عهد

أنواع عدادات الطاقة وطريقة عملها

عداد الطاقة أو عداد واط ساعة هو أداة كهربائية تقيس الطاقة الكهربائية التي يستخدمها المستهلكون. تعد شركات المرافق أحد قطاعات الطاقة التي تقوم بتركيب هذه العدادات في أماكن مختلفة مثل المنازل والصناعات والمنظمات والمباني التجارية وغيرها لفوترة استخدام الكهرباء للأحمال مثل الأضواء والمراوح والثلاجات وغيرها من الأجهزة المنزلية.

الوحدة الأساسية للقدرة هي الواط، وتقاس بالواطميتر. كيلووات واحد يساوي ألف واط. إذا تم استخدام كيلووات واحد في ساعة واحدة، يتم استهلاك وحدة واحدة من الطاقة. ولذلك، فإن عداد الطاقة يقيس الجهد والتيار السريع، ويحسب ناتجهما ويعطي الطاقة اللحظية. يتم دمج هذه القوة على مدى فترة زمنية لإعطاء الطاقة المستخدمة خلال تلك الفترة الزمنية.

 

Meter Test Bench
مقعد اختبار العداد
DC Ammeter Shunt
تحويلة مقياس التيار المستمر
LCD Energy Meter
عداد الطاقة LCD
Current Transformer and Potential Transformer
المحولات الحالية والمحولات المحتملة

 

أنواع عدادات الطاقة
تنقسم عدادات الطاقة إلى فئتين أساسيتين مثل:
مقياس الحث الكهروميكانيكي
عداد الطاقة الالكتروني
مع مراعاة العوامل التالية تنقسم عدادات الطاقة الكهربائية إلى نوعين:

نوع العرض هو مقياس تناظري أو رقمي.
أنواع نقاط القياس: النقل الثانوي، الشبكة، التوزيع المحلي والأولي.
التطبيقات النهائية مثل الاستخدام التجاري والصناعي والمنزلي
الجوانب التقنية مثل الطور الواحد، وثلاث الطور، والتوتر العالي (HT)، والتوتر المنخفض (LT) والمواد الدقيقة.
يمكن أن يكون توصيل مصدر الطاقة أحادي الطور أو ثلاثي الطور، اعتمادًا على مصدر الطاقة الذي يستخدمه المنزل أو المنشأة التجارية. وعلى وجه الخصوص، سندرس في هذه المقالة مبدأ عمل مقياس الطاقة الحثية أحادي الطور ومبدأ عمل عداد الطاقة الإلكتروني ثلاثي الطور من خلال الشروحات التالية لمقياسي الطاقة الأساسيين.

مقياس الطاقة الحثي أحادي الطور
إنه عداد الطاقة الكهربائية القديم المعروف والأكثر شيوعًا. وهو يتألف من قرص ألومنيوم دوار يوضع على مغزل بين مغناطيسين كهربائيين. تتناسب سرعة دوران القرص بشكل مباشر مع الطاقة، والتي يتم دمجها من خلال مجموعة التروس وآلية العد. وهو يتألف من مغناطيسين كهربائيين مصفحين بفولاذ السيليكون متصلين بالتوازي والتسلسل.

يحتوي المغناطيس المتسلسل على ملف به عدة لفات من سلك سميك متصل على التوالي بالدائرة، بينما يحتوي المغناطيس الموازي على ملف به عدة لفات من سلك رفيع متصل بمصدر طاقة.

مغناطيس الفرامل هو مغناطيس دائم يبذل قوة تعاكس الدوران الطبيعي للقرص، ويحرك القرص إلى وضع التوازن ويوقف القرص عند إزالة الطاقة.

تنتج المغناطيسات المتصلة على التوالي تدفقًا مغناطيسيًا يتناسب مع تدفق التيار، وتنتج المغناطيسات المتصلة على التوازي تدفقًا مغناطيسيًا يتناسب مع الجهد. وبسبب الخصائص الحثية، فإن هذين التدفقين يتأخران بمقدار 90 درجة. يؤدي تقاطع هذين المجالين إلى إنشاء تيارات دوامية في القرص باستخدام قوة تتناسب مع حاصل ضرب الجهد اللحظي والتيار وزاوية الطور بينهما. يتم وضع مغناطيس الفرامل على جانب واحد من قرص الفرامل ويولد عزم الكبح على قرص الفرامل باستخدام مجال مغناطيسي ثابت يوفره المغناطيس الدائم. عندما يتساوى عزم الكبح وعزم القيادة، تصبح سرعة قرص الفرامل ثابتة.

ويرتبط المحور، أو المغزل الرأسي، لقرص الألمنيوم بآلية تروس تسجل رقما يتناسب مع عدد دورات القرص. تحدد آلية التروس هذه سلسلة من الأرقام في القرص وتشير إلى مقدار الطاقة المستهلكة بمرور الوقت.

