Elektroměr je wattmetrový měřicí systém a je integrujícím (sčítacím) elektrickým měřicím zařízením. Princip činnosti indukčních zařízení je založen na interakci střídavých magnetických toků s jimi indukovanými proudy v pohyblivé části zařízení (v disku). Elektromechanické interakční síly způsobují pohyb pohyblivé části. Schématické provedení jednofázového měřiče je na obrázku 8.

Jeho hlavními součástmi jsou elektromagnety 1 a 2, hliníkový disk 3 namontovaný na ose 4, podpěry nápravy – axiální ložisko 5 a ložisko 6, permanentní magnet 7. K počítadlu je připojen počítací mechanismus (na obrázku není znázorněn). osa pomocí ozubeného převodu 8 (neznázorněno), 9 – opačný pól elektromagnetu 1. Elektromagnet 1 obsahuje magnetický obvod ve tvaru W, na jehož střední tyči je víceotáčkové vinutí z tenkého drátu, připojené k napětí sítě U rovnoběžné se zátěží H. Toto vinutí se v souladu se schématem zapojení nazývá paralelní vinutí nebo napěťové vinutí. Při jmenovitém napětí 220 V má paralelní vinutí obvykle 8-12 tisíc závitů drátu o průměru 0,1 – 0,15 mm. Elektromagnet 2 je umístěn pod magnetickým systémem napěťového obvodu a obsahuje magnetický obvod ve tvaru U, na kterém je umístěno vinutí tlustého drátu s malým počtem závitů. Toto vinutí je zapojeno do série se zátěží, a proto se nazývá sériové nebo proudové vinutí. Protéká jím proud plné zátěže. Typicky se počet ampérových závitů tohoto vinutí pohybuje v rozmezí 70 – 150, tzn. při jmenovitém proudu 5 A obsahuje vinutí od 14 do 30 závitů. Soubor dílů sestávající ze sériových a paralelních vinutí s jejich magnetickými jádry se nazývá rotační prvek měřiče.

Obrázek 8 – Návrh jednofázového indukčního měřiče

Proud procházející napěťovým vinutím vytváří celkový střídavý magnetický tok napěťového obvodu, jehož malá část (pracovní tok) protíná hliníkový disk umístěný v mezeře mezi oběma elektromagnety. Většina magnetického toku napěťového obvodu je uzavřena přes bočníky a boční tyče magnetického obvodu (nepracovní tok), který je rozdělen na dvě části a je nutný pro vytvoření požadovaného fázového úhlu mezi magnetickými toky napětí. obvod a obvod zátěže (proudový obvod). Magnetický tok napěťového obvodu je přímo úměrný použitému napětí (síťovému napětí).

Zatěžovací proud protékající proudovým vinutím vytváří střídavý magnetický tok, který také prochází hliníkovým diskem a je uzavřen podél magnetického bočníku horního magnetického obvodu a částečně přes boční tyče. Malá část (nepracovní tok) je uzavřena přes opačný pól, křižující disk. Vzhledem k tomu, že magnetické jádro proudového vinutí má konstrukci ve tvaru písmene U, jeho magnetický tok protíná disk dvakrát.

ČTĚTE VÍCE
Jaké účinné způsoby úspory energie existují?

Počítacím kotoučem tak procházejí celkem tři střídavé magnetické toky. Podle zákona elektromagnetické indukce střídavé magnetické toky obou vinutí při křížení disku v něm indukují dvě emf, pod jejichž vlivem proudí v disku kolem stop těchto toků odpovídající vířivé proudy (pravidlo „gimlet“ ). V důsledku vzájemného působení magnetického toku napěťového vinutí a vířivého proudu z magnetického toku proudového vinutí a na druhé straně magnetického toku proudového vinutí a vířivého proudu z napěťového vinutí dochází k elektromechanickému vznikají síly, které vytvářejí krouticí moment působící na disk. Tento moment je úměrný součinu uvedených magnetických toků a sinusu úhlu fázového posunu mezi nimi.

