Arten von Energiezählern und ihre Funktionsweise
Ein Energiezähler oder Wattstundenzähler ist ein elektrisches Instrument, das die von Verbrauchern verbrauchte elektrische Energie misst. Versorgungsunternehmen gehören zu den Energiesektoren, die diese Messgeräte an verschiedenen Orten wie Häusern, Industrien, Organisationen, Gewerbegebäuden usw. installieren, um den Stromverbrauch von Verbrauchern wie Lampen, Ventilatoren, Kühlschränken und anderen Haushaltsgeräten abzurechnen.
Die Grundeinheit der Leistung ist das Watt, gemessen mit einem Wattmeter. Ein Kilowatt entspricht tausend Watt. Wird in einer Stunde ein Kilowatt verbraucht, wird eine Energieeinheit verbraucht. Daher misst ein Energiezähler schnell Spannung und Strom, berechnet deren Produkt und gibt die Momentanleistung an. Diese Leistung wird über ein Zeitintervall integriert, um die während dieses Zeitraums verbrauchte Energie zu erhalten.
Arten von Energiezählern
Energiezähler werden in zwei grundlegende Kategorien unterteilt:
Elektromechanisches Induktionsmessgerät
Elektronischer Energiezähler
Unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren werden Stromzähler in zwei Typen unterteilt:
Anzeigetyp ist analoges oder digitales Messgerät.
Messpunkttypen: Sekundärübertragung, Netz, lokale und primäre Verteilung.
Endanwendungen wie gewerbliche, industrielle und private Nutzung
Technologieaspekte wie Einphasen-, Dreiphasen-, Hochspannungs- (HT), Niederspannungs- (LT) und Präzisionsmaterialien.
Der Versorgungsanschluss kann einphasig oder dreiphasig sein, je nachdem, welche Stromquelle das Haus oder die gewerbliche Einrichtung nutzt. In diesem Artikel werden wir insbesondere das Funktionsprinzip eines einphasigen induktiven Energiezählers und das Funktionsprinzip eines dreiphasigen elektronischen Energiezählers anhand der folgenden Erläuterungen zu zwei grundlegenden Energiezählern untersuchen.
Einphasiger induktiver Energiezähler
Es handelt sich um einen bekannten und gebräuchlichsten antiken Stromzähler. Es besteht aus einer rotierenden Aluminiumscheibe, die auf einer Spindel zwischen zwei Elektromagneten platziert ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe ist direkt proportional zur Leistung, die über das Räderwerk und den Zählmechanismus integriert wird. Es besteht aus zwei laminierten Elektromagneten aus Siliziumstahl, die parallel und in Reihe geschaltet sind.
Ein Reihenmagnet verfügt über eine Spule mit mehreren Windungen aus dickem Draht, die in Reihe mit dem Stromkreis geschaltet ist, während ein Parallelmagnet über eine Spule mit mehreren Windungen aus dünnem Draht verfügt, die an eine Stromquelle angeschlossen ist.
Ein Bremsmagnet ist ein Permanentmagnet, der eine Kraft ausübt, die der normalen Rotation der Scheibe entgegenwirkt, die Scheibe in eine Gleichgewichtsposition bewegt und sie stoppt, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.
In Reihe geschaltete Magnete erzeugen einen magnetischen Fluss proportional zum fließenden Strom, parallel geschaltete Magnete erzeugen einen magnetischen Fluss proportional zur Spannung. Aufgrund der induktiven Eigenschaften sind diese beiden Flüsse um 90 Grad verzögert. Der Schnittpunkt dieser beiden Felder erzeugt Wirbelströme in der Scheibe mit einer Kraft, die proportional zum Produkt aus momentaner Spannung, Strom und Phasenwinkel zwischen ihnen ist. Bremsmagnete werden auf einer Seite der Bremsscheibe angebracht und erzeugen ein Bremsmoment auf der Bremsscheibe, indem sie ein von den Permanentmagneten bereitgestelltes konstantes Magnetfeld nutzen. Wenn Brems- und Antriebsmoment gleich sind, wird die Geschwindigkeit der Bremsscheibe stabil.
Die Achse oder vertikale Spindel der Aluminiumscheibe ist mit einem Getriebemechanismus verbunden, der eine Zahl registriert, die proportional zur Anzahl der Umdrehungen der Scheibe ist. Dieser Zahnradmechanismus stellt eine Reihe von Zahlen auf einem Zifferblatt ein und zeigt die Menge an verbrauchter Energie im Laufe der Zeit an.
