajan molen se uporablja za usporanje vrtenja aluminijevega diska. Ko se disk vrti, se inducirajo cirkulirajoči tokovi. Ti cirkulirajoči tokovi interagirajo z magnetnim tokom trajanega magneta, kar ustvarja bremenski obrat.
Ta bremenski obrat nasprotuje gibanju diska, zmanjšuje njegovo vrtilno hitrost. Trajan magnet je prilagodljiv; z radikalno prepostavitvijo lahko bremenski obrat spremenimo.
Registracija (števalni mehanizem)
Primarna funkcija registracije ali števalnega mehanizma je zabeležiti število vrtenj aluminijevega diska. Vrtenje diska je neposredno sorazmerno z količino električne energije, porabljene z obremenjem, merjeno v kilovaturnih urah.
Vrtenje diska se prenese na kazalke različnih številk za zabeleževanje različnih branjev. Poraba energije v kilovaturnih urah se izračuna z množenjem števila vrtenj diska z konstanto merilnika. Konfiguracija številk je prikazana na spodnji sliki.
Delovanje merilnika energije
Merilnik energije vključuje aluminijev disk, katerega vrtenje se uporablja za določanje porabe moči obremenja. Ta disk je postavljen v zračni preliv med vrstočnim elektromagnetom in shunt elektromagnetom. Shunt magnet je opremljen z pritisknim bobnom, medtem ko ima vrstočni magnet tokovni boben.
Pritiskni boben generira magnetno polje zaradi oskrbovalne napetosti, medtem ko tokovni boben ustvari magnetno polje zaradi toka obremenja, ki teče skozi njega.
Magnetno polje, inducirano z napetostjo (pritiskni) bobenom, zapostaja magnetno polje tokovnega bobna za 90°. Ta fazni razliko inducirajo cirkulirajoči tokovi v aluminijevem disku. Interakcija teh cirkulirajočih tokov in združenih magnetnih polj generira obrat, ki uveljavlja vrtilno silo na disk. Tako se disk začne vrteti.
Vrtilna sila, ki deluje na disk, je sorazmerna s tokom skozi tokovni boben in napetostjo na pritisknem bobnu. Trajan magnet v bremenskem sistemu uredi vrtenje diska. Nasprotuje gibanju diska, zagotavlja, da je vrtilna hitrost usklajena z dejansko porabo moči. Ciclomer (registracijski mehanizem) šteje število vrtenj diska za kvantifikacijo porabe energije.
Teorija merilnika energije
Pritiskni boben ima relativno veliko število zvitkov, kar ga naredi visoko induktiven. Magnetni krog pritisknega bobna ima zelo nizko motnost poti, zaradi kratke dolžine zračnega prelivnega prostora v njegovem magnetnem strukturi. Tok Ip teče skozi pritiskni boben, pogonjen z oskrbovalno napetostjo, zapostaja oskrbovalno napetost za približno 90° zaradi visoke induktivnosti bobna.
Tok Ip generira dva magnetna toka, Φp, ki sta nadalje razdeljeni na Φp1 in Φp2. Večji del toka Φp1 teče skozi bočni preliv zaradi nizke motnosti. Tok Φp2 potuje skozi disk in inducira voznji obrat, ki povzroči, da se aluminijev disk vrti.
Toki Φp so sorazmerni z uporabljenim napetostjo in zapostaja napetostjo za kot 90°. Ker ta toki alternirajo, inducirajo cirkulirajoči tok Iep v disku.
Toki obremenja, ki teče skozi tokovni boben, inducirajo toki Φs. Ti toki generirajo cirkulirajoči tok Ies v disku. Cirkulirajoči tok Ies interagira z toki Φp, in cirkulirajoči tok Iep interagira z Φs, kar povzroči drug obrat. Ti dva obrata delujeta v nasprotnih smerih, in neto obrat je razlika med njima.
Fazorski diagram merilnika energije je prikazan na spodnji sliki.
Naj bo
V – uporabljena napetost
I – toki obremenja
∅ – fazni kot toka obremenja
Ip – pritiskni kot obremenja
Δ – fazni kot med oskrbovalno napetostjo in toki pritisknega bobna
f – frekvenca
Z – impedanca cirkulirajočih tokov
∝ – fazni kot cirkulirajočih tokov
Eep – cirkulirajoči tok, induciran z toki
Iep – cirkulirajoči tok zaradi toki
Eev – cirkulirajoči tok zaradi toki
Ies – cirkulirajoči tok zaradi toki
Neto voznji obrat diska je izražen kot
kjer K1 – konstanta
Φ1 in Φ2 so fazni koti med toki. Za merilnik energije upoštevamo Φp in Φs.
β – fazni kot med toki Φp in Φp = (Δ – Φ), zato
V stacionarnem stanju je hitrost voznjega obrata enaka bremenskemu obratu.
Hitrost vrtenja je neposredno sorazmerna z močjo.
Trofazni merilnik energije se uporablja za merjenje velike porabe moči.
