에너지 미터의 종류와 작동 방식
에너지 미터 또는 전력량계는 소비자가 사용하는 전기 에너지를 측정하는 전기 기기입니다. 유틸리티 회사는 조명, 팬, 냉장고 및 기타 가전 제품과 같은 부하의 전기 사용량을 청구하기 위해 가정, 산업, 조직, 상업용 건물 등 다양한 장소에 이러한 미터를 설치하는 전력 부문 중 하나입니다.
전력의 기본 단위는 전력계로 측정되는 와트입니다. 1킬로와트는 1,000와트와 같습니다. 1시간에 1kW를 사용하면 1단위의 에너지가 소비됩니다. 따라서 에너지 미터는 빠른 전압과 전류를 측정하고 그 곱을 계산하여 순간 전력을 제공합니다. 이 전력은 일정 기간 동안 통합되어 해당 기간 동안 사용된 에너지를 제공합니다.
에너지 미터의 종류
에너지 미터는 다음과 같은 두 가지 기본 범주로 나뉩니다.
전기 기계식 유도 측정기
전자 에너지 미터
다음 요소를 고려하여 전기 에너지 미터는 두 가지 유형으로 나뉩니다.
디스플레이 유형은 아날로그 또는 디지털 미터입니다.
계량 지점 유형: 2차 전송, 그리드, 로컬 및 1차 배전.
상업, 산업 및 가정용과 같은 최종 응용 분야
단상, 3상, 고장력(HT), 저장력(LT) 및 정밀 등급 재료와 같은 기술 측면.
공급 연결은 가정이나 상업용 시설에서 사용하는 전원에 따라 단상 또는 3상일 수 있습니다. 특히, 이 글에서는 두 가지 기본 에너지 미터에 대한 다음 설명을 통해 단상 유도형 에너지 미터의 작동 원리와 3상 전자 에너지 미터의 작동 원리를 연구합니다.
단상 유도 에너지 미터
잘 알려지고 가장 일반적인 고대 전기 에너지 미터입니다. 두 개의 전자석 사이의 스핀들에 배치된 회전하는 알루미늄 디스크로 구성됩니다. 디스크의 회전 속도는 기어 트레인과 카운팅 메커니즘을 통해 통합되는 동력에 정비례합니다. 이는 병렬 및 직렬로 연결된 두 개의 실리콘 강철 적층 전자석으로 구성됩니다.
직렬 자석은 회로와 직렬로 연결된 여러 권의 두꺼운 와이어로 구성된 코일을 가지고 있는 반면, 병렬 자석은 전원에 연결된 여러 권의 얇은 와이어로 구성된 코일을 가지고 있습니다.
브레이크 자석은 정상적인 디스크 회전에 반대되는 힘을 가하는 영구 자석으로, 디스크를 평형 위치로 이동시키고 전원이 제거되면 디스크를 정지시킵니다.
직렬로 연결된 자석은 흐르는 전류에 비례하는 자속을 생성하고, 병렬로 연결된 자석은 전압에 비례하는 자속을 생성합니다. 유도 특성으로 인해 이 두 플럭스는 90도 지연됩니다. 이 두 필드의 교차점은 순간 전압, 전류 및 이들 사이의 위상각의 곱에 비례하는 힘을 사용하여 디스크에 와전류를 생성합니다. 브레이크 자석은 브레이크 디스크의 한쪽 면에 위치하며, 영구자석이 제공하는 일정한 자기장을 이용하여 브레이크 디스크에 제동 토크를 발생시킵니다. 제동 토크와 구동 토크가 동일하면 브레이크 디스크의 속도가 안정됩니다.
알루미늄 디스크의 축 또는 수직 스핀들은 디스크의 회전수에 비례하는 숫자를 등록하는 기어 메커니즘과 연결됩니다. 이 기어 메커니즘은 다이얼에 일련의 숫자를 설정하고 시간이 지남에 따라 소비되는 에너지의 양을 나타냅니다.
