Các loại đồng hồ đo năng lượng và cách thức hoạt động của chúng
Đồng hồ đo năng lượng hoặc đồng hồ đo giờ watt là một dụng cụ điện đo năng lượng điện được người tiêu dùng sử dụng. Các công ty điện lực là một trong những ngành điện lực lắp đặt các công tơ này ở nhiều nơi như gia đình, khu công nghiệp, tổ chức, tòa nhà thương mại, v.v. để lập hóa đơn điện sử dụng cho các phụ tải như đèn, quạt, tủ lạnh và các thiết bị gia dụng khác.
Đơn vị cơ bản của công suất là watt, được đo bằng oát kế. Một kilowatt bằng một nghìn watt. Nếu một kilowatt được sử dụng trong một giờ, một đơn vị năng lượng sẽ được tiêu thụ. Do đó, đồng hồ đo năng lượng đo điện áp và dòng điện nhanh, tính toán tích số của chúng và cung cấp năng lượng tức thời. Sức mạnh này được tích hợp trong một khoảng thời gian để cung cấp năng lượng được sử dụng trong khoảng thời gian đó.
Các loại máy đo năng lượng
Máy đo năng lượng được chia thành hai loại cơ bản như:
Máy đo cảm ứng điện cơ
Máy đo năng lượng điện tử
Xét đến các yếu tố sau, đồng hồ đo năng lượng điện được chia thành hai loại:
Loại hiển thị là đồng hồ analog hoặc kỹ thuật số.
Các loại điểm đo: truyền tải thứ cấp, lưới điện, phân phối cục bộ và sơ cấp.
Các ứng dụng cuối cùng như sử dụng thương mại, công nghiệp và sinh hoạt
Các khía cạnh công nghệ như một pha, ba pha, độ căng cao (HT), độ căng thấp (LT) và vật liệu cấp chính xác.
Kết nối nguồn có thể là một pha hoặc ba pha, tùy thuộc vào nguồn điện mà gia đình hoặc cơ sở thương mại sử dụng. Đặc biệt, trong bài viết này chúng ta sẽ nghiên cứu nguyên lý làm việc của đồng hồ đo năng lượng cảm ứng một pha và nguyên lý làm việc của đồng hồ đo năng lượng điện tử ba pha thông qua phần giải thích về hai loại đồng hồ đo năng lượng cơ bản sau đây.
Máy đo năng lượng cảm ứng một pha
Nó là một máy đo năng lượng điện cổ xưa nổi tiếng và phổ biến nhất. Nó bao gồm một đĩa nhôm quay được đặt trên một trục quay giữa hai nam châm điện. Tốc độ quay của đĩa tỉ lệ thuận với công suất được tích hợp thông qua bộ truyền bánh răng và cơ cấu đếm. Nó bao gồm hai nam châm điện nhiều lớp bằng thép silicon được kết nối song song và nối tiếp.
Một nam châm nối tiếp có một cuộn dây với nhiều vòng dây dày nối nối tiếp với mạch điện, trong khi một nam châm song song có một cuộn dây có nhiều vòng dây mỏng nối với nguồn điện.
Nam châm phanh là một nam châm vĩnh cửu tác dụng một lực chống lại sự quay bình thường của đĩa, di chuyển đĩa đến vị trí cân bằng và dừng đĩa khi mất điện.
Các nam châm mắc nối tiếp tạo ra từ thông tỷ lệ với dòng điện chạy qua và các nam châm mắc song song tạo ra từ thông tỷ lệ với điện áp. Do tính chất cảm nên hai từ thông này lệch nhau 90 độ. Giao điểm của hai trường này tạo ra dòng điện xoáy trong đĩa sử dụng một lực tỉ lệ với tích của điện áp tức thời, dòng điện và góc pha giữa chúng. Nam châm phanh được đặt ở một bên của đĩa phanh và tạo ra mômen phanh trên đĩa phanh bằng cách sử dụng từ trường không đổi do nam châm vĩnh cửu cung cấp. Khi mômen phanh và mô men dẫn động bằng nhau thì tốc độ của đĩa phanh sẽ ổn định.
Trục hoặc trục xoay thẳng đứng của đĩa nhôm được liên kết với một cơ cấu bánh răng đăng ký một số tỷ lệ thuận với số vòng quay của đĩa. Cơ cấu bánh răng này đặt một dãy số trên mặt số và cho biết lượng năng lượng tiêu thụ theo thời gian.
