エネルギーメーターの種類とその仕組み
エネルギーメーターまたはワットアワーメーターは、消費者が使用する電気エネルギーを測定する電気機器です。 電力会社は、家庭、産業、組織、商業ビルなどのさまざまな場所にこれらのメーターを設置し、照明、ファン、冷蔵庫、その他の家電製品などの負荷の電力使用量を請求する電力部門の 1 つです。
電力の基本単位はワットであり、電力計で測定されます。 1 キロワットは 1,000 ワットに相当します。 1 時間に 1 キロワットを使用すると、1 単位のエネルギーが消費されます。 したがって、エネルギーメーターは高速の電圧と電流を測定し、それらの積を計算して瞬時電力を算出します。 この電力は一定の時間間隔にわたって積分され、その期間中に使用されたエネルギーが得られます。
エネルギーメーターの種類
エネルギーメーターは、次の 2 つの基本カテゴリに分類されます。
電気機械誘導計
電子電力量計
以下の要素を考慮して、電力量計は 2 つのタイプに分類されます。
表示タイプはアナログメーターまたはデジタルメーターです。
計測ポイントのタイプ: 二次伝送、グリッド、ローカルおよび一次配信。
商業、産業、家庭での使用などの最終用途
単相、三相、高張力 (HT)、低張力 (LT)、精密グレードの材料などの技術的側面。
電源接続は、家庭または商業施設で使用される電源に応じて、単相または三相になります。 特に、この記事では、2 つの基本的な電力量計の以下の説明を通じて、単相誘導電力量計の動作原理と三相電子電力量計の動作原理を学びます。
単相誘導電力量計
これはよく知られており、最も一般的な古代の電力メーターです。 これは、2 つの電磁石の間のスピンドルに配置された回転アルミニウム ディスクで構成されています。 ディスクの回転速度は動力に直接比例し、動力は歯車列と計数機構によって統合されます。 並列および直列に接続された 2 つのケイ素鋼積層電磁石で構成されます。
直列磁石には回路と直列に接続された太いワイヤが数回巻かれたコイルがあり、並列磁石には電源に接続された細いワイヤが数回巻かれたコイルがあります。
ブレーキ磁石は、通常のディスクの回転に対抗する力を発揮する永久磁石で、ディスクを平衡位置に移動させ、電源が遮断されるとディスクを停止します。
磁石を直列に接続すると流れる電流に比例した磁束が発生し、磁石を並列に接続すると電圧に比例した磁束が発生します。 誘導特性により、これら 2 つの磁束は 90 度遅れます。 これら 2 つの磁場の交差により、瞬間的な電圧、電流、およびそれらの間の位相角の積に比例する力を使用して、ディスク内に渦電流が発生します。 ブレーキ磁石はブレーキ ディスクの片側に配置され、永久磁石によって提供される一定の磁場を使用してブレーキ ディスクに制動トルクを生成します。 制動トルクと駆動トルクが等しい場合、ブレーキディスクの速度は安定します。
アルミニウム ディスクの軸、つまり垂直スピンドルは、ディスクの回転数に比例する数値を記録する歯車機構に関連付けられています。 この歯車機構はダイヤルに一連の数字を設定し、時間の経過とともに消費されるエネルギー量を示します。
このタイプの電力量計は構造が簡単ですが、クリープなどの外界の影響を受けて精度が若干悪くなります。 この種のエネルギー メーターの主な問題は、改ざんされやすいことであり、そのためエネルギー監視システムが必要になります。 これらのシリーズおよびスプリットメーターは、家庭用および産業用アプリケーションで広く使用されています。
電気機械誘導エネルギーメーターと比較して、電子エネルギーメーターは正確で正確で信頼性の高い測定器です。 負荷に接続すると消費電力が少なくなり、すぐに測定を開始します。 電子三相電力量計とその動作原理について説明します。
三相電子電力量計
このメーターは、三相電源システムの電流、電圧、電力の測定を実行できます。 これらの三相メーターを使用すると、適切なセンサーを使用して高電圧と高電流を測定することもできます。 三相電力量計のタイプの 1 つを（例として）以下に示します。これにより、電気機械式電力量計と比較して、信頼性が高く正確なエネルギー測定が保証されます。
単相電力測定 IC AD7755 を使用して、入力電圧および電流パラメータを収集および処理します。 図に示すように、電圧および変流器などのセンサーを使用して、電力線の電圧および電流定格を信号レベルまで下げ、IC に提供します。 これらの信号はサンプリングされてデジタル信号に変換され、相互に乗算されて瞬時電力が求められます。 これらのデジタル出力は、電気機械カウンターを駆動する周波数に変換されます。 出力パルスの周波数は瞬間電力に比例し、(指定された間隔内で) 特定の数のパルスのエネルギーを負荷に供給します。
マイクロコントローラーは、三相電力測定用の 3 つの電力測定 IC すべてからの入力を受け取り、EEPROM へのデータの保存と取得、エネルギー消費量を表示するためのボタンを使用したメーターの操作など、必要なすべての操作を実行することでシステムのコントローラーとして機能します。 脳は位相を校正し、測定値をクリアします。 また、デコーダ IC を使用してディスプレイを駆動します。
ここまで、エネルギーメーターとその仕組みについて学びました。 概念をより深く理解するために、エネルギー メーターに関する以下の説明では、回路の詳細とマイクロコントローラーを使用したその接続について説明します。
マイクロコントローラーを使用したエネルギーメーター回路:
以下の図は、Atmel AVR マイクロコントローラーを使用して実装された電力メーター回路を示しています。 この回路は、単相主電源の電圧および電流パラメータを継続的に監視および取得します。 マイクロコントローラーは、オペアンプ IC によって駆動される信号調整回路からこれらのパラメーター値を取得します。
この回路には、相と中性の各電力線に直列に接続された 2 つの変流器があります。 これらの変圧器からの電流値はマイクロコントローラーのそれぞれの ADC に送信され、ADC はこれらの値をデジタル値に変換し、マイクロコントローラーはエネルギー消費量を求めるために必要な計算を行います。 マイクロコントローラーは、指定された期間にわたって ADC からの電圧と電流の値を乗算および積分し、それに応じてカウンター機構を駆動して、一定期間にわたって消費されたユニット数 (KW) を表示することによってプログラムされます。
エネルギー測定に加えて、このシステムは、中性線または接地線で発生する可能性のある障害または過電流の場合に地絡表示を提供し、地絡検出および単位消費量ごとに適切に LED 表示をオンにします。
