อะไรคือมิเตอร์วัดพลังงานและหลักการทำงานของมันคืออะไร
คำนิยาม: เมตรวัดพลังงานคืออุปกรณ์ที่ใช้วัดพลังงานไฟฟ้าที่ถูกใช้โดยโหลดไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าหมายถึงกำลังทั้งหมดที่ถูกใช้และนำไปใช้โดยโหลดในช่วงเวลาเฉพาะ เมตรวัดพลังงานใช้ในวงจรไฟฟ้าสลับในบ้านและอุตสาหกรรมเพื่อวัดการใช้พลังงาน มีราคาไม่แพงและแม่นยำ
โครงสร้างของเมตรวัดพลังงาน
โครงสร้างของเมตรวัดพลังงานเฟสเดียวแสดงอยู่ในรูปด้านล่างนี้
เมตรวัดพลังงานประกอบด้วยส่วนหลักสี่ส่วน ได้แก่:
คำอธิบายรายละเอียดของแต่ละส่วนมีดังต่อไปนี้
ระบบขับเคลื่อน
แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของระบบขับเคลื่อน มันทำงานเป็นแม่เหล็กชั่วคราว ถูกกระตุ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวดของมัน แกนของแม่เหล็กไฟฟ้านี้ทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอน
ภายในระบบขับเคลื่อน มีแม่เหล็กไฟฟ้าสองตัว ตัวบนเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าชัน และตัวล่างเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าซีรีส์
แขนกลางของแม่เหล็กมีแถบทองแดงที่สามารถปรับได้ บทบาทสำคัญของแถบทองแดงนี้คือการจัดให้ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กชันอยู่ในแนวตั้งฉากกับแรงดันที่จ่ายเข้ามาอย่างสมบูรณ์
ระบบเคลื่อนที่
ระบบเคลื่อนที่มีแผ่นอลูมิเนียมติดตั้งบนแกนโลหะผสม แผ่นนี้วางอยู่ในช่องอากาศระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าสองตัว เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จะเกิดกระแสวนในแผ่น กระแสวนเหล่านี้ปฏิสัมพันธ์กับฟลักซ์แม่เหล็ก สร้างแรงบิดที่ทำให้แผ่นเคลื่อนที่
เมื่ออุปกรณ์ไฟฟ้าใช้พลังงาน แผ่นอลูมิเนียมจะเริ่มหมุน หลังจากการหมุนจำนวนหนึ่ง แผ่นจะแสดงปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่โหลดใช้ จำนวนรอบจะถูกนับในช่วงเวลาเฉพาะ และแผ่นวัดการใช้พลังงานในหน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง
ระบบเบรก
แม่เหล็กถาวรใช้เพื่อลดความเร็วในการหมุนของแผ่นอลูมิเนียม เมื่อแผ่นหมุน จะเกิดกระแสวน กระแสวนเหล่านี้ปฏิสัมพันธ์กับฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร สร้างแรงบิดเบรก
แรงบิดเบรกนี้ต้านทานการเคลื่อนที่ของแผ่น ลดความเร็วในการหมุนลง แม่เหล็กถาวรสามารถปรับได้ โดยการย้ายมันตามแนวรัศมี แรงบิดเบรกสามารถปรับเปลี่ยนได้
ระบบบันทึก (กลไกการนับ)
ฟังก์ชันหลักของระบบบันทึก หรือกลไกการนับ คือการบันทึกจำนวนรอบของการหมุนของแผ่นอลูมิเนียม การหมุนของแผ่นนั้นเป็นสัดส่วนกับพลังงานไฟฟ้าที่โหลดใช้ วัดในหน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมง
การหมุนของแผ่นถูกส่งไปยังเข็มของวงเวียนต่างๆ เพื่อบันทึกการอ่านค่าต่างๆ การใช้พลังงานในหน่วยกิโลวัตต์-ชั่วโมงคำนวณโดยการคูณจำนวนรอบของแผ่นด้วยค่าคงที่ของมิเตอร์ โครงสร้างวงเวียนแสดงอยู่ในรูปด้านล่างนี้
หลักการทำงานของเมตรวัดพลังงาน
