Принцип работы электронного счетчика

Как работает электросчетчик

Принцип работы электронного счетчика

Современный рынок устройств учета потребляемой электроэнергии предлагает широкий ассортимент электронных счетчиков отечественных и зарубежных производителей. И, часто, простому человеку сложно разобраться в преимуществах и недостатках той или иной модели, ее технических характеристиках, возможностях и принципе работы.

А ведь именно от того, каким образом происходит фиксация потребляемого электричества и зависит, в конечном итоге, сумма, которую выкладывает потребитель «за свет».

Каким же образом работает электросчетчик?

История гласит, что более века назад на свет появились индукционные или электромеханические счетчики, а спустя 85 лет после этого — статистические или электронные средства учета.

При этом и в тех и в других для определения потребляемой мощности используют приспособления, что измеряют сиюминутные величины тока и напряжения.

В электромеханических приборах их роль выполняют:

  • — токовая катушка, что пропускает сквозь себя ток;
  • — катушка напряжения, которая располагает разностью сетевых потенциалов.

На сегодняшний день статические счетчики имеют:

  • — токовый шунт, который включен поочередно с током нагрузки;
  • — резистивный делитель напряжения, который пропорционально выделяет часть входящего сигнала.

Стоит заметить, что новые статические устройства работают на основе технологии цифровых схем, её основой считается полупроводниковая база, которую еще называют элементом с твердой основой.

Полупроводниковая база обуславливает функционирование:

  1. Преобразователя, который изменяет аналоговые величины в цифровые сигналы, пропорционально мощности, что он потребляет.
  2. Микроконтроллера. Эта деталь обрабатывает полученный материал (сигналы) и выводит информацию на выходные устройства.

Ток и напряжение с шунта и делителя можно измерить с помощью специальных приборов, которые оцифровывают полученную информацию, а затем просчитывают все показатели с помощью заранее продуманного алгоритма. После мгновенного вычисления, все показатели фиксируются устройством, а потом отображаются на информационном табло для дальнейшего считывания информации.

Все конструкции счетчиков разработаны таким образом, что показатели тока и напряжения подводятся на информационное табло устройства с определенной полярностью.

При изменении показателей векторов полярности, показатели, выведенные на информационное окно, будут не точными. Стоит заметить, что изменить полярность счетчика можно с помощью магнита.

В этом случае при поверке счетчика можно легко заметить изменение показателей, а также в случае необходимости осуществить замену устройства.

Для того, чтобы измерить мощности нагрузок выпускаются счетчики двух видов:

  1. — однофазные. Для их функционирования будет достаточно подключить нулевой и фазный провод и  нагрузку потребления. Выведение показателей тока и напряжения в таком приборе осуществляется за счет соединений, что находятся внутри прибора;
  2. — трехфазные. Устройство таких счетчиков немного иначе, они имеют отдельные клеммники тока и напряжения каждой из фаз, которые подключаются к определенному каналу обработки сигнала.

На сегодняшний день благодаря возможностям автоматизации цифровых схем и полупроводниковым технологиям множество производителей имеют возможность выпускать большой ассортимент статистических приборов.

Такие устройства могут отличаться:

  • — конструкцией и формой корпуса;
  • — компонентами, которые составляют полупроводниковую базу;
  • — алгоритмом обработки сигналов;
  • — техническими характеристиками устройства и т. д.

Статические приборы на сегодняшний день могут выполнять множество функций, например:

  1. — автоматически и дистанционно снимать показатели счетчиков;
  2. — защищать систему от кражи электричества;
  3. — вести архивы потребления электроэнергии за определенный период, например, сутки, неделю, месяц или год;
  4. — вести журнал, в котором через определенный период можно посмотреть или сравнить потребление электроэнергии;
  5. — измерять параметры сети, например, мощность, напряжение и частота.

Стоит заметить, что современные статические приборы также просты в установки и дальнейшей эксплуатации.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник: http://elektronchic.ru/elektrotexnika/kak-rabotaet-elektroschetchik.html

Назначение, устройство, принцип работы счетчиков электрической энергии

Назначение, устройство, принцип работы

Для учета электрической энергии, выработанной на станциях и переданной потребителям, применяют счетчики электрической энергии. Их устанавливают на шинах генераторного напряжения, на отходящих линиях и на стороне НН понизительных подстанций потребителей.

