Как електромерът работи и работи

  • Инструмент

Основната цел на това устройство е непрекъснато да измерва консумацията на мощност на наблюдаваната част на електрическата верига и да показва стойността си в благоприятна за човека форма. Елементната база използва електронни компоненти в твърдо състояние, работещи на полупроводници или микропроцесорни проекти.

Такива устройства се произвеждат за работа с токови вериги:

1. постоянна стойност;

2. синусоидална хармонична форма.

DC електрическите измервателни уреди работят само в промишлени предприятия, работещи с високо енергийно оборудване с висока консумация на постоянна мощност (електрифициран железопътен транспорт, електрически автомобили...). За домашни цели, те не се използват, се предлагат в ограничени количества. Ето защо в бъдещия материал на тази статия няма да ги разгледаме, въпреки че принципът на тяхната работа се различава от моделите, работещи на променлив ток, основно чрез проектирането на сензори за ток и напрежение.

Електромерите за променлив ток са произведени за отчитане на енергията на електрическите устройства:

1. с еднофазно напрежение;

2. в трифазни схеми.

Проектиране на електромери

Цялата елементарна основа е разположена във вътрешността на корпуса и е оборудвана с:

клемен блок за свързване на електрически проводници;

Панел с LCD дисплей;

контролните органи работят и прехвърлят информация от устройството;

печатна платка с елементи в твърдо състояние;

Появата и основните потребителски настройки на един от многото модели на подобни устройства, произведени от предприятия на Република Беларус, са показани на снимката.

Ефективността на такъв електромер се потвърждава от:

приложената марка на верификатора, потвърждаваща преминаването на метрологичното калибриране на уреда върху изпитвателния стенд и оценката на неговите характеристики в рамките на обявения от производителя клас на точност;

непроменен печат на фирмата за контрол на мощността, която отговаря за правилното свързване на електромера с електрическата верига.

Вътрешният изглед на дъските на подобно устройство е показан на снимката.

Няма механизми за придвижване и индукция. И присъствието на три вградени токови трансформатори, използвани като сензори със същия брой ясно видими канали на платката, свидетелстват за трифазната работа на това устройство.

Електротехнически процеси, преброени от електронен метър

Работата на вътрешните алгоритми на трифазни или еднофазни структури се извършва съгласно същите закони, с изключение на това, че в трифазния, по-сложен апарат има геометрично сумиране на стойностите на всеки от трите компонентни канала.

Поради това принципите на работа на електронния измервателен уред ще се разглеждат главно на примера на еднофазен модел. За да направите това, ние си спомняме основните закони на електротехниката, свързани с властта.

Пълната му стойност се определя от компонентите:

реактивно (сума от индуктивни и капацитивни товари).

Токът, преминаващ през общата схема на еднофазна мрежа, е еднакъв във всички области, а спадът на напрежението във всеки елемент зависи от вида на съпротивлението и неговата величина. При активното съпротивление той съвпада с вектора на пропускащия ток в посоката, а при реактивната съпротива той се отклонява отстрани. И на индуктивност, тя е пред сегашния ъгъл, а на кондензатор - зад.

Електронните измервателни уреди са в състояние да отчитат и да показват общата мощност и активната и реактивна стойност. За тази цел се правят измервания на токови вектори с напрежение, подадено към неговия вход. От стойността на ъгловото отклонение между тези входящи стойности се определя и изчислява естеството на натоварването, като се осигурява информация за всички негови компоненти.

При различни проекти на електронни измервателни уреди комплектът от функции не е същият и може да се различава значително по предназначение. По този начин те са радикално разграничени от техните индукционни колеги, които работят на базата на взаимодействието на електромагнитните полета и индукционните сили, които причиняват въртенето на тънък алуминиев диск. От структурно естество, те могат да измерват само активна или реактивна мощност в еднофазни или трифазни схеми и стойността на пълната трябва да се изчислява отделно ръчно.

Принцип на измерване на мощността чрез електронен уред

Схемата за действие на просто измервателно устройство с изходни преобразуватели е показано на фигурата.

Той използва прости сензори за измерване на мощността:

ток, базиран на конвенционален шунт, през който преминава фазата на веригата;

напрежение, работещо в съответствие с добре известния делител.

Полученият от такива датчици сигнал е малък и се увеличава от електронни усилватели на ток и напрежение, след което се извършва аналогово-цифрова обработка, която допълнително преобразува сигналите и ги умножава, за да получи стойност, пропорционална на стойността на консумираната мощност.

След това цифровизираният сигнал се филтрира и се извежда към устройства:

Входните сензори на електрическите величини, използвани в тази схема, не осигуряват измервания с висок клас точност на токови и напреженови вектори и съответно изчисляване на мощността. Тази функция се осъществява по-добре от инструменталните трансформатори.

Схемата на еднофазовия електронен уред

В него измервателната ТТ е включена в прекъсването на потребителския фазов проводник, а трансформаторът на напрежението е свързан към фазата и нула.

Сигналите от двата трансформатора не се нуждаят от усилване и се изпращат през каналите си към ADC, което ги превръща в цифров код за мощност и честота. Допълнителните реализации се извършват от микроконтролера, който контролира:

RAM - памет с произволен достъп.

Чрез RAM изходният сигнал може да бъде предаден по-нататък към информационния канал, например, използвайки оптичен порт.

Функционалността на електромерите

Ниската грешка при измерване на мощността, оценена от класа на точност от 0,5 S или 02 S, позволява използването на тези устройства за търговско измерване на използваната електроенергия.

Проектите, предназначени за измерване на трифазни схеми, могат да работят в три- или четири-проводникови електрически вериги.

Електронният измервателен уред може да бъде директно свързан към съществуващото оборудване или да има дизайн, който позволява използването на междинни, например високоволтови измервателни трансформатори. В последния случай, като правило, автоматично преизчисляване на измерените вторични стойности се извършва в първичните стойности на тока, напрежението и мощността, включително активните и реактивните компоненти.

Уредът записва посоката на пълната мощност с всички негови компоненти в посока напред и обратно, съхранява тази информация във връзка с времето. Същевременно потребителят може да отчита енергийните стойности с нарастването си за определен период от време, например ден, месец или година, които са текущи или са избрани от даден календар или се натрупват за определено определено време.