이러한 형태의 전기량계는 구조가 간단하지만 크리프 등 외부장의 영향으로 정확도가 약간 떨어진다. 이러한 유형의 에너지 계량기의 주요 문제점은 변조에 취약하므로 에너지 모니터링 시스템이 필요하다는 것입니다. 이 시리즈 및 분할 계량기는 가정용 및 산업용으로 널리 사용됩니다.
전기 기계식 유도 에너지 미터와 비교하여 전자 에너지 미터는 정확하고 정밀하며 신뢰할 수 있는 측정 장비입니다. 부하에 연결하면 전력 소비가 적고 즉시 측정을 시작합니다. 다음은 전자 3상 에너지 미터와 그 작동 원리를 설명합니다.
삼상 전자 에너지 미터
이 미터는 3상 공급 시스템에서 전류, 전압 및 전력 측정을 수행할 수 있습니다. 이러한 3상 미터를 사용하면 적절한 센서를 사용하여 고전압 및 전류도 측정할 수 있습니다. 아래에는 3상 에너지 미터 유형 중 하나가 예시로 나와 있으며, 이는 전기 기계식 미터에 비해 안정적이고 정확한 에너지 측정을 보장합니다.
단상 전력 측정 IC AD7755를 사용하여 입력 전압 및 전류 매개변수를 수집하고 처리합니다. 전압 및 변류기와 같은 센서는 전력선의 전압 및 전류 정격을 신호 레벨로 줄여 그림과 같이 IC에 제공하는 데 사용됩니다. 이러한 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환한 후 이를 곱하여 순간 전력을 얻습니다. 그런 다음 이러한 디지털 출력은 주파수로 변환되어 전기 기계 카운터를 구동합니다. 출력 펄스의 주파수는 순간 전력에 비례하며, (주어진 간격 내에서) 특정 수의 펄스 에너지를 부하에 전달합니다.
마이크로컨트롤러는 3상 전력 측정을 위해 3개의 전력 측정 IC 모두에서 입력을 받아들이고 EEPROM에서 데이터 저장 및 검색, 에너지 소비량 확인을 위한 버튼을 사용한 미터 작동 등 필요한 모든 작업을 수행하여 시스템 컨트롤러 역할을 합니다. 뇌는 위상을 교정하고 판독값을 지웁니다. 또한 디코더 IC를 사용하여 디스플레이를 구동합니다.
지금까지 우리는 에너지 미터와 그 작동 방식에 대해 배웠습니다. 개념을 더 깊이 이해하기 위해 에너지 미터에 대한 다음 설명에서는 전체 회로 세부 정보와 마이크로 컨트롤러를 사용한 연결을 제공합니다.
마이크로컨트롤러를 사용한 에너지 미터 회로:
아래 그림은 Atmel AVR 마이크로 컨트롤러를 사용하여 구현된 전기 계량기 회로를 보여줍니다. 이 회로는 주 단상 전원 공급 장치의 전압 및 전류 매개변수를 지속적으로 모니터링하고 얻습니다. 마이크로컨트롤러는 연산 증폭기 IC에 의해 구동되는 신호 조정 회로에서 이러한 매개변수 값을 얻습니다.
이 회로에는 각 전력선(위상 및 중성점)과 직렬로 연결된 두 개의 변류기가 있습니다. 이러한 변압기의 전류 값은 마이크로 컨트롤러의 해당 ADC로 전송된 다음 ADC는 이 값을 디지털 값으로 변환하므로 마이크로 컨트롤러는 에너지 소비를 찾는 데 필요한 계산을 수행합니다. 마이크로컨트롤러는 지정된 시간 동안 ADC의 전압 및 전류 값을 곱하고 적분하고 이에 따라 카운터 메커니즘을 구동하여 일정 시간 동안 소비된 단위 수(KW)를 표시함으로써 프로그래밍됩니다.
에너지 측정 외에도 시스템은 중성선 또는 접지 도체에서 발생할 수 있는 오류 또는 과전류의 경우 지락 표시를 제공하고 지락 감지 및 단위당 소비량에 대해 적절하게 LED 표시를 켭니다.