Для учета активной энергии применяют однофазные типов СО, СОУ или трехфазные индукционной системы типов САЗ (САЗУ), а для реактивной энергии — счетчики типов СР4 (СР4У). В обозначениях счетчиков буквы и цифры означают: С — счетчик, О — однофазный, А — активной энергии, Р — реактивной энергии, У — универсальный, 3 и 4 — для трех- и четырехпроводных сетей.

Обмотки счетчиков рассчитаны на включение непосредственна в сеть и через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Счетчики для непосредственного включения изготовляются на 5, 10, 20, 30 и 50 А, а через трансформаторы тока — до 2000 А, вторичный номинальный ток счетчика при этом для всех случаев будет 5 А.

Номинальные напряжения счетчиков для обмоток непосредственного включения: 127, 220 и 380 В, а через трансформаторы напряжения—100 В. При наличии трансформаторов счетчики можно подключать к шинам станций с рабочими напряжениями 500, 600 В или 3, 6, 10 и 35 кВ.

На однофазных трансформаторных подстанциях мощность 4 — 10 кВ-А, напряжением 6—10/0,23 кВ устанавливают счетчик активной энергии СО2М. Его присоединяют к трансформатору тока, установленному за однофазным трансформатором, поэтому он учитывает всю электроэнергию, проходящую через трансформатор. Счетчик имеет подогрев — тепловое сопротивление ПЭ-75.

На однотрансформаторных подстанциях потребителей напряжением 6—10/0,4 кВ, мощностью 100—250 кВ-А устанавливают трехфазные индукционные счетчики активной энергии типов СА4У или СА4И. Счетчики электроэнергии предназначены для четырехпроводной цепи и имеют семь выводов: по два для подключения к каждому из трех трансформаторов тока и один для подключения к нулевому проводу.

Такие счетчики устанавливаются со стороны низкого напряжения силового трансформатора до шин, к которым подключены отходящие низковольтные линии, поэтому они учитывают всю электроэнергию, пропускаемую трансформатором. Конструктивно механизм счетчика монтируется на литой стойке, расположенной в прямоугольном стальном или пластмассовом цоколе, закрывается пластмассовой крышкой.

Универсальные счетчики имеют на лицевой стороне крышки съемный щиток и устройство для его опломбирования. Счетчики выпускаются, классом точности 2,0 за исключением счетчиков реактивной энергии непосредственного включения, которые имеют класс точности 3,0. Устройство и принцип их работы рассмотрим на примере однофазного счетчика типа С0-2М (рисунок 1).

В пластмассовом корпусе расположен стальной сердечник 1, снабженный обмоткой напряжения. Она выполнена из большого числа витков провода малого диаметра и включается в цепь параллельно. Токовая обмотка 4 намотана на сердечник 5 и состоит из малого числа витков провода большого диаметра.

Эта обмотка включается в цепь последовательно и рассчитана на номинальный ток 5 А. Между сердечниками имеется воздушный зазор, в котором может свободно вращаться алюминиевый диск 3, закрепленный на оси 2. Для регулировки счетчика служит установленный на стальной скобе постоянный магнит 7.

Выводы обмоток подключаются к четырем клеммам б счетчика, которые закрываются крышкой и пломбируются.

Рисунок 1 – Электрический счетчик

При включении счетчика по его обмоткам текут токи, создающие магнитный поток в воздушном зазоре. Этот поток пересекает алюминиевый диск и индуктирует в нем вихревые токи. Взаимодействие токов в диске с магнитным потоком в обмотках вызывает появление механической силы, приводящей диск во вращение.

Диск связан зубчатой передачей со счетным механизмом счетчика, дающим показания в кВт • ч. В схеме включения однофазного счетчика (рисунок 2, а) фазный провод подключается к первой клемме Г (генераторный зажим), а нулевой провод — к третьей клемме Г.

Провода, отходящие к электроприемникам, подключаются ко второй и четвертой клеммам, обозначенным буквой Н (нагрузка).