Определянето на стойностите на активната и реактивната мощност за определен период, например 3 или 30 минути, както и бързото повикване на максималните си стойности през месеца значително опростява анализа на работата на енергийното оборудване.

По всяко време можете да видите мигновени индикатори за активна и реактивна консумация, ток, напрежение, честота във всяка фаза.

Наличието на функция на многотарифно измерване на енергия чрез използване на няколко канала за предаване на информация разширява условията за търговско приложение. В същото време тарифите се създават за конкретно време, например всеки половин час от свободния ден или работния ден според сезоните или месеците на годината.

За удобство на потребителя дисплеят показва работно меню, между които можете да се придвижвате, като използвате съседни контроли.

Електронният електромер ви позволява не само да четете информация директно от дисплея, но и да го преглеждате през отдалечен компютър, както и да въвеждате допълнителни данни или да го програмирате през оптичен порт.

Информационна сигурност

Монтирането на уплътнения на измервателния уред се извършва на два етапа:

1. на първо ниво достъпът до вътрешността на камерата на инструмента е забранен от службата за технически контрол на завода, след като е бил произведен броячът и е преминал състояние калибриране;

2. при второто ниво на запечатване, достъпът до клемите и свързаните проводници е блокиран от представител на организацията за електрозахранване или на надзорния орган.

Всички събития на изваждане и монтиране на капака са оборудвани с алармена система, чието задействане се записва в паметта на дневника на събитията във връзка с времето и датата.

Системата за пароли осигурява ограничаване на достъпа на потребителите до информация и може да съдържа до пет ограничения.

Нулевото ниво напълно премахва ограниченията и ви позволява да преглеждате всички данни локално или отдалечено, синхронизирате времето, настройвате показанията.

Първото ниво на паролата за допълнителен достъп се предоставя на работниците от инсталацията или оперативната организация на AMR системи за инсталиране на оборудване и записващи параметри, които не оказват влияние върху търговските характеристики.

Второто ниво на основната парола за достъп се възлага от отговорното лице на надзора на електрозахранването на измервателния уред, който е настроен и напълно подготвен за работа.

Третото ниво на основен достъп се дава на служителите на надзорния орган, които изваждат и инсталират капака от измервателния уред, за да получат достъп до клемните си клеми или да извършват дистанционни операции през оптичния порт.

Четвъртото ниво предоставя възможност за инсталиране на хардуерни клавиши на дъската, премахване на всички инсталирани печати и възможност за работа през оптичния порт за подобряване на конфигурацията, замяна на калибровъчните коефициенти.

Горният списък с функции, които електромерът притежава, е общ, общ преглед. Той може да се настройва поотделно и да се различава дори при всеки модел на един производител.

Електрическа верига

Електрическият измервател, по-точно, метърът за консумация на електроенергия е специално устройство, предназначено за записване на електрическата енергия, погълната от товара. Според неговата техническа идея, той е комбинация от един метър от консумираната електрическа енергия с механизъм за отчитане, показващ четения. Има електромери за измерване на енергията от директен или променлив ток. AC електромерите са еднофазни и трифазни. По принцип на работа, електромерите могат да бъдат индукционни и електронни.

Кратка история на създаването на електромер

През 1885 г. италианският "Галилео Ферарис" (1847-1897) направи интересно наблюдение на ротацията на солиден ротор под формата на метален диск или цилиндър под влиянието на две променливи токови полета, които не съвпадат във фаза. Това откритие беше началната точка за създаване на индукционен двигател и в същото време отвори възможността за разработване на индукционен брояч.

Първият брояч от този тип е създаден през 1889 г. от унгарския Ото Титучи Блати, който работи в завода "Ганц" в Будапеща, Унгария. Той патентова идеята за електромер за променлив ток (патент, издаден в Германия, No. 52,793, патент, получен в САЩ, No. 423,210).

В такова устройство Блати успя да получи вътрешно фазово отместване от близо 90 °, което позволи на метъра да покаже сравнително точно вата-часовете. В електромера на този модел вече е използван постоянен спирачен магнит, който осигурява широк спектър от измервания на количеството консумирана енергия и е използван и циклометричен регистър.

Други години бяха отбелязани с много подобрения, изразяващи се в намаляване на теглото и размера на устройството, разширяване на диапазона на допустимите натоварвания, компенсиране на промените в мащаба на коефициента на натоварване, стойностите на напрежението и температурата. Фрикцията в лагерите на въртящия се ротор на брояча беше значително намалена чрез замяна на опорните лагери със сачмени лагери, по-късно с двойни камъни и магнитни лагери. Значително увеличи периода на стабилна работа на измервателния уред поради увеличаването на техническите характеристики на спирачната електромагнитна система и неизползването на маслото в роторните лагери и преброяващия механизъм. Много по-късно е създаден трифазен индукционен брояч за промишлени потребители, в който е използвана комбинация от две или три измервателни системи, монтирани на един, два или дори три отделни диска.

Диаграма за свързване на измервателния уред тип индукция

Електронната схема на индукционния измервателен уред обикновено е изключително проста и се състои от две намотки (ток и напрежение) и терминален блок, към който са насочени техните контакти. Конвенционалната схема, според която е свързан еднофазен електрически измервател в стандартния електрически панел на жилищните сгради, има следната форма:

Тук, фаза "А" означава жълтата линия, фаза "B" - зелена, фаза "C" - червена, неутрална жица "N" - сини линии, проводник за заземяване "PE" - жълто-зелена линия. Превключвателят за партида често се заменя с по-модерно устройство за биполярно защита от претоварване. Трябва да се отбележи, че няма съществени разлики между схемата за свързване на брояч с индукционен тип и подобна схема за свързване на електронно устройство.

Конвенционалната схема за свързване на електромер в трифазна четирижилна мрежа от 380 волта е:

Тук обозначенията на цветовете са подобни на предишната схема на свързване на метър за еднофазна мрежа.

Важно е да се спазва непосредствения ред на редуване на фазите на трифазна мрежа на клемния блок. Можете да го определите, като използвате фазов индикатор или инструмент VAF. В пряка последователност, редуването на напрежението фази е, както следва: ABC, VSA, CAB (ако отидете по часовниковата стрелка). В обратна последователност фазовото редуване на напрежението е както следва: DIA, SVA, YOU. Това създава допълнителна грешка и има брояч за саморегулиране на ротор за активна енергия. В електрически измервателен уред от реактивна енергия обратният ред на редуване на фазите на товара и напрежението предизвиква завъртането на ротора в обратната посока.

