Enerji Sayaçları Nedir ve Yapısal Çalışma Prensibi Nasıldır
Tanım: Enerji ölçer, bir elektrik yükü tarafından tüketilen elektrik enerjisini ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Elektrik enerjisi, belirli bir süre boyunca bir yük tarafından tüketilen ve kullanılagelen toplam güç anlamına gelir. Enerji ölçerleri, ev ve endüstriyel AC devrelerinde güç tüketimini ölçmek için kullanılır. Bunlar nispeten ucuz ve hassas olan cihazlardır.
Enerji Ölçerinin Yapısı
Aşağıdaki şekilde tek fazlı bir enerji ölçerinin yapısı gösterilmiştir.
Enerji ölçeri, aşağıdaki dört ana bileşenden oluşur:
Her bir bileşenin detaylı açıklaması aşağıda verilmiştir.
Sürücü Sistemi
Elektromanyet, sürücü sisteminin çekirdek bileşenidir. Bobininden geçen elektrik akımı ile etkinleştirilen geçici bir manyet olarak işlev görür. Bu elektromanyetin çekirdeği silikon çeliğin lamine katmanlarından yapılmıştır.
Sürücü sisteminde iki elektromanyet bulunur. Üstteki manyet paralel elektromanyet, alttaki manyet ise seri elektromanyet olarak adlandırılır.
Manyetin orta kolunda, ayarlanabilir bir bakır şerit bulunur. Bu bakır şeritin temel görevi, paralel manyetten üretilen manyetik akıyı, sağlanan gerilime tamamen dik olacak şekilde hizalamaktır.
Hareket Sistemi
Hareket sistemi, bir alaşım şaft üzerine monte edilmiş bir alüminyum disk içerir. Bu disk, iki elektromanyetin arasındaki havada boşlukta yer alır. Manyetik alan değiştiğinde diske dalga akımları induksiyon edilir. Bu dalga akımları, manyetik akıyla etkileşim haline gelerek bir sapma torku oluşturur.
Elektrik cihazları güç çekerken, alüminyum disk dönmeye başlar. Belirli sayıda dönüşün ardından, disk yük tarafından tüketilen elektrik enerjisini gösterir. Dönüş sayısı belirli bir zaman aralığında sayılır ve disk, güç tüketimini kilovat-saat cinsinden ölçer.
Fren Sistemi
Kalıcı bir manyet, alüminyum diskin dönmesini yavaşlatmak için kullanılır. Disk döndükçe, içinde dalga akımları induksiyon edilir. Bu dalga akımları, kalıcı manyetin manyetik akıyla etkileşim haline gelerek bir fren torku oluşturur.
Bu fren torku, diskin hareketine karşı çalışarak, dönme hızını azaltır. Kalıcı manyet ayarlanabilir; radyal olarak yeniden konumlandırılarak, fren torku değiştirilebilir.
Kayıt (Sayım Mekanizması)
Kayıt veya sayım mekanizmasının temel işlevi, alüminyum diskin dönüş sayısını kaydetmektir. Diskin dönme sayısı, yük tarafından tüketilen elektrik enerjisine orantılıdır ve bu enerji kilovat-saat cinsinden ölçülür.
Diskin dönme sayısı, çeşitli göstergelerin işaretçilerine iletilerek farklı okumalar kaydedilir. Kilovat-saat cinsinden enerji tüketimi, diskin dönüş sayısının metre sabitiyle çarpılmasıyla hesaplanır. Gösterge yapılandırması, aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Enerji Ölçerinin Çalışma Prensibi
Enerji ölçer, yükün güç tüketimini belirlemek için kullanılan bir alüminyum disk içerir. Bu disk, seri elektromanyet ve paralel elektromanyet arasındaki havada boşlukta yer alır. Paralel manyet, bir basınç bobini ile donatılmıştır, seri manyet ise bir akım bobini ile donatılmıştır.
Basınç bobini, besleme gerilimesi nedeniyle bir manyetik alan üretir, akım bobini ise ondan geçen yük akımı sonucunda bir manyetik alan üretir.
Gerilim (basınç) bobininden üretilen manyetik alan, akım bobininden üretilen manyetik alandan 90° gerilir. Bu faz farkı, alüminyum diskinde dalga akımları induksiyon eder. Bu dalga akımları, birleşik manyetik alanlarla etkileşim haline gelerek bir tork oluşturur ve bu tork, diski döndürür.
Disk üzerindeki dönme kuvveti, akım bobininden geçen akım ve basınç bobinindeki gerilime orantılıdır. Fren sistemindeki kalıcı manyet, diskin dönmesini düzenler. Diskin hareketine karşı çalışarak, dönme hızının gerçek güç tüketimiyle uyumlu olmasını sağlar. Bir siklometre (sayım mekanizması), diskin dönüş sayısını sayarak enerji kullanımını ölçer.
Enerji Ölçerinin Teorisi
Basınç bobini, çok sayıda sarım olduğundan oldukça indüktifdir. Basınç bobinin manyetik devresi, manyetik yapındaki küçük hava boşluğu nedeniyle çok düşük dirençli bir yola sahiptir. Basınç bobininden geçen Ip akımı, bobinin yüksek indüktifliği nedeniyle besleme gerilimesinden yaklaşık 90° gerilir.
Ip akımı, Φp adlı iki manyetik akıyı üretir, bu akı daha sonra Φp1 ve Φp2. olarak bölünür. Φp1 akının büyük bir kısmı, düşük dirençli yan boşluğa geçer. Φp2 akı, diski geçerek bir sürme torku induksiyon eder ve alüminyum diskin dönmesine neden olur.
Φp akısı, uygulanan gerilime orantılıdır ve gerilimden 90° gerilir. Bu akı, değişken olduğu için diskte bir dalga akımı Iep induksiyon eder.
Akım bobininden geçen yük akımı, Φs adlı bir manyetik akı induksiyon eder. Bu akı, diskte bir dalga akımı Ies oluşturur. Dalga akımı Ies, Φp akısı ile etkileşim haline gelir ve dalga akımı Iep, Φs akısı ile etkileşim haline gelir, bu da başka bir tork oluşturur. Bu iki tork zıt yönde çalışır ve net tork, ikisinin farkıdır.
Enerji ölçerinin fazör diyagramı, aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Özetle
V - uygulanan gerilim
I - yük akımı
∅ - yük akımının faz açısı
Ip - yükün basınç açısı
Δ - besleme gerilimi ile basınç bobini akı arasındaki faz açısı
f - frekans
Z - dalga akımının impedansı
∝ - dalga akım yollarının faz açısı
Eep - akı nedeniyle induksiyon edilen dalga akımı
Iep - akı nedeniyle induksiyon edilen dalga akımı
Eev - akı nedeniyle induksiyon edilen dalga akımı
Ies - akı nedeniyle induksiyon edilen dalga akımı
Diskin net sürme torku şu şekilde ifade edilir
K1 - sabit
Φ1 ve Φ2 akıların faz açısıdır. Enerji ölçer için, Φp ve Φs. alırız.
β - Φp ve Φp akılarının faz açısıdır, β = (Δ - Φ), bu nedenle
Durağan durumda, sürme torkun hızı fren torkuna eşittir.
Dönme hızı, güce orantılıdır.
Üç fazlı enerji ölçeri, büyük güç tüketiminin ölçülmesi için kullanılır.