هذا النوع من عدادات الطاقة الكهربائية له بنية بسيطة، ولكن دقته ضعيفة قليلاً بسبب تأثير المجالات الخارجية مثل الزحف. المشكلة الأساسية في هذه الأنواع من عدادات الطاقة هي أنها عرضة للتلاعب، مما يستلزم الحاجة إلى نظام لمراقبة الطاقة. تُستخدم هذه السلسلة وأجهزة قياس الانقسام على نطاق واسع في التطبيقات المنزلية والصناعية.

بالمقارنة مع أجهزة قياس الطاقة الحثية الكهروميكانيكية، فإن أجهزة قياس الطاقة الإلكترونية هي أدوات قياس دقيقة ودقيقة وموثوقة. عند توصيلها بالحمل، فإنها تستهلك طاقة أقل وتبدأ في القياس على الفور. فيما يلي وصف لمقياس الطاقة الإلكتروني ثلاثي الطور ومبدأ عمله.


عداد الطاقة الإلكتروني ثلاثي الطور
جهاز القياس قادر على إجراء قياسات التيار والجهد والطاقة في أنظمة الإمداد ثلاثية الطور. باستخدام هذه العدادات ثلاثية الطور، يمكن أيضًا قياس الجهد العالي والتيار باستخدام أجهزة الاستشعار المناسبة. ويرد أدناه (كمثال) أحد أنواع عدادات الطاقة ثلاثية الطور، مما يضمن قياسًا موثوقًا ودقيقًا للطاقة مقارنة بالعدادات الكهروميكانيكية.

ويستخدم قياس الطاقة أحادي الطور IC AD7755 لجمع ومعالجة جهد الإدخال والمعلمات الحالية. يتم استخدام أجهزة الاستشعار مثل محولات الجهد والتيار لتقليل تقديرات الجهد والتيار لخطوط الطاقة إلى مستويات الإشارة وتزويدها إلى IC كما هو موضح في الشكل. يتم أخذ عينات من هذه الإشارات وتحويلها إلى إشارات رقمية، والتي يتم ضربها مع بعضها البعض للحصول على الطاقة اللحظية. يتم بعد ذلك تحويل هذه المخرجات الرقمية إلى ترددات لتشغيل العدادات الكهروميكانيكية. يتناسب تردد نبضات الخرج مع القدرة اللحظية، و(خلال فترة زمنية معينة) يقوم بتوصيل طاقة عدد محدد من النبضات إلى الحمل.

يقبل المتحكم الدقيق المدخلات من جميع الدوائر المتكاملة لقياس الطاقة الثلاثة لقياس الطاقة على ثلاث مراحل ويعمل كوحدة تحكم في النظام عن طريق إجراء جميع العمليات الضرورية مثل تخزين واسترجاع البيانات من EEPROM، وتشغيل العداد باستخدام الأزرار لعرض استهلاك الطاقة. الدماغ، ومعايرة المرحلة ويمسح القراءات؛ ويقوم أيضًا بتشغيل الشاشة باستخدام وحدة فك التشفير IC.

لقد تعلمنا حتى الآن عن عدادات الطاقة وكيفية عملها. لفهم المفهوم بشكل أعمق، يوفر الوصف التالي لمقياس الطاقة تفاصيل كاملة عن الدائرة واتصالها باستخدام وحدة التحكم الدقيقة.

دائرة قياس الطاقة باستخدام المتحكم الدقيق:
الشكل أدناه يوضح دائرة عداد الكهرباء التي تم تنفيذها باستخدام متحكم Atmel AVR. تراقب هذه الدائرة باستمرار وتحصل على معلمات الجهد والتيار لمصدر الطاقة الرئيسي أحادي الطور. يحصل المتحكم الدقيق على قيم المعلمات هذه من دائرة تكييف الإشارة، والتي يتم تشغيلها بواسطة مضخم تشغيلي IC.
تحتوي هذه الدائرة على محولي تيار متصلين على التوالي مع كل خط كهرباء: الطور والمحايد. يتم إرسال القيم الحالية من هذه المحولات إلى ADC الخاص بوحدة التحكم الدقيقة ومن ثم يقوم ADC بتحويل هذه القيم إلى قيم رقمية ومن ثم يقوم وحدة التحكم الدقيقة بإجراء الحسابات اللازمة للعثور على استهلاك الطاقة. تتم برمجة المتحكم الدقيق عن طريق ضرب ودمج قيم الجهد والتيار من ADC خلال فترة زمنية محددة وإدارة آلية العداد وفقًا لذلك لعرض عدد الوحدات (KW) المستهلكة خلال فترة زمنية.

بالإضافة إلى قياس الطاقة، يوفر النظام أيضًا مؤشرًا لخطأ الأرض في حالة حدوث أي خطأ أو تيار زائد قد يحدث في الموصل المحايد أو الأرضي ويقوم بتشغيل مؤشر LED بشكل مناسب لاكتشاف خطأ الأرض وكذلك لكل وحدة استهلاك.

قد يعجبك ايضا

إرسال التحقيق