Електрически връзки за еднофазен индукционен електромер

В диаграмата червените линии показват фазовия проводник и токовата бобина, а в син цвят - неутралният проводник и намотката за напрежение.

Диаграмата на електрическата връзка на трифазен индукционен измервателен уред с директно свързване в мрежово напрежение от 380 волта:

Тук: Фаза "А" показва жълта, фаза "B" - зелена, фаза "C" - червена, неутрална жица "N" - син; L1, L2, L3 - означават токови намотки; L4, L5, L6 - означават напреженови намотки; 2, 5, 8 - контакти за напрежение; 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 - контакти за свързване на външно окабеляване към трифазен измервателен уред.

Принципът на работа и индукционният измервател на устройството

Текущата намотка, свързана последователно с потребителя на електричество, има малък брой завои, които са навити с дебела жица, съответстваща на номиналния ток на този измервателен уред. Това осигурява минимално съпротивление и въвеждането на текущи грешки в измерването.

Паралелното напрежение, свързано паралелно с товара, има голям брой завои (8000 - 12000), които се навиват с тънка тел, което намалява консумирания ток на натоварване на измервателния уред. Когато към него е свързано променливо напрежение и ток на натоварване тече в текущата намотка, електромагнитните полета затварят така наречените вихрови токове през алуминиевия диск, който е ротор. Тези токове взаимодействат с електромагнитното поле и създават въртящ момент, който задвижва подвижния алуминиев диск.

Постоянният магнит, който създава магнитен поток през диска на брояча, създава ефекта на спирачния (брояч) момент.

Константата на скоростта на въртене на диска се постига с равновесие на въртящите и спирачните сили.

Броят въртящи обороти на час ще бъде пропорционален на консумираната енергия, което е еквивалентно на факта, че постоянната равномерна скорост на въртене на диска е пропорционална на консумираната мощност, ако въртящият момент, действащ върху диска, е адекватен на мощността на потребителя, към който е свързан измервателният уред.

Триенето в кинематичните двойки на механизма на индукционния брояч създава появата на грешки в показанията на измерването. Ефектът от триенето е особено важен при малки (до 5-10% от номиналната стойност) натоварвания за индукционен брояч, когато величината на отрицателната грешка може да бъде 12-15%. За да се намали влиянието на силите на триене в индукционен брояч, се използва специално устройство, което се нарича компенсатор на триене.

Основният параметър на електромера с променлив ток е прагът на уреда, който предполага минимална мощност, изразена като процент от номиналната стойност, при която роторът на измервателния уред започва да се върти постоянно. С други думи, прагът на чувствителност е минималната консумация на енергия, която измервателят може да записва.

Съгласно GOST праговата стойност за индукционните броячи с различни класове на точност не трябва да бъде повече от 0,5 - 1,5%. Нивото на чувствителност се определя от стойността на компенсационния въртящ момент и спирачния момент, който се създава със специално антипропелно устройство.

Принципът на работа на електронния измервателен уред

Индукционните измервателни уреди за консумация на електроенергия, поради тяхната простота и ниска цена, имат редица недостатъци, които се основават на използването на механични подвижни части, които имат недостатъчна стабилност на параметрите по време на продължителна работа на устройството. Електронният електромер е лишен от тези недостатъци, има нисък праг на чувствителност, по-висока точност на измерване на консумираната енергия.

Въпреки това, за изграждането на електронен измервателен уред се изисква използването на високо специализирани интегрални схеми (IC), които могат да извършват умножаване на сигнали за ток и напрежение, да формират получената стойност във форма, удобна за обработка от микроконтролера. Например, чипове, които конвертират активната мощност - в стойността на честотата на повторение на импулсите. Общият брой импулси, интегрирани от микроконтролера, е пряко пропорционален на консумираната електроенергия.

Блокова диаграма на електромера

Също толкова важно за пълната работа на електронния измервателен уред е наличието на различни сервизни функции, като отдалечен достъп до измервателния уред за дистанционно наблюдение на показанията, определяне на дневна и нощна консумация на енергия и много други. Използването на цифров дисплей позволява на потребителя да програмира програмно различни формати за показване на информация, например показване на информация за количеството консумирана енергия в определен интервал, задаване на различни тарифи и други подобни.

За да изпълнявате определени нестандартни функции, например, отговаряте на нивото на сигнала, ще са необходими допълнителни интегрални схеми. Понастоящем е започнало производството на специализирани микросхеми - преобразуватели на мощност до пропорционална честота - и специализирани микроконтролерни устройства, които имат подобен конвертор на един чип. Но, по-често, те са твърде скъпи за употреба в домакински уреди за индукционни измервателни уреди. Ето защо много световни производители на микроконтролери разработват специализирани нискотарифни чипове, специално проектирани за това приложение.

Каква схема за електрическа схема има за най-простата цифрова версия на най-евтиния (по-малко от един долар) 8-битов микроконтролер от Motorola? При разглежданото решение се изпълняват всички минимално задължителни функции на устройството. Тя се основава на използването на евтин IC, който преобразува мощността в честота на импулсите на типа KR1095PP1 и 8-битовото микроконтролерно устройство MC68HC05KJ1. С такава контра архитектура, микроконтролерът трябва да сумира получения брой импулси, да показва информацията на дисплея и да предпазва устройството в различни ненормални режими. Описаният брояч е всъщност цифров функционален аналог на съществуващите механични измервателни уреди, адаптирани за по-нататъшно усъвършенстване.

Основна електрическа схема на най-простия цифров електромер

Сигнали, еквивалентни на стойностите на напрежението и тока в мрежата, се получават от сензорите и се подават към входа на преобразувателя. Чипът умножава входните сигнали, като образува моментна стойност на консумацията на енергия. Тази стойност се подава към микроконтролера, преобразувана в ватчасове. С натрупването на данните се променят показанията на измервателния уред на LCD дисплея. Наличието на честа повреда на захранването на устройството води до необходимостта да се използва EEPROM, за да се гарантира безопасността на показанията на измервателния уред. Тъй като отказът от захранване е най-честата необичайна ситуация, тази защита е необходима във всеки електронен измервателен уред.