Для измерения расхода электроэнергии в трехфазных электроустановках можно воспользоваться тремя однофазными счетчиками, включенными в каждую фазу по схеме, приведенной на рисунок 2, б.

При этом расход энергии определяется как сумма показаний трех счетчиков.

Значительно удобнее, однако, пользоваться трехфазными счетчиками, которые представляют собой три однофазных счетчика, собранных в одном корпусе и имеющих общий счетный механизм.

Рисунок 2 – Схемы включения счетчиков:

а — однофазного, б — трёх однофазных в трёхфазную сеть, в — трехфазного

В схеме включения трехфазного трехэлементного счетчика типа СА4 (рисунок 2, в) три фазы подаются на зажимы Г, трехфазная нагрузка подключается на зажимы Н, а на зажимы О подается нулевой провод.

Схемы включения всегда приводятся на обратной стороне крышки счетчика любого типа, закрывающей контакты.

Токовая обмотка счетчика для установки в квартире рассчитана на номинальный ток 5 А, но в современных жилых домах имеются большие многокомнатные квартиры, которые потребляют значительно большую силу тока. В целом же по дому токовая нагрузка может доходить до нескольких сотен ампер.

Ясно, что в цепь с такими токами счетчики непосредственно включать нельзя. Для понижения переменного электрического токи большой силы до значения, удобного для измерения стандартными измерительными приборами, предназначен трансформатор тока, или измерительный трансформатор.

Трансформатор тока типа ТК-20 (рисунок 3) имеет стальной сердечник 2 с обмотками.

Первичная обмотка 3 с выводами Л1 и Л2 выполнена из провода большого сечения, рассчитанного на ток, который необходим для нормальной работы электроустановки.

Вторичная обмотка 4 и выводы И1 и И2 вторичной обмотки подключены к клеммнику 1. Она имеет такое количество витков, чтобы при номинальном токе первичной обмотки в ней индуктировался ток 5 А.

Рисунок 3 – Трансформатор тока ТК-20

Трансформаторы тока выпускаются с разными коэффициентами трансформации: 10/5, 15/5, 20/5 А и применяются в зависимости от величины рабочего тока потребителя. В настоящее время планируется введение в эксплуатацию систем автоматического учета потребления энергии. Создание таких систем стало возможным благодаря разработке электронных счетчиков.

Например, счетчики электрической активной энергии электронные прямого включения типа «Энергия – 9» предназначены для учета электрической активной энергии в однофазных цепях переменного тока частотой 50 Гц, в зависимости от исполнения по одному или нескольким дифференцированным во времени тарифам.

Счетчики, в зависимости от исполнения, обеспечивают также: – формирование базы данных, содержащей измерительную информацию; – передачу интерфейсными каналами измерительной информации, хранимой в базе данных, устройствам учета электрической энергии высшего уровня.

Область применения счетчиков – учет электрической энергии на промышленных (мелкомоторных) предприятиях и в коммунально бытовой сфере в условиях применения дифференцированных во времени тарифов на электрическую энергию.

Счетчики, имеющие последовательный интерфейс и телеметрический импульсный выход могут быть применены в автоматизированных системах учета и контроля электрической энергии.

Схемы включения

В схеме включения однофазного счетчика совместно с трансформатором тока (рисунок 4, а) первичная обмотка трансформатора Л1 — Л2 включена последовательно в линейный провод с большим током, а токовая обмотка счетчика подключена ко вторичной обмотке трансформатора тока (выводы И1 — И2).

Как и в обычной схеме, обмотка напряжения должна быть подключена к фазному и нулевому проводу. С этой целью на схеме между выводами Л1 и И1 сделана перемычка, а третий зажим счетчика соединен с нулевым проводом.

Схемы включения трех однофазных, а также одного трехфазного счетчика совместно с трансформаторами тока приведены на рисунок 4, 6, в.

В случае, если счетчик работает с трансформатором тока, для определения действительного расхода электроэнергии необходимо расход, показанный счетчиком, умножить на коэффициент трансформации измерительного трансформатора.

