10.3. Princip činnosti a provoz elektroměrů. Odborné rady pro domácího elektrikáře

Jednofázový indukční měřič je měřicí wattmetr. Jedná se o integrační (součtový) elektrický měřicí přístroj. Princip činnosti indukčních přístrojů je založen na interakci proměnných magnetických toků s proudy jimi indukovanými v pohyblivé části přístroje (v disku). Blokové schéma jednofázového indukčního měřiče je znázorněno na obr. 10.3.

Obr. 10.3. Blokové schéma jednofázového indukčního elektroměru

Elektromechanické interakční síly způsobují pohyb pohyblivé části. Hliníkový kotouč se může otáčet na ose 0, ke které je prostřednictvím šneku a ozubeného kola připojen počítací mechanismus s číslicemi udávajícími spotřebu energie (obr. 10.4).

Obr. 10.4. Jednofázový indukční elektroměr

Protože elektroměr musí zohledňovat spotřebu energie, která je úměrná součinu zatěžovacího proudu I zdůrazňuje U, dodávaný do zátěže a čas t, během kterého je zátěž zapnutá, pak musí mít konstrukce elektroměru prvky, které se automaticky násobí já, U и tObecně se toho dosahuje následovně. Protikotouč je nakonec otáčen elektromagnetickými silami, které jsou vytvářeny cívky.

První cívka je zapojena do sítě sériově a vytváří sílu úměrnou proudu IDruhý je zapojen paralelně a vytváří sílu úměrnou napětí. UFrekvence otáčení hliníkového disku umístěného mezi cívkami je tedy úměrná součinu U x I.

Pokud je zatížení nulové, kotouč se nehýbe a údaje počítadla se nemění. Při zatížení se kotouč otáčí a čím rychleji se zatížení zvyšuje. Čas t se automaticky zohledňuje, protože čím déle se kotouč otáčí, tím delší dráhu urazí klipy mechanismu počítadla a na nich jsou napsána čísla, která jsou viditelná v okénku na krytu počítadla.

Na klipech jsou napsána čísla 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Klipy jsou zakryté štítem a na každém z nich v jeho okénkách vidíme pouze jedno číslo. Předpokládejme, že hliníkový kotouč počítadla se začne otáčet podél šipky, když jsou ve všech okénkách viditelné nuly.

Sledováním počítadla uvidíme, jak se pravá nula objeví a zase zmizí a ustoupí jedničce. Nahradí ji dvojka atd. A když se místo devítky v okně znovu objeví nula, pak se v sousedním okně vlevo objeví jednička. Plná otáčka prvního disku, počítáno zprava, tedy odpovídá 1/10 otáčky druhého disku, plná otáčka druhého – 1/10 otáčky třetího atd.

Počet zubů na šnekových a ozubených převodech se volí tak, aby elektroměr obvykle počítával kilowatthodiny (čísla v černých okénkách) a jejich zlomky (čísla v červeném okénku).

Princip fungování indukčního třífázového elektroměru

Indukční třífázový elektroměr pracuje na stejném principu jako jednofázový elektroměr. V indukčním systému se pohyblivá část (kotouč) během odběru elektřiny otáčí. Kotouč se otáčí v důsledku vířivých proudů indukovaných v něm magnetickým polem cívek elektroměru. Magnetické pole vířivých proudů interaguje s magnetickými poli cívek elektroměru.

Jeden ze tří prvků počítadla obsahuje dva elektromagnety:

♦ proudové vinutí je zapojeno do sítě sériově;

♦ napěťové vinutí je připojeno k síti paralelně.

Mezi těmito elektromagnety je rotující hliníkový disk. Jeho osa je připojena:

♦ s druhým diskem, na kterém jsou instalovány další dva prvky (pro dvě fáze).

Třetí kotouč z důvodu úspornosti chybí. Proudy protékající vinutími elektromagnetů vytvářejí magnetické toky, pod jejichž vlivem má kotouč rotační moment. Čím více elektřiny se spotřebovává, tím větší je proud v řízeném obvodu a v proudovém vinutí elektroměru a tím větší je točivý moment a rychlost otáčení kotouče. Třífázové elektroměry na 380 V se používají hlavně pro měření elektřiny jak v rozvodnách, podnicích, tak i v jednotlivých domech a velkých bytech.

Princip fungování hybridního elektronicko-mechanického čítače

Hybridní elektronicko-mechanické měřiče jsou „křížencem“ mechanických a elektrických měřičů: digitální rozhraní, elektronická nebo indukční měřicí část. Zahrnují několik jednotek:

♦ korekční obvody atd.

Napájecí zdroj převádí vstupní střídavé napětí na nízké stejnosměrné napětí a napájí elektronické obvody elektroměru. Obvod elektroměru měří proud spotřebovaný zátěží pomocí proudového transformátoru (snímače), kterým protéká měřený proud. Další jednotky elektroměru plní řadu různých funkcí: zobrazování naměřených hodnot a ovládání přes sítě Ethernet, WiMax, Wi-Fi, ZeegBee, ovládání displeje, kompenzace teploty elektroměru, korekce přesnosti atd.

Čítač se skládá z procesorového mikroobvodu, tří proudových transformátorů, napájecího obvodu, elektromechanického počítacího zařízení a dalších obvodů.

Jako registr elektrické energie se používá jednoduché elektromechanické počítací zařízení, ve kterém je použit dvoufázový krokový motor. Napájení měřiče je zajištěno zdrojem postaveným na proudovém transformátoru a dvoupůlvlnovém usměrňovači.