На схемата е показана схематична електрическа схема на измервателен уред (цифров компютър). Чрез съединителя X1 се свързва мрежовото напрежение 220 V и електрическият консуматор. Сензорите за напрежение и ток образуват сигнали, пристигащи в конверторния чип KR1095PP1, като изолацията от честотния изход е изолирана от оптрон. Контрастът е микроконтролер Motorola MC68HC05KJ1, произведен в 16-пинов пакет (пакет DIP или SOIC) и оборудван с 1,2 KB ROM и 64 байта RAM. За да се спести натрупаното количество енергия, изразходвано при прекъсване на електрозахранването, се използва EEPROM с малка памет 24C00 (16 байта) от Microchip. Дисплеят е 7-сегментен 8-битов LCD дисплей, контролиран от нискотарифен микроконтролер, който комуникира с централните данни на микроконтролера чрез SPI или I2C протоколи и е свързан чрез конектор X2.

Алгоритъмът на работата на брояча изисква по-малко от 1 Kbyte памет и по-малко от половината от всички I / O портове на микроконтролера MC68HC05KJ1. Техните технически възможности са достатъчни, за да допълнят брояча с някои сервизни функции, например възможността за комбиниране на броячите в локална мрежа чрез интерфейса RS-485. Тази функция ви позволява да получавате информация за консумираната енергия в сервизния център и да изключвате дистанционно електроенергията, ако потребителят не е платил. Мрежа, съдържаща такива броячи, може да бъде оборудвана с жилищна жилищна сграда. Всички показания на измервателния уред в мрежата ще се подават дистанционно в контролния център.

От практически интерес е използването на семейство 8-битови микроконтролери с чип, съдържащ вградена флаш памет. Това позволява да се програмира директно върху сглобената платка. Той също така осигурява защита от хакерство на програмния код и удобството при актуализирането на софтуера, без да се извършва инсталационна работа.

Цифров компютър за електронен електромер

По-интересно е опцията за електронен електромер без използване на външна EEPROM и скъпа външна енергонезависима RAM. В този случай е възможно в случай на извънредна ситуация да се записват показанията и друга информация за сервиз във вътрешната флаш памет на микроконтролера. Това допълнително гарантира необходимата поверителност на данните, което не може да бъде гарантирано, ако се използва външен кристал, който не е защитен от неоторизиран достъп от неоторизирани лица. Такъв електронен електромер с всякаква степен на сложност и функционалност може да бъде създаден с помощта на микроконтролер Motorola от фамилията HC08 с памет FLASH, вградена в главния чип.

Преходът към цифрово дистанционно автоматично отчитане и контрол на консумацията на енергия е въпрос на време. Техническите и потребителските предимства на тези системи са очевидни. Тяхната цена неизменно ще намалява. И дори при използването на най-простия микроконтролер такъв електронен електромер има очевидни предимства: висока надеждност поради пълната липса на подвижни части; малък размер; възможността за производство на метър в жилището, като се вземат предвид особеностите на интериора в модерните жилищни сгради; увеличаване на интервала на калибриране с няколко пъти; висока поддържаемост и изключителна лекота при обслужване и експлоатация. Дори и малките допълнителни хардуерни и софтуерни разходи в обикновен цифров измервателен уред могат да го допълнят с редица обслужващи функции, които липсват при всички механични електромери, например използването на мултитарифно таксуване за консумирана енергия, способността за автоматизирано измерване и управление на енергията.

Устройството и принципът на работа на измервателния уред

Отчитането на потреблението на електрическа енергия при обекти от всяка форма на собственост се извършва с помощта на електромери. Правилният избор на устройството се отразява в спестяването на енергия, което е основната задача сега. Никой обект няма да бъде свързан към мрежите на компании, които доставят енергия, без да инсталира електромер. Правилата по негов избор, мястото на инсталиране и свързване се регулират от регулаторната и техническата документация, сред които ЕМП заема основното място. Всеки собственик на жилище съставя договор за свързване към мрежи, където трябва да бъде посочен моделът на измервателния уред. Това е необходимо, за да се извърши проверката на брояча, чиято честота за всеки модел се определя от производителя.

Електрически измервателен уред

класификация

Битови и чуждестранни производители произвеждат огромна гама от електромери. Разбирането на класификацията на устройствата ще ви помогне по следните начини:

  • принцип на действие (индукционна и електронна);
  • броя на фазите или класа на напрежение (едно- и трифазно);
  • метод на свързване (директно и чрез измерване на трансформатори);
  • броят на тарифите (една, две и три тарифа);
  • вид на повикващия (външен и вътрешен);
  • клас на точност (0,2s; 0,2; 0,5s; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5);
  • измерен ток (основа, начална и максимална);
  • тип интерфейс (импулс, инфрачервен порт, RS 232, RS 485, оптична комуникационна линия, CAN, PLC модем и GSM).

Устройство и принцип на работа

Дизайнът на измервателния уред зависи от принципа на работата му и изпълняваните функции. Индукционният монофазен измервател се използва в еднофазни променливи мрежи и се състои от следните части:

  • комбиниран случай;
  • две намотки: ток и напрежение;
  • две магнитни вериги: текуща намотка и напрежение;
  • контра стълб;
  • алуминиев диск;
  • червячна предавка;
  • механизъм за отчитане;
  • постоянен магнит за спиране на диска;
  • оста, върху която са фиксирани преброяващият механизъм, червеят и алуминиевият диск.

Схематично устройство на еднофазен индукционен тип електромер

Принципът на действие на устройството е както следва. 2 електромагнита представляват измервателния механизъм на измервателния уред. Те са разположени под ъгъл от 90 ° един спрямо друг. В магнитното поле на тези електромагнити е диск от алуминий. Измервателният уред се пуска в действие чрез свързване на текущата намотка последователно с електрическите приемници и напрежението паралелно с електрическите приемници. С преминаването на променлив ток през намотките в сърцевините възникват магнитни потоци с променлива величина. Те проникват в диска и в резултат предизвикват вихрови токове. Взаимодействието на последното с магнитните потоци създава сила, която върти диска. Той, от своя страна, се свързва с механизъм за отчитане, който отчита честотата на въртене на диска. Фигурите, които се намират в брояча, записват консумацията на електрическа енергия.