Loại máy đo năng lượng điện này có cấu tạo đơn giản nhưng độ chính xác hơi kém do chịu ảnh hưởng của từ trường bên ngoài như từ trường. Vấn đề chính với các loại đồng hồ đo năng lượng này là chúng dễ bị giả mạo, điều này đòi hỏi phải có hệ thống giám sát năng lượng. Những đồng hồ đo dòng và đồng hồ chia dòng này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trong nước và công nghiệp.
So với máy đo năng lượng cảm ứng cơ điện, máy đo năng lượng điện tử là dụng cụ đo chính xác, chính xác và đáng tin cậy. Khi kết nối với tải, chúng tiêu thụ ít điện năng hơn và bắt đầu đo ngay lập tức. Phần sau đây mô tả đồng hồ đo năng lượng ba pha điện tử và nguyên lý làm việc của nó.
Đồng hồ đo năng lượng điện tử ba pha
Đồng hồ có khả năng thực hiện các phép đo dòng điện, điện áp và công suất trong hệ thống cung cấp ba pha. Bằng cách sử dụng đồng hồ đo ba pha này, điện áp và dòng điện cao cũng có thể được đo bằng các cảm biến thích hợp. Một trong những loại đồng hồ đo năng lượng ba pha được trình bày dưới đây (làm ví dụ), đảm bảo phép đo năng lượng chính xác và đáng tin cậy so với đồng hồ đo điện cơ.
Nó sử dụng IC đo công suất một pha AD7755 để thu thập và xử lý các thông số điện áp và dòng điện đầu vào. Các cảm biến như máy biến điện áp và dòng điện được sử dụng để giảm định mức điện áp và dòng điện của đường dây điện xuống mức tín hiệu và cung cấp chúng cho IC như trong hình. Các tín hiệu này được lấy mẫu và chuyển đổi thành tín hiệu số, được nhân với nhau để thu được công suất tức thời. Những đầu ra kỹ thuật số này sau đó được chuyển đổi thành tần số để điều khiển các bộ đếm điện cơ. Tần số của các xung đầu ra tỷ lệ thuận với công suất tức thời và (trong một khoảng thời gian nhất định) nó cung cấp năng lượng của một số xung cụ thể cho tải.
Bộ vi điều khiển tiếp nhận đầu vào từ cả ba IC đo công suất để đo công suất ba pha và đóng vai trò là bộ điều khiển của hệ thống bằng cách thực hiện tất cả các hoạt động cần thiết như lưu trữ và truy xuất dữ liệu từ EEPROM, vận hành đồng hồ bằng các nút để xem mức tiêu thụ năng lượng. não, hiệu chỉnh pha và xóa các bài đọc; và nó cũng điều khiển màn hình bằng IC giải mã.
Đến đây chúng ta đã tìm hiểu về đồng hồ đo năng lượng và cách thức hoạt động của chúng. Để hiểu khái niệm sâu hơn, phần mô tả sau đây về đồng hồ đo năng lượng sẽ cung cấp chi tiết mạch hoàn chỉnh và kết nối của nó bằng bộ vi điều khiển.
Mạch đo năng lượng sử dụng vi điều khiển:
Hình dưới đây cho thấy mạch đo điện được thực hiện bằng vi điều khiển Atmel AVR. Mạch này liên tục theo dõi và thu được các thông số điện áp và dòng điện của nguồn điện một pha. Bộ vi điều khiển thu được các giá trị tham số này từ mạch điều hòa tín hiệu, được điều khiển bởi IC khuếch đại hoạt động.
Mạch này có hai máy biến dòng mắc nối tiếp với mỗi đường dây điện: pha và trung tính. Các giá trị hiện tại từ các máy biến áp này được gửi đến ADC tương ứng của bộ vi điều khiển và sau đó ADC chuyển đổi các giá trị này thành giá trị kỹ thuật số và do đó bộ vi điều khiển thực hiện các phép tính cần thiết để tìm ra mức tiêu thụ năng lượng. Bộ vi điều khiển được lập trình bằng cách nhân và tích hợp các giá trị điện áp và dòng điện từ ADC trong một khoảng thời gian xác định và điều khiển cơ chế bộ đếm tương ứng để hiển thị số lượng đơn vị (KW) tiêu thụ trong một khoảng thời gian.
Ngoài việc đo năng lượng, hệ thống còn cung cấp chỉ báo lỗi chạm đất trong trường hợp có bất kỳ lỗi hoặc quá dòng nào có thể xảy ra ở dây trung tính hoặc dây nối đất và bật đèn LED chỉ báo một cách thích hợp để phát hiện lỗi chạm đất cũng như mức tiêu thụ trên mỗi đơn vị.