Рисунок 4 – Схемы включения счетчиков с трансформаторами тока:

а — однофазного, б—трехфазного, в — трех однофазных в трехфазную сеть

Источник: http://diplomka.net/publ/naznachenie_ustrojstvo_princip_raboty_schetchikov_ehlektricheskoj_ehnergii/12-1-0-337

Принцип работы электронного счетчика – Интернет магазин “МЕГА ЭЛЕКТРО”

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии. На рис. показана блок-схема электромеханического счётчика.

Реализация цифрового счётчика электрической энергии требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме.

Например, преобразователь активной мощности — в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие.

Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, используются дополнительные ИС.

Сейчас начали выпускать специализированные ИС — преобразователи мощности в частоту — и специализированные микроконтроллеры, содержащие подобные преобразователи на кристалле.

Но, зачастую, они слишком дороги для использования в коммунально-бытовых индукционных счётчиках. Поэтому многие мировые производители микроконтроллеров разрабатывают специализированные микросхемы, предназначенные для такого применения.

Перейдём к анализу построения простейшего варианта цифрового счётчика на наиболее дешёвом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере Motorola. В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции.

Читайте также:  Преобразователь напряжения 12 вольт в "-10 вольт"

Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1. При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять её защиту в различных аварийных режимах.

Рассматриваемый счётчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счётчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию.

Приобрести электросчетчик можно прямо сейчас в нашем интернет-магазине! 

Источник: https://megaelektro.zakupka.com/articles/17301-princip-raboty-elektronnogo-schetchika/

Устройство цифрового электросчетчика

раздел Интересное из мира электроники
материалы в категории

Ещё несколько лет назад контроль потребления и сбережение электроэнергии не были столь актуальны. Всех вполне устраивали цены на электроэнергию и соответствующая система её учёта на базе электромеханических (индукционных) счётчиков.

Принцип их работы основан на подсчёте количества оборотов диска, вращающегося в бегущем магнитном поле. Частота вращения пропорциональна мощности, а количество оборотов — потребляемой электроэнергии.

Такие счётчики просты, надёжны и дёшевы.

    При переходе России на рыночные отношения, у поставщиков электроэнергии возникла проблема контроля и управления её потреблением. В свою очередь, потребитель заинтересован в том, чтобы не переплачивать. В результате, стало необходимо увеличение сервисных функций счётчиков.

Поставщикам необходим оперативный доступ ко всей информации о количестве проданной электроэнергии на данный момент и дистанционный контроль. Потребитель заинтересован в экономии электроэнергии за счёт использования различных тарифов (дневной, ночной и так далее) и в удобном способе оплаты.

Альтернатива этому — применение электронных платежей, вплоть до установления картридеров непосредственно в сами счётчики для оплаты.

    Современные механические счётчики не могут справиться с поставленными задачами, при условии оптимального соотношения цена/качество. Поэтому необходим новый подход к системам учёта электроэнергии и проведения платежей.

    В настоящее время, при стремительном развитии микроэлектроники и снижении цен на электронные компоненты, цифровые системы управления постепенно вытесняют своих аналоговых конкурентов. Это, в первую очередь обусловлено большим разнообразием микроконтроллеров и резким снижением их стоимости.

Одно из главных преимуществ цифровых систем управления на базе микроконтроллеров — это гибкость и многофункциональность, достигаемые не аппаратно, а программно, не требуя дополнительных материальных затрат.

Переход на микроконтроллерное управление счётчиков электрической энергии имеет ряд преимуществ, в первую очередь, повышение точности и надёжности, а так же многофункциональность, достигаемая за счёт малых аппаратных затрат.

    В зависимости от требований, современные цифровые счётчики должны в любой момент времени оперативно передавать требуемые данные по различным каналам связи на диспетчерские пункты энергоснабжающих предприятий для оперативного контроля и экономических расчётов потребления электроэнергии.

    Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии.

Принципиальная схема электромеханического счётчика

Устройство цифрового счётчика электрической энергии (рис.

2) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме.

Например, преобразователь активной мощности — в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Принципиальная схема цифрового счетчика электроэнергии

 Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие.

Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

    Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, используются дополнительные ИС.

Сейчас начали выпускать специализированные ИС — преобразователи мощности в частоту — и специализированные микроконтроллеры, содержащие подобные преобразователи на кристалле.