С нарастването на тока на натоварване има по-голям въртящ момент, което кара диска да се върти по-бързо.

Принципът на работа на трифазните индукционни измервателни уреди е подобен на този, описан по-горе, като единствената разлика е, че те се използват в трифазни AC мрежи.

Изглед отпред на трифазен индукционен измервателен уред с изваден капак

Страничен изглед със задната част на корпуса на отстранения трифазен индукционен брояч

С развитието на електронните технологии се наблюдава измерване на потреблението на електроенергия. Принципът на тяхната работа е съвсем проста. Специален конвертор преобразува входните аналогови сигнали от сензорите за ток и напрежение в цифров импулсен код. Той се подава към микроконтролера, който отчита количеството консумирана електроенергия на дисплея на продукта. Оттук основните части на електромера са:

  • защитна обвивка;
  • трансформатори, измерващи ток и напрежение;
  • конвертор;
  • микроконтролер, който е управляващият орган и предаването на информация на дисплея;
  • клемна лента за свързване на ел. кабели.

Еднофазни и трифазни електронни измервателни уреди действат съгласно същите закони, с единствената разлика, че в трифазната фаза стойностите на всеки от трите канала са обобщени.

Блокова схема на еднофазен електромер

От диаграмата може да се види, че токовият трансформатор е свързан с разрушаване на фазовия проводник, а трансформаторът на напрежението е свързан към нула и фаза. Сигналите за тока и напрежението се преобразуват в цифрова мощност и честота в цифров вид, след което микроконтролерът контролира паметта с произволен достъп (RAM), електронното реле и дисплея, която отразява цифровата информация, която отчита захранването на обекта, свързан към измервателния уред. RAM в някои модели може да играе ролята на предавател на информация, което прави възможно да се контролира работата на брояча от разстояние.

Електронните измервателни уреди за измерване на консумацията на електроенергия в трифазни схеми могат да работят в три- и четирижилни вериги. Устройствата съхраняват информация с информация за времето. Показания могат да се вземат за определен период от време и да се отчитат следните показатели:

  • активно потребление;
  • реактивно потребление;
  • ефективни стойности на напрежението и тока;
  • честота във всяка фаза.

Всичко това направи възможно създаването на мултитарифни измервателни уреди за изчисляване на потреблението на електроенергия в различни часове на деня, ден на седмицата или сезон.

Видео за брояч

Това, което се състои от измервателния уред за потребление на енергия и как работи, ще бъде описан във видеоклипа по-долу.

След като сме разбрали устройството за електромери, можем уверено да кажем, че електронните аналози са много по-добри от индукцията, те отразяват по-точно информацията, удобно е да се чете и преглежда, ако е необходимо от разстояние. Единственото предимство на индукционните измервателни уреди е тяхната цена, която е много по-ниска от тази на електронните модели.

Схема на електронния електромер

Принципът на действие на измервателния уред

  1. Какви видове електромери са
  2. Принципът на действие на индукционния брояч
  3. Принципът на действие на електронния електромер

Към всяка електрическа мрежа на апартамент или частна къща е свързан електрически уред, отчитащ консумираната електроенергия. Отличителна черта на това устройство е серийната му връзка. Това ви позволява да определите в пълен размер количеството ток, преминаващ през намотките му. Принципът на действие на измервателния уред зависи от вида на конкретното устройство.

Какви видове електромери са

В ежедневието се използват три вида метри:

  1. Механични или индукционни, въпреки простотата и евтиността, се характеризират с големи грешки, невъзможност за таксуване и други недостатъци.
  2. Електронните измервателни уреди имат ясни предимства под формата на висока точност, удобен за потребителя интерфейс и много други полезни функции.
  3. Третият тип измервателни устройства се отнася до хибридни устройства, в които има механична и електронна част. Те се използват много рядко, така че първите два вида електромери трябва да бъдат разгледани по-подробно.

Принципът на действие на индукционния брояч

Съвсем наскоро индукционните измервателни уреди бяха неразделна част от електрическите мрежи в апартаментите. Преброяващото устройство в тези устройства се представя от въртящ се алуминиев диск и цифрови барабани, показващи индикаторите за консумацията на енергия в реално време.

Принципът на действие на такива устройства е съвсем прост. Електромагнитното поле, което се появява в намотките на брояча, взаимодейства с диска, който изпълнява функцията на подвижен проводящ елемент. В еднофазен индукционен измервател една от намотките е свързана паралелно с намотката на напрежението, която служи като мрежа от променлив ток. Другата намотка е свързана последователно между текущата намотка или товара и генератора на електроенергия.

Действието на течения, протичащи през намотките, води до създаването на променлив магнитен поток, пресичащ въртящия се диск. Тяхната стойност е съотношението между текущото потребление и входното напрежение. Съгласно закона за електромагнитната индукция в самия диск, появата на вихрови токове, настъпващи в посоката на магнитните потоци.

Едините и магнитните потоци започват да взаимодействат един с друг в диска. В резултат на това се появява електромеханична сила, която води до създаването на въртящ момент. По този начин възниква пропорция между получения въртящ момент и продукта на двата магнитни потока, които се появяват в намотките на тока и напрежението, умножени по синусоида на фазовото отместване между тях.

Нормалната работа на индукционния измервател е възможна само при фазово отместване от 90 градуса. Такава промяна може да се постигне чрез разлагане на магнитния поток на намотката на напрежението на две части. Оказва се, че дискът на устройството се върти с честота, която е пропорционална на активно изразходваната мощност. Поради това директното потребление на енергия ще бъде пропорционално на броя обороти на диска. Получените данни за потреблението се предават на механично преброяващо устройство, чиято ос е свързана към оста на подвижния диск посредством предавка. Този дизайн осигурява едновременно въртене и на двата елемента.

Принципът на действие на електронния електромер

Доскоро всички измервания на консумираната електроенергия бяха извършени с помощта на индукционни измервателни уреди. Постепенно с развитието на микроелектрониката се наблюдава значителна промяна в подобряването на измерването и контрола на консумираната електроенергия. Съвременните цифрови електронни системи за управление бяха създадени с помощта на най-новите микроконтролери. Това даде възможност да се умножи увеличаването на точността на измерванията, а липсата на механизъм значително увеличи надеждността на брояча.