Struktura a princip činnosti elektronických elektroměrů

V nejjednodušším případě lze elektroměr postavit na základě jednoduchého mikrokontroléru. Nejjednodušší elektronický elektroměr stačí k měření impulsů, zobrazení informací a ochraně v případě nouzových poruch.

Poznámka.

Ukazuje se, že se ve skutečnosti jedná o digitální analog indukčních (mechanických) měřičů, o kterých jsme hovořili výše.

Blokové schéma jednoduchého elektronického elektroměru je znázorněno na obr. 10.5.

Obr. 10.5. Blokové schéma jednoduchého elektronického jednofázového elektroměru

Signály jsou přiváděny přes odpovídající transformátorové senzory na vstupy mikroobvodu převodníku. Z jeho výstupu je odebírán frekvenční signál a přiveden na vstup mikrokontroléru. Mikrokontrolér sečte počet příchozích impulsů a převede je tak, aby získal množství energie ve W∙h.

Jak se každá jednotka nahromadí, hodnota nahromaděné energie se zobrazuje na monitoru a zapisuje do paměti FLASH. Pokud dojde k poruše nebo k výpadku síťového napětí, informace o nahromaděné energii se uloží do paměti.

Po obnovení napětí je tato informace přečtena mikrokontrolérem a zobrazena na indikátoru, od této hodnoty pokračuje počítání. Tento algoritmus vyžadoval méně než 1 KB paměti mikrokontroléru. Jako displej lze použít nejjednodušší 6-. 8místný 7segmentový LCD displej, řízený řídicí jednotkou.

V případě implementace vícetarifní elektroměr, zařízení musí zajišťovat výměnu informací s okolním světem prostřednictvím sériového rozhraní. Rozhraní lze použít k nastavení tarifů, zapnutí a nastavení časovače, získání informací o akumulovaných hodnotách elektřiny atd. Blokové schéma vícetarifního elektronického elektroměru, implementovaného na mikrokontroléru Motorola, je znázorněno na obr. 10.6.

Rýže 10.6. Blokové schéma vícetarifního elektronického jednofázového elektroměru

Uvažujme algoritmus fungování vícetarifního elektroměru. Paměť energeticky nezávislé paměti RAM je rozdělena do 13 bank, z nichž každá ukládá informace o akumulované elektřině ve čtyřech tarifech: obecný, preferenční, špičkový, penalizační.

V první bance se evidence provádí od okamžiku uvedení elektroměru do provozu, dalších 12 bank odpovídá akumulacím za předchozích 11 měsíců a za aktuální měsíc. Evidence za aktuální měsíc se zaznamenává v odpovídající bance, takže je možné zjistit, kolik energie bylo akumulováno za kterýkoli z posledních 11 měsíců. Před spuštěním elektroměru se obsah paměťových bank ve výrobním závodě vynuluje a akumulace začíná od nulových hodnot.

Tarify se mění podle časových podmínek: každý den v týdnu má svůj vlastní tarifní plán, tj. časy začátku základního a zvýhodněného tarifu jsou pro špičkový tarif. Šestnáct libovolných dnů v roce lze definovat jako svátky, v tyto dny tarifní plán funguje jako neděle.

Elektroměr lze nastavit tak, aby omezoval množství spotřebované energie za měsíc a výkon. V těchto režimech elektroměr zaznamenává množství spotřebované elektřiny nad limit. Pokud je překročen nastavený limit elektřiny, dojde buď k přechodu na akumulaci s penalizační sazbou, nebo k odpojení uživatele od elektrické sítě. Penalizační sazbu lze nastavit násilně (přes komunikační rozhraní) například v případě dluhu.

Po připojení elektroměru k síti (například po dalším výpadku proudu v síti) se pro kontrolní účely zaznamenává čas a datum okamžiku. Je také možné zaznamenat datum neoprávněného odstranění krytu elektroměru.

K elektroměru lze pomocí speciálního konektoru připojit čtečku, která z individuální elektronické karty čte informace o množství energie zaplacené spotřebitelem. Po vyčerpání limitu může elektroměr odpojit spotřebitele od elektrické sítě.

Třífázový elektronický vícetarifní elektroměr má vestavěné digitální rozhraní, vestavěný tarifikátor.

Elektroměr umožňuje měření činné a jalové elektrické energie v jedno- nebo vícetarifním režimu souhrnně pro všechny fáze nebo může počítat činnou energii pro každou fázi samostatně.

Displej z tekutých krystalů zobrazuje:

♦ hodnoty činné a jalové elektrické energie;

♦ měření okamžitých hodnot činného, jalového a zdánlivého výkonu pro každou fázi a pro součet fází;

♦ měření pro každou fázi – proud, napětí, frekvence, cos phi, úhly mezi fázovými napětími.

Takový elektroměr podporuje přenos naměřených dat přes elektrickou síť, a to prostřednictvím rozhraní – CAN, RS-485. Lze přenášet všechny dostupné informace. Je možné naprogramovat elektroměr v režimu sčítání fází „po modulu“, aby se zabránilo krádeži elektřiny v případě narušení fázování připojení, je možné nastavit vnitřní hodiny elektroměru.

Tento elektroměr je určen pro použití v elektrických instalacích administrativních, bytových a veřejných budov, průmyslových prostor, chat, letních domů, obchodů, garážových družstev atd. při zásobování spotřebitelů elektřinou z třífázové elektrické sítě.

Více než 800 000 knih a audioknih!

Dostat 2 měsíce předplatného Litres jako dárek a užívejte si neomezené čtení