Но, зачастую, они слишком дороги для использования в коммунально-бытовых индукционных счётчиках. Поэтому многие мировые производители микроконтроллеров разрабатывают специализированные микросхемы, предназначенные для такого применения.

    Перейдём к анализу построения простейшего варианта цифрового счётчика на наиболее дешёвом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере Motorola. В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции.

Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1 (рис. 3). При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять её защиту в различных аварийных режимах.

Рассматриваемый счётчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счётчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию.

Основные узлы простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность.

Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и, по мере накопления сигналов, изменяющего показания счётчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования EEPROM для сохранения показаний счётчика.

Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счётчике.

    Алгоритм работы программы (рис. 4) для простейшего варианта такого счётчика довольно прост.

При включении питания микроконтроллер конфигурируется в соответствии с программой, считывает из EEPROM последнее сохранённое значение и выводит его на дисплей.

Затем контроллер переходит в режим подсчёта импульсов, поступающих от ИС преобразователя, и, по мере накопления каждого Вт·ч, увеличивает показания счётчика.

Алгоритм работы цифрового счетчика

При записи в EEPROM значение накопленной энергии может быть утеряно в момент отключения напряжения.

По этим причинам значение накопленной энергии записывается в EEPROM циклически друг за другом через определённое число изменений показаний счётчика, заданное программно, в зависимости от требуемой точности. Это позволяет избежать потери данных о накопленной энергии.

При появлении напряжения микроконтроллер анализирует все значения в EEPROM и выбирает последнее. Для минимальных потерь достаточно записывать значения с шагом 100 Вт·ч. Эту величину можно менять в программе.

    Схема цифрового вычислителя показана на рис. 5. К разъёму X1 подключается напряжение питания 220 В и нагрузка. С датчиков тока и напряжения сигналы поступают на микросхему преобразователя КР1095ПП1 с оптронной развязкой частотного выхода.

Основу счётчика составляет микроконтроллер MC68HC05KJ1 фирмы Motorola, выпускаемый в 16-выводном корпусе (DIP или SOIC) и имеющий 1,2 Кбайт ПЗУ и 64 байт ОЗУ. Для хранения накопленного количества энергии при сбоях по питанию используется EEPROM малого объёма 24C00 (16 байт) фирмы Microchip.

В качестве дисплея используется 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый любым недорогим контроллером, обменивающийся с центральным микроконтроллером по протоколу SPI или I2C и подключаемый к разъёму Х2.

    Реализация алгоритма потребовала менее 1 Кбайт памяти и менее половины портов ввода/вывода микроконтроллера MC68HC05KJ1. Его возможностей достаточно, чтобы добавить некоторые сервисные функции, например, объединение счётчиков в сеть по интерфейсу RS-485.

Эта функция позволит получать информацию о накопленной энергии в сервисном центре и отключать электричество в случае отсутствия оплаты. Сетью из таких счётчиков можно оборудовать жилой многоэтажный дом. Все показания по сети будут поступать в диспетчерский центр.

    Определённый интерес представляет собой семейство 8-разрядных микроконтроллеров с расположенной на кристалле FLASH-памятью. Поскольку его можно программировать непосредственно на собранной плате, обеспечивается защищённость программного кода и возможность обновления ПО без монтажных работ.

Цифровой вычислитель для цифрового счетчика электроэнергии

  Ещё более интересен вариант счётчика электроэнергии без внешней EEPROM и дорогостоящей внешней энергонезависимой ОЗУ. В нём можно при аварийных ситуациях фиксировать показания и служебную информацию во внутреннюю FLASH-память микроконтроллера.

Это к тому же обеспечивает конфиденциальность информации, чего нельзя сделать при использовании внешнего кристалла, не защищённого от несанкционированного доступа.

Такие счётчики электроэнергии любой сложности можно реализовать с помощью микроконтроллеров фирмы Motorola семейства HC08 с FLASH-памятью, расположенной на кристалле.

    Переход на цифровые автоматические системы учёта и контроля электроэнергии — вопрос времени. Преимущества таких систем очевидны. Цена их будет постоянно падать.