За електронните електромери е разработена специална елементарна база и методи за обработка на входящата информация. След обработката на цифрови данни стана възможно едновременно да се изчисли не само активната, но и реактивната мощност. Този фактор става важен в организацията на счетоводството в трифазните мрежи. В резултат на това бяха създадени многотарифни електромери, отчитащи натрупаната енергия през определено време от деня. Тези устройства са в състояние автоматично да определят определена тарифа.

Най-простата цифрова система, базирана на конвенционален микроконтролер, се използва, когато е необходимо да се измерват импулсите, да се показва информация и да се осигури защита в случай на аварийна авария. Такива устройства са цифрови аналози на механични електромери. В тази система сигналът се приема чрез определени трансформаторни сензори. След това отива на входа на чип конвертор.

Отстраняването на честотния сигнал на входа на микроконтролера се извършва на изхода на чипа. Микроконтролерът отчита всички входящи импулси и ги преобразува в полученото количество енергия (Wh). Когато входящите единици се натрупват, тяхната обща стойност се показва на монитора и се записва във вътрешната флаш памет в случай на прекъсване на захранването и други неизправности. Това ви позволява да поддържате непрекъснат запис на консумираната електроенергия.

Има мултитарифен електронен електромер, използващ собствения си алгоритъм. Серийният интерфейс ви позволява да обменяте информация с външния свят. С неговата помощ се задават тарифи, настройва се таймерът за време и се включва, получава се информация за натрупаната електроенергия и т.н. Нестабилната RAM е разделена на 13 банки данни, които съхраняват информация за количеството енергия, съхранявана при различни тарифи. Първата банка взема предвид цялата натрупана енергия от началото на измервателния уред. В следващите 12 банки спестяванията се отчитат за предходните 11 месеца и за текущия период.

По този начин принципът на работа на електромера в електронна форма позволява промяна на тарифите в съответствие с предварително определен график. Чрез специален съединител можете да се свържете с устройството и да разберете количеството електроенергия, платена от потребителя.

Принципът на работа на електронния измервателен уред

За да се изчисли консумираната електрическа енергия за определен период от време, е необходимо да се интегрират моментните стойности на активната мощност във времето. За синусоидален сигнал силата е равна на произведението от напрежението на тока в мрежата в даден момент. На този принцип, всеки метър от електрическата енергия. На фиг. 1 показва блокова диаграма на електромеханичен измервателен уред.

Фиг. 1. Блокова диаграма на електромеханичен електромер

Изпълнението на цифров електромер (фиг.2) изисква специализирани интегрални схеми, които могат да умножават сигналите и да осигуряват получената стойност във форма удобна за микроконтролера. Например, активният преобразувател на мощността - към скоростта на повторение на импулсите. Общият брой на входящите импулси, преброени от микроконтролера, е пряко пропорционален на консумираната електроенергия.

Фиг. 2. Блокова диаграма на цифров електромер

Не по-малко важно е ролята на всички видове услуги, като отдалечен достъп до измервателния уред, информация за съхраняваната енергия и много други. Наличието на цифров дисплей, контролиран от микроконтролера, ви позволява да програмирате различни режими на показване на информация, например да показвате информация за консумираната енергия за всеки месец, с различни скорости и т.н.

За да изпълнявате някои нестандартни функции, като съвпадение на нивата, се използват допълнителни интегрални схеми. Сега сме започнали да произвеждаме специализирани интегрални схеми - преобразуватели на мощността към честоти - и специализирани микроконтролери, съдържащи подобни преобразуватели на чип. Но често те са твърде скъпи за употреба в домакинските индукционни измервателни уреди. Ето защо много световни производители на микроконтролери разработват специализирани чипове, предназначени за такова приложение.

Нека се обърнем към анализа на конструкцията на най-простата версия на цифров брояч на най-евтиния (по-малко от един долар) 8-битов микроконтролер на Motorola. Представеното решение изпълнява всички необходими минимални функции. Тя се основава на използването на евтин преобразувател на мощност IC на честотата на импулсите KR1095PP1 и 8-битовия микроконтролер MC68HC05KJ1 (фиг.3). С такава структура микроконтролерът трябва да обобщи броя импулси, да покаже информация на дисплея и да го защити в различни аварийни режими. Замисленият брояч всъщност представлява цифров функционален аналог на съществуващите механични измервателни уреди, адаптирани за по-нататъшно подобрение.

Фиг. 3. Основните възли на най-простия цифров електромер

Сигнали, пропорционални на напрежението и тока в мрежата, се отстраняват от сензорите и се подават към входа на преобразувателя. Конверторът IC умножава входните сигнали, като получава моментна консумация на енергия. Този сигнал се подава към входа на микроконтролера, който го преобразува в Wh и, когато сигналите се натрупват, което променя показанията на измервателния уред. Честото прекъсване на захранването налага използването на EEPROM за съхраняване на показанията на измервателния уред. Тъй като прекъсването на електрозахранването е най-типичната аварийна ситуация, такава защита е необходима във всеки цифров измервателен уред.

Алгоритъмът на програмата (Фигура 4) за най-простата версия на такъв брояч е доста проста. Когато захранването е включено, микроконтролерът се конфигурира според програмата, прочита последната запаметена стойност от EEPROM и я показва. Тогава контролерът влиза в режим на отчитане на импулсите, идващи от IC на преобразувателя, и като всеки Wh се натрупва, той увеличава отчитането на брояча.

Фиг. 4. Алгоритъм на програмата

Когато пишете в EEPROM, стойността на натрупаната енергия може да бъде загубена в момента на прекъсване на електрозахранването. Поради тези причини стойността на натрупаната енергия се записва в EEPROM циклично един след друг чрез известен брой промени в показанията на измервателния уред, зададени програмно, в зависимост от необходимата точност. Това предотвратява загубата на съхранените данни за енергия. Когато се появи напрежение, микроконтролерът анализира всички стойности в EEPROM и избира последния. За минимални загуби е достатъчно да записвате стойностите на стъпки от 100 Wh. Тази стойност може да бъде променена в програмата.

