Šta je energetski merilac i kako deluje njegov konstrukcioni princip rada
Definicija: Merilo energije je uređaj koji se koristi za merenje električne energije potrošene od strane električnog opterećenja. Električna energija odnosi se na ukupnu snagu koja je potrošena i iskorišćena od strane opterećenja u toku određenog vremenskog perioda. Merila energije se koriste u domaćim i industrijskim AC krugovima za merenje potrošnje snage. Ona su relativno jeftina i precizna.
Konstrukcija merila energije
Konstrukcija jednofaznog merila energije prikazana je na slici ispod.
Merilo energije sastoji se od četiri glavna komponenta, a to su:
Detaljno objašnjenje svake komponente dat je ispod.
Sistem pogona
Elektromagnet služi kao ključna komponenta sistema pogona. Funkcionira kao privremeni magnet, aktiviran strujom koja prođe kroz njegov cević. Jezgra ovog elektromagneta izrađena je od lemina silicijske čelike.
Unutar sistema pogona postoje dva elektromagneta. Gornji se naziva šunt elektromagnet, dok se donji zove serijinski elektromagnet.
Centralni deo magneta opremljen je bakrenom trakom, koja je podešiva. Ključna uloga ove bakrene trake jeste da poravnava magnetski tok generisan od strane šunt magneta na način da bude savršeno okomit na pruženi napon.
Pokretni sistem
Pokretni sistem sadrži aluminijumsku ploču montiranu na legirani stub. Ova ploča je pozicionirana unutar vazdušnog raskida između dva elektromagneta. Kako se magnetsko polje menja, indukuju se cirkularne struje u ploci. Ove cirkularne struje interagiraju sa magnetskim tokom, generišući defleksioni moment.
Kada električni uređaji povuku snagu, aluminijumska ploča počinje da se vrta. Nakon određenog broja rotacija, ploča pokazuje količinu električne energije potrošene od strane opterećenja. Broj rotacija se prebrojava u određenom vremenskom intervalu, a ploča meri potrošnju snage u kilovatnom satu.
Sistem kočnica
Trajni magnet se koristi kako bi usporio rotaciju aluminijumske ploče. Kako se ploča vrta, indukuju se cirkularne struje. Ove cirkularne struje interagiraju sa magnetskim tokom trajnog magneta, stvarajući kočni moment.
Ovaj kočni moment suprotstavlja se kretanju ploče, smanjujući njenu rotacionu brzinu. Trajni magnet je podešiv; promenom njegove radijalne pozicije može se modifikovati kočni moment.
Registracija (sistem brojanja)
Primarna funkcija registra ili sistema brojanja jeste da beleži broj rotacija aluminijumske ploče. Rotacija ploče je direktno proporcionalna električnoj energiji potrošenoj od strane opterećenja, izraženoj u kilovatnim satima.
Rotacija ploče se prenosi na kazaljke različitih brojilja kako bi se beležile različite vrednosti. Potrošnja energije u kilovatnim satima se izračunava množenjem broja rotacija ploče konstantom brojila. Konfiguracija brojila prikazana je na slici ispod.
Princip rada merila energije
Merilo energije ima aluminijumsku ploču, čija rotacija se koristi za određivanje potrošnje snage opterećenja. Ova ploča je pozicionirana u vazdušnom raskidu između serijinskog elektromagneta i šunt elektromagneta. Šunt magnet je opremljen cevićem pritiska, dok serijinski magnet ima strujni cević.
Cević pritiska generiše magnetsko polje zbog napajanja, a strujni cević proizvodi magnetsko polje kao rezultat struje opterećenja koja teče kroz njega.
Magnetsko polje indukovano naponom (cević pritiska) zaostaje za magnetskim poljem strujnog cevića za 90°. Ova fazna razlika indukuje cirkularne struje u aluminijumskoj ploči. Interakcija ove cirkularne struje i kombinovanog magnetskog polja generiše moment, koji deluje rotacionom silom na ploču. Kao rezultat, ploča počinje da se vrta.
Rotaciona sila koja deluje na ploču je proporcionalna struji kroz strujni cević i naponu na ceviću pritiska. Trajni magnet u sistemu kočnica reguliše rotaciju ploče. Suprotstavlja se kretanju ploče, osiguravajući da se rotaciona brzina podudara sa stvarnom potrošnjom snage. Ciklomer (sistem registracije) zatim prebrojava broj rotacija ploče kako bi kvantificirao upotrebu energije.
Teorija merila energije
Cević pritiska ima relativno veliki broj navijanja, što ga čini visoko induktivnim. Magnetski krug cevića pritiska ima put sa vrlo niskom otpornošću, zahvaljujući maloj dužini vazdušnog raskida u njegovoj magnetskoj strukturi. Struja Ip koja teče kroz cević pritiska, pokrevena napajanjem, zaostaje za napajanjem oko 90° zbog visoke induktivnosti cevića.
Struja Ip generiše dva magnetska toka, Φp, koji se dalje deli na &Φ;p1 i &Φ;p2. Veći deo toka &Φ;p1 prolazi kroz bočni raskid zbog njegove niske otpornošću. Toku &Φ;p2 putuje kroz plocu i indukuje pogonski moment koji dovodi do vrtnje aluminijumske ploče.
Toku &Φ;p je proporcionalan primenjenom naponu i zaostaje za naponom za ugao od 90°. Budući da je ovaj tok alternativni, indukuje cirkularnu struju Iep u ploci.
Struja opterećenja koja teče kroz strujni cević indukuje tok &Φ;s. Ovaj tok generiše cirkularnu struju Ies u ploci. Cirkularna struja Ies interagira sa tokom &Φ;p, a cirkularna struja Iep interagira sa &Φ;s, rezultujući drugim momentom. Ovi dva momenta deluju u suprotnim smerovima, a neto moment je razlika između njih.
Fazni dijagram merila energije prikazan je na slici ispod.
Neka
V – primenjeni napon
I – struja opterećenja
∅ – fazni ugao struje opterećenja
Ip – pritisni ugao opterećenja
Δ – fazni ugao između napajanja i toka cevića pritiska
f – frekvencija
Z – impedansa cirkularnih struja
∝ – fazni ugao puteva cirkularnih struja
Eep – cirkularna struja indukovana tokom
Iep – cirkularna struja zbog toka
Eev – cirkularna struja zbog toka
Ies – cirkularna struja zbog toka
Neto pogonski moment diska izražen je kao
gde K1 – konstanta
&Φ;1 i &Φ;2 su fazni uglovi između tokova. Za merilo energije, uzimamo &Φ;p i &Φ;s.
&β; – fazni ugao između tokova &Φ;p i &Φ;p = (&Δ; – &Φ;), dakle
U stabilnom stanju, brzina pogonskog momenta je jednaka kočnom momentu.
Brzina rotacije je direktno proporcionalna snazi.
Tri faze merila energije koriste se za merenje velike potrošnje snage.