เมตรวัดพลังงานมีแผ่นอลูมิเนียม ซึ่งการหมุนของแผ่นนี้ใช้เพื่อกำหนดการใช้พลังงานของโหลด แผ่นนี้วางอยู่ในช่องอากาศระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าซีรีส์และแม่เหล็กไฟฟ้าชัน แม่เหล็กชันมีขดลวดแรงดัน ในขณะที่แม่เหล็กซีรีสมีขดลวดกระแส
ขดลวดแรงดันสร้างสนามแม่เหล็กจากแรงดันจ่าย และขดลวดกระแสสร้างสนามแม่เหล็กจากกระแสโหลดที่ผ่านมัน
สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดแรงดัน (แรงดัน) ล่าช้ากว่าสนามแม่เหล็กของขดลวดกระแส 90° ความแตกต่างของเฟสทำให้เกิดกระแสวนในแผ่นอลูมิเนียม กระแสวนเหล่านี้ปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กรวม สร้างแรงบิด ซึ่งออกแรงหมุนบนแผ่น ผลิตภัณฑ์นี้ทำให้แผ่นเริ่มหมุน
แรงหมุนที่ออกแรงบนแผ่นเป็นสัดส่วนกับกระแสผ่านขดลวดกระแสและแรงดันข้ามขดลวดแรงดัน แม่เหล็กถาวรในระบบเบรกควบคุมการหมุนของแผ่น มันต้านทานการเคลื่อนที่ของแผ่น ทำให้ความเร็วในการหมุนสอดคล้องกับการใช้พลังงานจริง ไซโคลมิเตอร์ (กลไกการนับ) นับจำนวนรอบของการหมุนของแผ่นเพื่อวัดการใช้พลังงาน
ทฤษฎีของเมตรวัดพลังงาน
ขดลวดแรงดันมีจำนวนรอบที่ค่อนข้างมาก ทำให้มีอินดักแทนซ์สูง วงจรแม่เหล็กของขดลวดแรงดันมีทางเดินที่มีความต้านทานแม่เหล็กต่ำ เนื่องจากความยาวช่องอากาศในโครงสร้างแม่เหล็กเล็ก กระแส \(I_p\) ที่ไหลผ่านขดลวดแรงดัน ถูกขับเคลื่อนโดยแรงดันจ่าย ล่าช้ากว่าแรงดันจ่ายประมาณ 90° เนื่องจากอินดักแทนซ์สูงของขดลวด
กระแส \(I_p\) สร้างฟลักซ์แม่เหล็กสองตัว คือ \(\varPhi_p\) ซึ่งแบ่งเป็น \(\varPhi_{p1}\) และ \(\varPhi_{p2}\) ส่วนใหญ่ของฟลักซ์ \(\varPhi_{p1}\) ผ่านช่องข้างเพราะมีความต้านทานแม่เหล็กต่ำ ฟลักซ์ \(\varPhi_{p2}\) ผ่านแผ่นและสร้างแรงบิดที่ทำให้แผ่นอลูมิเนียมหมุน
ฟลักซ์ \(\varPhi_p\) เป็นสัดส่วนกับแรงดันที่ใช้และล่าช้ากว่าแรงดัน 90° เนื่องจากฟลักซ์นี้แปรผัน ทำให้เกิดกระแสวน \(I_{ep}\) ในแผ่น
กระแสโหลดที่ไหลผ่านขดลวดกระแสสร้างฟลักซ์ \(\varPhi_s\) ฟลักซ์นี้สร้างกระแสวน \(I_{es}\) ในแผ่น กระแสวน \(I_{es}\) ปฏิสัมพันธ์กับฟลักซ์ \(\varPhi_p\) และกระแสวน \(I_{ep}\) ปฏิสัมพันธ์กับ \(\varPhi_s\) สร้างแรงบิดอีกตัว แรงบิดทั้งสองนี้ออกแรงในทิศทางตรงกันข้าม และแรงบิดสุทธิเป็นผลต่างระหว่างทั้งสอง
แผนภาพเวกเตอร์ของเมตรวัดพลังงานแสดงอยู่ในรูปด้านล่างนี้
ให้
V – แรงดันที่ใช้
I – กระแสโหลด
∅ – มุมเฟสของกระแสโหลด
\(I_p\) – มุมเฟสของโหลด
Δ – มุมเฟสระหว่างแรงดันจ่ายและฟลักซ์แม่เหล็กขดลวดแรงดัน
f – ความถี่
Z – อิมพีแดนซ์ของกระแสวน
∝ – มุมเฟสของเส้นทางกระแสวน
\(E_{ep}\) – กระแสวนที่เกิดจากฟลักซ์
\(I_{ep}\) – กระแสวนจากฟลักซ์
\(E_{ev}\) – กระแสวนจากฟลักซ์
\(I_{es}\) – กระแสวนจากฟลักซ์
แรงบิดสุทธิของการหมุนของแผ่นแสดงเป็น
เมื่อ \(K_1\) – ค่าคงที่
\(\varPhi_1\) และ \(\varPhi_2\) เป็นมุมเฟสระหว่างฟลักซ์ สำหรับเมตรวัดพลังงาน เราใช้ \(\varPhi_p\) และ \(\varPhi_s\)
β – มุมเฟสระหว่างฟลักซ์ \(\varPhi_p\) และ \(\varPhi_p\) = (Δ – Φ) ดังนั้น
เมื่ออยู่ในภาวะคงที่ ความเร็วของแรงบิดขับเคลื่อนเท่ากับแรงบิดเบรก
ความเร็วของการหมุนเป็นสัดส่วนกับกำลัง
เมตรวัดพลังงานสามเฟสใช้สำหรับวัดการใช้พลังงานที่มาก