И даже на простейшем микроконтроллере такой цифровой счётчик электроэнергии имеет очевидные преимущества: надёжность за счёт полного отсутствия трущихся элементов; компактность; возможность изготовления корпуса с учётом интерьера современных жилых домов; увеличение периода поверок в несколько раз; ремонтопригодность и простота в обслуживании и эсплуатации. При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах даже простейший цифровой счётчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты за потребляемую энергию, возможность автоматизированного учёта и контроля потребляемой электроэнергии.

Источник: http://kazus.ru/

Источник: http://radio-uchebnik.ru/txt/10-interesnoe-iz-mira-elektroniki/146-ustrojstvo-tsifrovogo-elektroschetchika

Строительство и ремонт

Счетчик электроэнергии Энергомера, внешний вид

В этой статье я расскажу и покажу на фото, как устроен электрический счетчик. Для примера разберём (вскроем) счетчик Энергомера ЦЭ 6807 П производства Ставропольского концерна «Энергомера». Как выглядит счетчик — на фото слева.

Счетчик Энергомера ЦЭ6807П — один из самых простых по конструкции, тем легче будет рассмотреть его устройство.

Кстати, по электрическим счетчикам на блоге СамЭлектрик.ру опубликовано несколько статей: — , — , — ,

— .

А если Вам вообще интересно , подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК !

Как меряет энергию электрический счетчик

Как всегда, сначала — немного теории, так сказать вступительное слово.

Прежде всего — счетчик отличается от всех остальных домашних электрических устройств тем, что он включен ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО со всеми приборами. То есть, схема электросчетчика устроена так, что через него проходит весь ток, который он учитывает. Ну а если ток проходит не весь, то это очень не нравится контролирующим органам энергонадзора.

Ток проходит в счетчике через специальный калиброванный шунт с определённым сопротивлением (сотые доли Ома). По закону Ома, на проводнике, через который проходит ток, образуется напряжение, прямо пропорциональное току и сопротивлению:

U = I·R

Этим напряжением однозначно определяется ток. Напряжение измеряется, и значит ток тоже становится известен, косвенным образом.

Мощность, потребляемая приборами в квартире, равна току, умноженному на напряжение:

P = I·U

Но как узнать, сколько мощности «съели» электроприборы? Для этого мощность умножают на время, получают электрическую энергию:

E = I·U·t

За единицу измерения электрической энергии, которая показывает, сколько киловатт прошло через счетчик в течение часа приняли киловатт в час, сокращённо — кВт·час

Строго говоря, энергию правильней измерять в Джоулях, как нас этому учили в школе, но исторически прижилась единица измерения кВт·час . Писать нужно именно с точкой, как например полная электрическая мощность измеряется в В·А .

А реализуется учёт и индикация этих «Электроджоулей» путем нехитрых электрических преобразований и устройств. Рассмотрим их ниже.

Как устроен электросчетчик

Устройство однофазного электрического счетчика прямого включения Энергомера сейчас будет хорошо видно на фотографиях. Напоминаю, его внешний вид — на первом фото статьи.

На счетчике обычно стоят 2 пломбы, одна защищает от несанкционированного доступа клеммы счетчика, вторая — электронную схему счетчика. Этих пломб на моём счетчике уже нет.

Рассмотрим подробнее клеммы.

Клеммы зажимные, хорошо держат зачищенный провод на всём его протяжении.

Теперь самое интересное — вскрываем корпус счетчика:

Счетчик Энергомера цэ6807п. Снятая передняя панель

Счетчик энергомера. Снятая крышка, фото 2

Достаём потроха внутренности, и видим, что схема электросчётчика состоит их трёх основных частей:

Это 1) шаговый двигатель, на оси которого закреплены циферки, 2) плата с контроллером и 3) входные клеммы. Как видно, всё китайское (надеюсь, кроме клемм), поэтому и цена такому счетчику 650-750 руб.

Клеммы и плата с контроллером. Всё перевёрнуто, поэтому фазные клеммы счетчика — справа, нулевые — слева, не так как мы привыкли видеть.

Белый и зеленый проводочки — это выход измерительного шунта. Того самого шунта, на котором «оседает» напряжение, пропорциональное току через фазные клеммы. Это напряжение поступает на входы платы КТ1 и КТ2 и подается на обработку контроллеру.