Diese Art von Stromzählern hat einen einfachen Aufbau, ihre Genauigkeit ist jedoch aufgrund des Einflusses externer Felder wie Kriechen etwas schlecht. Ein Hauptproblem bei dieser Art von Energiezählern besteht darin, dass sie anfällig für Manipulationen sind, was die Notwendigkeit eines Energieüberwachungssystems erforderlich macht. Diese Reihen- und Split-Meter-Zähler werden häufig in häuslichen und industriellen Anwendungen eingesetzt.
Im Vergleich zu elektromechanischen Induktionsenergiezählern sind elektronische Energiezähler genaue, präzise und zuverlässige Messgeräte. Bei Anschluss an eine Last verbrauchen sie weniger Strom und beginnen sofort mit der Messung. Im Folgenden werden der elektronische Drehstromzähler und sein Funktionsprinzip beschrieben.
Dreiphasiger elektronischer Energiezähler
Das Messgerät ist in der Lage, Strom-, Spannungs- und Leistungsmessungen in dreiphasigen Versorgungsnetzen durchzuführen. Durch den Einsatz dieser Dreiphasenmessgeräte können mit entsprechenden Sensoren auch Hochspannung und Strom gemessen werden. Unten ist (als Beispiel) einer der dreiphasigen Energiezählertypen dargestellt, der im Vergleich zu elektromechanischen Zählern eine zuverlässige und genaue Energiemessung gewährleistet.
Es verwendet den einphasigen Leistungsmess-IC AD7755, um Eingangsspannungs- und Stromparameter zu erfassen und zu verarbeiten. Sensoren wie Spannungs- und Stromwandler werden verwendet, um die Spannungs- und Stromwerte der Stromleitungen auf Signalpegel zu reduzieren und diese wie in der Abbildung gezeigt an den IC weiterzuleiten. Diese Signale werden abgetastet und in digitale Signale umgewandelt, die miteinander multipliziert werden, um die Momentanleistung zu erhalten. Diese digitalen Ausgänge werden dann in Frequenzen umgewandelt, um elektromechanische Zähler anzutreiben. Die Frequenz der Ausgangsimpulse ist proportional zur Momentanleistung und liefert (innerhalb eines bestimmten Intervalls) die Energie einer bestimmten Anzahl von Impulsen an die Last.
Der Mikrocontroller akzeptiert Eingaben von allen drei Leistungsmess-ICs für die dreiphasige Leistungsmessung und fungiert als Controller des Systems, indem er alle erforderlichen Vorgänge ausführt, wie z. B. das Speichern und Abrufen von Daten aus dem EEPROM und die Bedienung des Messgeräts mithilfe von Tasten zur Anzeige des Energieverbrauchs. Gehirn, kalibriert die Phase und löscht die Messwerte; Außerdem steuert es das Display mithilfe eines Decoder-ICs an.
Bisher haben wir etwas über Energiezähler und deren Funktionsweise gelernt. Um das Konzept besser zu verstehen, enthält die folgende Beschreibung des Energiezählers vollständige Schaltungsdetails und seinen Anschluss mithilfe eines Mikrocontrollers.
Energiezählerschaltung mit Mikrocontroller:
Die folgende Abbildung zeigt die Stromzählerschaltung, die mit dem Atmel AVR-Mikrocontroller implementiert wurde. Dieser Schaltkreis überwacht und erfasst kontinuierlich die Spannungs- und Stromparameter der einphasigen Netzversorgung. Der Mikrocontroller erhält diese Parameterwerte von der Signalaufbereitungsschaltung, die von einem Operationsverstärker-IC angesteuert wird.
Dieser Stromkreis verfügt über zwei Stromwandler, die mit jeder Stromleitung in Reihe geschaltet sind: Phase und Neutralleiter. Die Stromwerte dieser Transformatoren werden an den jeweiligen ADC des Mikrocontrollers gesendet. Anschließend wandelt der ADC diese Werte in digitale Werte um und der Mikrocontroller führt daher die erforderlichen Berechnungen durch, um den Energieverbrauch zu ermitteln. Der Mikrocontroller wird programmiert, indem er die Spannungs- und Stromwerte des ADC über einen bestimmten Zeitraum multipliziert und integriert und den Zählermechanismus entsprechend antreibt, um die Anzahl der über einen bestimmten Zeitraum verbrauchten Einheiten (KW) anzuzeigen.
Zusätzlich zur Energiemessung bietet das System auch eine Erdschlussanzeige bei eventuell auftretenden Fehlern oder Überströmen im Neutral- oder Erdleiter und schaltet die LED-Anzeige entsprechend zur Erdschlusserkennung sowie zum Verbrauch pro Einheit ein.
Was ist der Unterschied zwischen einem Stromzähler und einem Energiezähler?