Činný výkon spotřebovaný zátěží je definován jako součin proudu a použitého napětí a kosinus úhlu mezi nimi. Protože magnetické toky obou vinutí jsou úměrné napětí a proudu, je možné konstruktivním dosažením rovnosti sinusu úhlu mezi toky a kosinu úhlu mezi vektorem proudu a napětí realizovat úměrnost moment měřiče s koeficientem měřeného činného výkonu. Sinus jednoho úhlu se rovná kosinusu jiného úhlu, je-li mezi nimi posun o 90°, čehož je dosaženo u elektroměrových konstrukcí (použití závitů nakrátko, přídavné vinutí uzavřené na nastavitelný odpor, pohyb šroubové svorky , atd.). Krouticí moment úměrný výkonu sítě způsobuje otáčení kotouče měřiče, jehož rychlost otáčení je stabilizována, když je krouticí moment vyvážen brzdným momentem. Pro vytvoření brzdného momentu má měřič permanentní magnet, který svými póly zakrývá kotouč. Magnetické siločáry procházející diskem v něm indukují další EMF, úměrné frekvenci otáčení disku. Toto EMF zase způsobuje tok vířivého proudu v disku, jehož interakce s tokem permanentního magnetu vede ke vzniku elektromechanické síly namířené proti pohybu disku, tzn. vede k vytvoření brzdného momentu. Brzdný moment a tím i rychlost otáčení kotouče se nastavuje pohybem permanentního magnetu v radiálním směru. Jak se magnet přibližuje ke středu disku, rychlost otáčení klesá.

Po dosažení konstantní frekvence otáčení kotouče čítače tedy získáme, že množství energie naměřené čítačem je určeno jako součin počtu otáček kotouče čítače a koeficientu úměrnosti C (konstanta čítače).

A indukční třífázový elektroměr funguje na stejném principu jako jednofázový. V indukčním systému se pohyblivá část (disk) otáčí při spotřebě elektrické energie. Disk se otáčí v důsledku vířivých proudů indukovaných v něm magnetickým polem proticívek; magnetické pole vířivých proudů interaguje s magnetickými poli proticívek. Jeden ze tří měřicích prvků obsahuje dva elektromagnety; vinutí jednoho je připojeno k síti sériově (proudové vinutí), druhé – paralelně (napěťové vinutí). Mezi těmito elektromagnety je otočný hliníkový kotouč, jehož osa je spojena s počítacím mechanismem měřiče a také s druhým kotoučem, na kterém jsou instalovány další dva (pro dvě fáze) prvky. Třetí disk pro úsporu chybí. Proudy protékající vinutím elektromagnetů vytvářejí magnetické toky. Pod jehož vlivem se na disku objeví točivý moment. Čím více elektřiny je spotřebováno, tím větší je proud v řízeném obvodu a v proudovém vinutí měřiče a tím větší je kroutící moment a rychlost otáčení kotouče. Třífázové elektroměry pro napětí 380 V se používají především pro měření elektřiny v rozvodnách, podnicích atd.

ČTĚTE VÍCE
Co je potřeba pro připojení bimetalových radiátorů?

Konstrukce a princip činnosti hybridního elektromechanického měřiče.

Hybridní elektroměry je nutné rozdělit na několik různých komponent: obvod elektroměru, napájecí zdroj, korekční obvody atd. Napájecí zdroj převádí střídavé vstupní napětí na nízké stejnosměrné napětí a dodává energii do elektronických obvodů elektroměru. Obvod elektroměru měří proud odebíraný zátěží pomocí proudového transformátoru (snímače), kterým protéká měřený proud. Další bloky elektroměru plní řadu různých funkcí: zobrazování odečtů a ovládání přes sítě Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee, ovládání displeje, teplotní kompenzace elektroměru, korekce přesnosti atd. Elektroměr se skládá z procesorového čipu, tří proudové transformátory, obvodový zdroj, elektromechanické počítací zařízení a přídavné obvody. Jako elektrický registr je použito jednoduché elektromechanické měřící zařízení využívající dvoufázový krokový motor. Elektroměr je napájen ze zdroje postaveného na proudovém transformátoru a celovlnném usměrňovači.

Konstrukce a princip činnosti elektronického (digitálního) měřiče.

Donedávna byla problematika měření elektřiny redukována na použití elektromechanických měřičů, princip činnosti je založen na počítání otáček kovového kotouče rotujícího ve střídavém magnetickém poli, které je vytvářeno dvěma elektromagnety. Magnetický tok musí být úměrný proudu protékajícím zátěží a druhý k napětí. V tomto případě je rychlost otáčení disku úměrná výkonu a počet otáček je úměrný spotřebované energii.

Rozvoj mikroelektroniky znamenal revoluci ve vytváření průmyslových a domácích účetních systémů, která je spojena především s používáním řídicích systémů na bázi mikrokontrolérů.