Также с фазной клеммы берется питание для контроллера, это желтый проводок. Питание — бестрансформаторное, через конденсатор, выпрямитель и стабилизатор 5VDC.

Нулевая клемма используется для того, чтобы брать второй полюс для питания счетчика. А ещё для того, чтобы обеспечить соединение, и чтобы ограничить злоумышленные схемы включения счетчика.

С выхода платы контроллера через точки М1.1 и М1.2 поступают импульсы на шаговый двигатель. Тот самый, который тормозят с помощью магнита. Частота импульсов пропорциональна току, и дополнительно индицируется светодиодом.

Читайте также:  Акустический автомат лестничного освещения на симисторе

Этот светодиод используют для проверки и поверки счетчика. Подсчитывают количество импульсов за (например) 5 минут, и смотрят на правильность показаний на передней панели.

В контроллере зашита программа, которая вырабатывает импульсы для работы шагового двигателя.

Вот фото печатной платы счетчика немного крупнее:

Из каких деталей собрана схема счетчика

Как видно на фото, схема электрического счетчика Энергомера очень простая, основа схемы — микроконтроллер, который всем управляет.

На фото плохо видны детали, поэтому переписал некоторые номиналы.

Шаговый двигатель (регистратор):

Шаговый регистратор счетчика. Купить такой можно через китайский сайт meter-counters.com. Именно этот регистратор намагничивают и останавливают счетчик.

  • Стабилизатор на 5 Вольт 7805,
  • PIC-контроллер MPC 3905A ,
  • Опторазвязка для выхода на телеметрию (дистанционное снятие показаний) PC817C ,
  • Кварц на 3,579545 МГц.

Инструкция к счетчику Энергомера

Ниже приведена инструкция на счетчик Энергомера ЦЭ6807 , который рассмотрен в статье. Там приведены все параметры, схема подключения, а также устройство и принцип работы счетчика по версии производителя.

Была ещё такая бумажечка, чтобы правильно писали показания:

По правилам, цифра, обозначающая доли киловатт часа, должна быть обязательно выделена графически. Что и выполняется, смотрите фото счетчика в корпусе.

Со стремительным развитием электронно-вычислительной техники на смену счетчикам пришли электронные(цифровые).

Принцип работы любого электрического счетчика основывается на том, чтобы объединить мгновенные значения силы тока и напряжения, потребляемые из сети, за определенную единицу времени для последующего отображения на счетном устройстве в виде готовых киловатт-часов. Электронный счетчик состоит из основных узлов:

  • датчики тока и напряжения;
  • преобразователь мощности в частоту импульсов (КР1095ПП1);
  • центральный микроконтроллер(устройство управления -МС68НС05КJ1);
  • постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ);
  • контроллер жидкокристаллического дисплея (ЖКИ-К182СВГ2);

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 EEPROM. 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 EEPROM, и увеличивает показания счетчика.

Наличие у электронного счетчика внешнего интерфейсного канала на примере RS-485 позволяет объединять счетчики в группы и передавать все данные в электроснабжающую компанию, что дает возможность отключения электричества у потребителей в случае неуплаты.

В качестве датчика тока служит измерительный трансформатор (трансформатор тока) или шунтирующая пластинка; датчик напряжения- тр-р напряжения.

Трехфазный электронный счетчик имеет такую же конструкцию и обладает функциями отображения на дисплее активной, реактивной и полной потребленной электроэнергии и др.

Источник: https://stoygram.ru/the-electronic-device-of-the-account-of-the-electric-power-the-principle-of-the-electronic-power-meter.html

Устройство и принцип работы электрического счетчика

В этой статье мы вам расскажем устройство и принцип работы электрического счетчика, чтобы вам было проще воспринимать всю информацию, мы для вас подготовили основные схемы и изображения. С помощью них вы сможете узнать, из чего состоит электрический считчик, как он работает.

  • Индукционные.
  • Электронное.

Устройство индукционного счетчика

Индукционный счетчик состоит из двух основных электромагнитов, они расположены между собой под острым углом в 90 градусов напротив друг друга. В магнитном поле находиться алюминиевый диск, именно он и показывает нам расход энергии.