Цикълът на цифровия калкулатор е показан на фиг. 5. Свържете захранващото напрежение от 220 V и товара към конектора X1. От сензорите за ток и напрежение сигналите се изпращат към чип конвертор KR1095PP1 с изолиран от честотния изход оптичен съединител. Броячът е базиран на микроконтролера Motorola MC68HC05KJ1, произведен в 16-пинов пакет (DIP или SOIC) и разполагащ с 1,2 Kbyte ROM и 64 байта RAM. За съхранение на натрупаното количество енергия в случай на прекъсване на захранването се използва малка 24C00 (16 байт) EEPROM от Microchip. Дисплеят използва 8-битов 7-сегментен LCD дисплей, контролиран от всеки евтин контролер, комуникирайки с централния микроконтролер чрез SPI или I2C протокол и свързан към конектор X2.

Прилагането на алгоритъма изискваше по-малко от 1 Kbyte памет и по-малко от половината от входно-изходните портове на микроконтролера MC68HC05KJ1. Неговите възможности са достатъчни, за да добавят някои функции на услугата, например интегрирането на електромери в мрежа чрез RS-485 интерфейс. Тази функция ви позволява да получавате информация за натрупаната енергия в сервизния център и да изключите електричеството при липса на плащане. Мрежа от такива измервателни уреди може да бъде оборудвана с жилищна високоетажна сграда. Всички индикации в мрежата ще дойдат в контролния център.

Особен интерес представлява семейството от 8-битови микроконтролери с флаш памет, разположени на чип. Тъй като може да се програмира директно върху сглобената платка, програмният код е защитен и софтуерът може да бъде актуализиран без инсталиране.

Фиг. 5. Цифров компютър за цифров електромер

Още по-интересно е версията на електромера без външна EEPROM и скъпа външна енергонезависима RAM. Възможно е в аварийни ситуации да се записват показания и сервизна информация във вътрешната флаш памет на микроконтролера. Това също така гарантира конфиденциалността на информацията, която не може да се направи с помощта на външен кристал, който не е защитен от неоторизиран достъп. Такива електромери с всякаква сложност могат да бъдат реализирани с помощта на микроконтролери Motorola от семейството HC08 с флаш памет, разположена на чип.

Преходът към цифрови автоматични системи за счетоводство и контрол на електроенергията е въпрос на време. Предимствата на такива системи са очевидни. Тяхната цена непрекъснато пада. И дори на най-простия микроконтролер такъв цифров електромер има очевидни предимства: надеждност поради пълната липса на триене; компактност; възможността за производство на тялото, като се вземе предвид интериорът на модерните жилищни сгради; увеличаване на периода за проверка с няколко пъти; поддръжка и лесна поддръжка и експлоатация. С малки допълнителни хардуерни и софтуерни разходи дори най-простият цифров измервателен уред може да има редица обслужващи функции, които не са достъпни за всички механични устройства, като например прилагането на мултитарифно плащане за консумирана енергия, възможността за автоматизирано отчитане и контрол на консумираната електроенергия.

няма публикувани: 2006 0 0

Как електромерът работи и работи

Основната цел на това устройство е непрекъснато да измерва консумацията на мощност на наблюдаваната част на електрическата верига и да показва стойността си в благоприятна за човека форма. Елементната база използва електронни компоненти в твърдо състояние, работещи на полупроводници или микропроцесорни проекти.

Такива устройства се произвеждат за работа с токови вериги:

1. постоянна стойност;

2. синусоидална хармонична форма.

DC електрическите измервателни уреди работят само в промишлени предприятия, работещи с високо енергийно оборудване с висока консумация на постоянна мощност (електрифициран железопътен транспорт, електрически автомобили...). За домашни цели, те не се използват, се предлагат в ограничени количества. Ето защо в бъдещия материал на тази статия няма да ги разгледаме, въпреки че принципът на тяхната работа се различава от моделите, работещи на променлив ток, основно чрез проектирането на сензори за ток и напрежение.

Електромерите за променлив ток са произведени за отчитане на енергията на електрическите устройства:

1. с еднофазно напрежение;

2. в трифазни схеми.

Проектиране на електромери

Цялата елементарна основа е разположена във вътрешността на корпуса и е оборудвана с:

клемен блок за свързване на електрически проводници;

Панел с LCD дисплей;

контролните органи работят и прехвърлят информация от устройството;

печатна платка с елементи в твърдо състояние;

Появата и основните потребителски настройки на един от многото модели на подобни устройства, произведени от предприятия на Република Беларус, са показани на снимката.

Ефективността на такъв електромер се потвърждава от:

приложената марка на верификатора, потвърждаваща преминаването на метрологичното калибриране на уреда върху изпитвателния стенд и оценката на неговите характеристики в рамките на обявения от производителя клас на точност;

непроменен печат на фирмата за контрол на мощността, която отговаря за правилното свързване на електромера с електрическата верига.

Вътрешният изглед на дъските на подобно устройство е показан на снимката.

Няма механизми за придвижване и индукция. И присъствието на три вградени токови трансформатори, използвани като сензори със същия брой ясно видими канали на платката, свидетелстват за трифазната работа на това устройство.

Електротехнически процеси, преброени от електронен метър

Работата на вътрешните алгоритми на трифазни или еднофазни структури се извършва съгласно същите закони, с изключение на това, че в трифазния, по-сложен апарат има геометрично сумиране на стойностите на всеки от трите компонентни канала.

Поради това принципите на работа на електронния измервателен уред ще се разглеждат главно на примера на еднофазен модел. За да направите това, ние си спомняме основните закони на електротехниката, свързани с властта.

Пълната му стойност се определя от компонентите:

реактивно (сума от индуктивни и капацитивни товари).

Токът, преминаващ през общата схема на еднофазна мрежа, е еднакъв във всички области, а спадът на напрежението във всеки елемент зависи от вида на съпротивлението и неговата величина. При активното съпротивление той съвпада с вектора на пропускащия ток в посоката, а при реактивната съпротива той се отклонява отстрани. И на индуктивност, тя е пред сегашния ъгъл, а на кондензатор - зад.

