Измерение энергии в однофазных цепях переменного тока

Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют индукционные или электронные счетчики электрической энергии.

Индукционный счетчик электрической энергии состоит из следующих элементов.

1. Последовательная обмотка, именуемая также токовой катушкой. Состоит из нескольких витков толстого провода.

2. Параллельная обмотка (катушка напряжения). Состоит из большого количества витков провода маленькой толщины.

3. Счетный механизм. Устанавливается на оси алюминиевого диска.

4. Постоянный магнит, назначение которого – тормозить и обеспечивать плавный ход диска.

5. Диск из алюминия. Крепится на подшипниках и подпятниках.

 

 

 

Рис.21 Устройство однофазного индукционного счетчика

При протекании переменного электрического тока по токовой обмотке и подаче напряжения на обмотку напряжения вокруг них появляются магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые усиливаются с помощью сердечников. Магнитные потоки пересекают края диска, наводя в нем вихревые токи, порождающие магнитные поля, а, следовательно, и магнитные потоки. Взаимодействие последних с основными магнитными потоками приводит к вращению алюминиевого диска и, в свою очередь, счетного механизма.

Основные параметры счетчика.

1. Номинальное напряжение – напряжение, на котором работает счетчик (как правило, 220 В)

2. Номинальная сила тока _, по определению стандартов, есть сила тока, исходя из которой, номинируются другие параметры счетчика.

Максимальная сила тока - есть значение силы тока, при которой счетчик может долговременно измерять энергию с заданной точностью, (определяется) классом точности.

3. Класс точности счетчика — это его наибольшая допустимая относительная погрешность, выраженная в процентах.
Счетчики активной энергии должны изготавливаться классов точности 0,5; 1,0; 2,0; 2,5;

4. Номинальное передаточное число индукционного счетчика (k_H — это число оборотов его диска, соответствующее единице измеряемой энергии (1кВт ч=N об. диска).

5. Номинальная постоянная индукционного счетчика — это значение энергии, которое он определяет за 1 оборот диска (.

6. Чувствительность индукционного счетчика — определяется минимальным значением тока (в процентах к номинальному) при номинальном напряжении и cosφ=1,который вызывает вращение диска без остановки.

Рис.22 Схема подключения однофазного счетчика

Достоинства индукционного счетчика электроэнергии:

1. очень надежны в эксплуатации

2. большой ресурс их работы (несколько десятков лет)

3. не зависят от качества электроэнергии (скачки и понижения напряжения)

4. относительно низкая стоимость по сравнению с электронными

Недостатки индукционного счетчика электроэнергии:

1. низкий класс точности — 2,0

2. при уменьшении нагрузки увеличивается его погрешность

3. значительное собственное потребление по токовым цепям и цепям напряжения

4. практически отсутствует защита от хищения электроэнергии

5. при учете нескольких видов электроэнергии (активной и реактивной) необходимо использовать несколько счетчиков

6. учет электроэнергии ведется в одном направлении

7. большие габаритные размеры

 

      Электронный счетчик состоит из следующих основных узлов:

1. датчики тока и напряжения;

2. преобразователь мощности в частоту импульсов;

3. центральный микроконтроллер(устройство управления);

4. постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ);

5. контроллер жидкокристаллического дисплея;

6. жидко-кристаллический индикатор (ЖКИ).

 

Электрические сигналы от датчиков тока и напряжения поступают к преобразователю мощность-частота, который выполняет операцию перемножения, получая потребленную мощность. Полученное значение мощности преобразователь передает в виде импульса на вход центрального микроконтроллера, который, в свою очередь, суммирует импульсы за определенное время, получая кВт∙ч. Центральный микропроцессор передает данные микропроцессору ЖКИ, которые, в итоге, отобразятся на дисплее.

Для сохранения показаний счетчика в случае потери электропитания используется запоминающее устройство. Если счетчик вдруг обесточился, то после его включения микроконтроллер сначала извлекает из ПЗУ последнее сохраненное значение и отображает на дисплее. После чего продолжает подсчитывать импульсы от преобразователя, обмениваясь данными с запоминающим устройством, и увеличивает показания счетчика.

Рис.23 Блок-схема электронного счетчика

Достоинства электронного счетчика электроэнергии:

1. высокий класс точности — 1,0 и выше

2. имеет несколько тарифов (от 2 и выше)

3. при учете нескольких видов электроэнергии можно использовать один прибор

4. учет электроэнергии ведется в двух направлениях

5. производит измерение качества и количества мощности

6. производит хранение данных по учету электроэнергии длительное время

7. простой доступ к данным по учету электроэнергии

8. в случае хищения электрической энергии происходит фиксация несанкционированного доступа

9. возможность дистанционно снимать показатели электроэнергии по разным интерфейсам связи

10. длительный срок межповерочного интервала (МПИ)

11. малые габаритные размеры.