V digitálních účetních systémech je dosažitelná téměř jakákoli třída přesnosti výběrem vhodné základny prvků a algoritmů zpracování informací. Absence mechanických částí výrazně zvyšuje spolehlivost.

Zpracování informací v digitální podobě umožňuje současně vypočítat jak činnou, tak jalovou složku výkonu, což je důležité například při účtování energie v třífázových sítích.

Je možné vytvořit multi-tarifní elektroměry. Při provozu takového měřicího systému se hodnota akumulované energie zaznamenává do vyrovnávací paměti aktuálního tarifu. Výběr tarifu se provádí automaticky. Například „zvýhodněný“ tarif může být nastaven jednou, „špičkový“ tarif může být podruhé „sankční“ a po zbytek času bude platit „hlavní“ tarif.

V nejjednodušším případě digitálního měřicího systému, kdy je vyžadováno pouze pulzní měření, zobrazování informací a ochrana v případě havarijních poruch (jako ve skutečnosti digitální analog mechanických měřičů), může být systém postaven na základě jednoduchý mikrokontrolér.

ČTĚTE VÍCE
Co přidat do cementové omítky pro plasticitu?

Blokové schéma takového čítače elektřina je znázorněna na obrázku. Signály přicházejí přes odpovídající transformátorové snímače na vstupy mikroobvodu převodníku. Z jeho výstupu se odebírá frekvenční signál přiváděný na vstup mikrokontroléru. Mikrokontrolér sčítá počet příchozích impulsů a převádí je tak, aby získal množství energie ve Wh. Jak se každá jednotka akumuluje, hodnota akumulované energie se zobrazí na monitoru a zapíše se do paměti FLASH. Pokud dojde k poruše, síťové napětí zmizí, informace o naakumulované energii se uloží do paměti. Po obnovení napětí je tato informace přečtena mikrokontrolérem a zobrazena na indikátoru, počítání pokračuje od této hodnoty. Tento algoritmus vyžadoval méně než 1 KB paměti mikrokontroléru. Nejjednodušší 6- lze použít jako displej. 8bitový 7segmentový LCD řízený řadičem.

V případě realizace vícetarifního elektroměru musí zařízení zajistit výměnu informací s okolním světem přes sériové rozhraní. Pomocí rozhraní lze nastavovat tarify, zapínat a nastavovat časovač, získávat informace o akumulovaných hodnotách elektřiny a podobně. . Blokové schéma takového zařízení implementovaného na mikrokontroléru Motorola je na obrázku.

Podívejme se na algoritmus provozu elektroměru. Paměť energeticky nezávislé paměti RAM je rozdělena do 13 bank, z nichž každá uchovává informace o akumulované elektřině ve čtyřech tarifech: obecný, preferenční, špičkový, penalizační. V první bance se účtování provádí od okamžiku zahájení provozu elektroměru, dalších 12 bank odpovídá úsporám za předchozích 11 a za aktuální měsíce. Zúčtování za aktuální měsíc je evidováno v příslušné bance, lze tak zjistit, kolik energie bylo naakumulováno za kterýkoli z posledních 11 měsíců. Před zahájením činnosti čítače je obsah paměťových bank u výrobce vynulován a akumulace začíná od nulových hodnot.

Změna tarifů se provádí podle dočasných podmínek: každý den v týdnu má svůj vlastní tarifní plán, to znamená počáteční časy hlavních a zvýhodněných tarifů – pro špičkový tarif. Jako svátky lze definovat 16 libovolných dní v roce, v tyto dny funguje tarifní řád jako pro neděli.

Elektroměr lze nastavit tak, aby omezoval množství spotřebované energie za měsíc a výkon. V těchto režimech měřič zaznamenává množství elektřiny spotřebované nad limit. Při překročení stanoveného limitu elektřiny dojde buď k přechodu na akumulaci za sankční tarif, nebo k odpojení uživatele od elektrizační soustavy. V případě např. dluhu lze násilně (přes komunikační rozhraní) nastavit sankční tarif.

ČTĚTE VÍCE
Jaké požadavky je třeba dodržovat při použití oddělovacího transformátoru?

Při připojení měřiče k síti (například po dalším výpadku napájení v síti) se zaznamená čas a datum daného okamžiku pro sledování. Je také možné zaznamenat datum neoprávněného odstranění krytu měřiče.

Prostřednictvím speciálního konektoru lze k elektroměru připojit čtečku pro čtení informací z jednotlivé elektronické karty o množství energie zaplacené spotřebitelem. Po dosažení limitu může elektroměr odpojit spotřebitele od elektrické sítě.