Електронните измервателни уреди са в състояние да отчитат и да показват общата мощност и активната и реактивна стойност. За тази цел се правят измервания на токови вектори с напрежение, подадено към неговия вход. От стойността на ъгловото отклонение между тези входящи стойности се определя и изчислява естеството на натоварването, като се осигурява информация за всички негови компоненти.

При различни проекти на електронни измервателни уреди комплектът от функции не е същият и може да се различава значително по предназначение. По този начин те са радикално разграничени от техните индукционни колеги, които работят на базата на взаимодействието на електромагнитните полета и индукционните сили, които причиняват въртенето на тънък алуминиев диск. От структурно естество, те могат да измерват само активна или реактивна мощност в еднофазни или трифазни схеми и стойността на пълната трябва да се изчислява отделно ръчно.

Принцип на измерване на мощността чрез електронен уред

Схемата за действие на просто измервателно устройство с изходни преобразуватели е показано на фигурата.

Той използва прости сензори за измерване на мощността:

ток, базиран на конвенционален шунт, през който преминава фазата на веригата;

напрежение, работещо в съответствие с добре известния делител.

Полученият от такива датчици сигнал е малък и се увеличава от електронни усилватели на ток и напрежение, след което се извършва аналогово-цифрова обработка, която допълнително преобразува сигналите и ги умножава, за да получи стойност, пропорционална на стойността на консумираната мощност.

След това цифровизираният сигнал се филтрира и се извежда към устройства:

Входните сензори на електрическите величини, използвани в тази схема, не осигуряват измервания с висок клас точност на токови и напреженови вектори и съответно изчисляване на мощността. Тази функция се осъществява по-добре от инструменталните трансформатори.

Схемата на еднофазовия електронен уред

В него измервателната ТТ е включена в прекъсването на потребителския фазов проводник, а трансформаторът на напрежението е свързан към фазата и нула.

Сигналите от двата трансформатора не се нуждаят от усилване и се изпращат през каналите си към ADC, което ги превръща в цифров код за мощност и честота. Допълнителните реализации се извършват от микроконтролера, който контролира:

RAM - памет с произволен достъп.

Чрез RAM изходният сигнал може да бъде предаден по-нататък към информационния канал, например, използвайки оптичен порт.

Функционалността на електромерите

Ниската грешка при измерване на мощността, оценена от класа на точност от 0,5 S или 02 S, позволява използването на тези устройства за търговско измерване на използваната електроенергия.

Проектите, предназначени за измерване на трифазни схеми, могат да работят в три- или четири-проводникови електрически вериги.

Електронният измервателен уред може да бъде директно свързан към съществуващото оборудване или да има дизайн, който позволява използването на междинни, например високоволтови измервателни трансформатори. В последния случай, като правило, автоматично преизчисляване на измерените вторични стойности се извършва в първичните стойности на тока, напрежението и мощността, включително активните и реактивните компоненти.

Уредът записва посоката на пълната мощност с всички негови компоненти в посока напред и обратно, съхранява тази информация във връзка с времето. Същевременно потребителят може да отчита енергийните стойности с нарастването си за определен период от време, например ден, месец или година, които са текущи или са избрани от даден календар или се натрупват за определено определено време.

Определянето на стойностите на активната и реактивната мощност за определен период, например 3 или 30 минути, както и бързото повикване на максималните си стойности през месеца значително опростява анализа на работата на енергийното оборудване.

По всяко време можете да видите мигновени индикатори за активна и реактивна консумация, ток, напрежение, честота във всяка фаза.

Наличието на функция на многотарифно измерване на енергия чрез използване на няколко канала за предаване на информация разширява условията за търговско приложение. В същото време тарифите се създават за конкретно време, например всеки половин час от свободния ден или работния ден според сезоните или месеците на годината.

За удобство на потребителя дисплеят показва работно меню, между които можете да се придвижвате, като използвате съседни контроли.

Електронният електромер ви позволява не само да четете информация директно от дисплея, но и да го преглеждате през отдалечен компютър, както и да въвеждате допълнителни данни или да го програмирате през оптичен порт.

Монтирането на уплътнения на измервателния уред се извършва на два етапа:

1. на първо ниво достъпът до вътрешността на камерата на инструмента е забранен от службата за технически контрол на завода, след като е бил произведен броячът и е преминал състояние калибриране;

2. при второто ниво на запечатване, достъпът до клемите и свързаните проводници е блокиран от представител на организацията за електрозахранване или на надзорния орган.

Всички събития на изваждане и монтиране на капака са оборудвани с алармена система, чието задействане се записва в паметта на дневника на събитията във връзка с времето и датата.

Системата за пароли осигурява ограничаване на достъпа на потребителите до информация и може да съдържа до пет ограничения.

Нулевото ниво напълно премахва ограниченията и ви позволява да преглеждате всички данни локално или отдалечено, синхронизирате времето, настройвате показанията.

Първото ниво на паролата за допълнителен достъп се предоставя на работниците от инсталацията или оперативната организация на AMR системи за инсталиране на оборудване и записващи параметри, които не оказват влияние върху търговските характеристики.

Второто ниво на основната парола за достъп се възлага от отговорното лице на надзора на електрозахранването на измервателния уред, който е настроен и напълно подготвен за работа.

Третото ниво на основен достъп се дава на служителите на надзорния орган, които изваждат и инсталират капака от измервателния уред, за да получат достъп до клемните си клеми или да извършват дистанционни операции през оптичния порт.

Четвъртото ниво предоставя възможност за инсталиране на хардуерни клавиши на дъската, премахване на всички инсталирани печати и възможност за работа през оптичния порт за подобряване на конфигурацията, замяна на калибровъчните коефициенти.

Горният списък с функции, които електромерът притежава, е общ, общ преглед. Той може да се настройва поотделно и да се различава дори при всеки модел на един производител.

Електрическа информация - електроинженерство и електроника, автоматизация на дома, статии за устройството и ремонт на домашни кабели, контакти и превключватели, проводници и кабели, източници на светлина, интересни факти и много други за електротехници и занаятчии.

Информационни и учебни материали за начинаещи електротехници.

Случаи, примери и технически решения, прегледи на интересни електрически иновации.

Цялата информация за Electric Info се предоставя за информационни и образователни цели. Администрацията на този сайт не носи отговорност за използването на тази информация. Сайтът може да съдържа материали 12+