Чтобы включить счетчик в цепь, необходимо его токовую обмотку соединить со всеми электроприемниками последовательно. Обмотка напряжения подключается параллельно.

Во время прохождения электрического тока по обмоткам индукционного счетчика в сердечниках возникают переменные магнитные потоки, оно пронизывают алюминиевый диск и индуцируют в нем так называемые вихревые токи.

Будет интересно узнать, какой счетчик лучше поставить в доме.

Вихревые токи взаимодействуют с магнитными потоками и создают усилия, с помощью которого и начинает крутиться диск. Диск непосредственно связан со стандартным счетным механизмом. В зависимости от частоты вращения диска и происходит учет потребляемой электрической энергии.

Следующим образом выглядит схема устройства электрического счетчика.

Сделаем небольшую расшифровку:

  1. Обмотки тока.
  2. Обмотки напряжения.
  3. Механизм червячный.
  4. Механизм счетный.
  5. Диск из алюминия.
  6. Магнит, который притормаживает работу диска.

Схему выше мы с вами уже рассмотрели, теперь посмотрите, как выглядит электрический счетчик в разрезе (вживую).

Если потребляемая электроэнергия большая, тогда используются трехфазные индукционные счетчики, принцип их работы схожий с однофазным. Смотрите видео, как устроен электрический счетчик.

Устройство электронного счетчика электричества

Сейчас цифровые счетчики получили широкое применение, люди начали отказываться от привычных, ведь только такие могут похвастаться следующими преимуществами:

  1. Нет частей, которые вращаются.
  2. Можно делать учет электроэнергии по разным тарифам.
  3. Малые размеры
  4. Высокий класс точности.
  5. Можно вести дистанционный учет электроэнергии.
  6. Изменяются суточные максимумы нагрузки.

Следующим образом выглядит схема электронного счетчика:

Как правило, такие счетчики всегда работают только по одному тарифу. Однако, есть и те, которые считают на несколько тарифов, в одной статье мы уже рассматривали: стоит устанавливать двухтарифные счетчики. С ними вопрос спорный, есть масс особенностей, которые стоит брать в учет.

Вот мы с вами и рассмотрели устройство и принцип работы электрического счетчика, как видите, все довольно просто. Подробней на электрических мы останавливаться не стали, ведь произвести их ремонт или просто разобрать смысла нет. Этим должны заниматься только профессионалы.

Статья по теме: лучшие производители электрических счетчиков.

Источник: http://DekorMyHome.ru/remont-i-oformlenie/ystroistvo-i-princip-raboty-elektricheskogo-schetchika.html

Принцип работы электросчетчика

Счетчик электроэнергии есть в доме у каждого. И не найдется такого человека, который бы не задавался вопросом о том, как устроен, из чего состоит этот неведомый черный ящик и действительно ли можно заставить его крутиться в обратную сторону. Сегодня мы удовлетворим ваше любопытство и заглянем под пломбу, закрывающую доступ к внутреннему устройству этого очень интересного прибора.

Какими бывают электрические счетчики

По принципу работы счетного механизма эти устройства бывают трех типов:

  1. Механические – в их основе шестеренчатый редуктор, который приводит в движение тот самый загадочный вращающийся диск.
  2. Электронные – подсчет ведет генератор импульсов, результаты отображаются на жидкокристаллическом дисплее.
  3. Гибридные – генератор импульсов работает в паре с шаговым электродвигателем, аналогичным тем, что работают в кварцевых часах. Результаты выдаются тем же способом, что и у механических приборов – цифрами на разрядных кольцах, приводимых в движение шестеренчатым редуктором.

Самое интересное в том, что принцип работы электросчетчика основан на одном и том же явлении – электромагнитной индукции.

И все-таки оно вертится!

Наиболее наглядно устройство электросчетчика видно на примере однофазного бытового устройства механического типа. Его принципиальная схема приведена на рисунке ниже.

  1. Ш-образный сердечник
  2. П-образный сердечник
  3. Редуктор
  4. Постоянный магнит
  5. Диск

К клеммам 1 и 2, в которые зажимается фазный провод, подключена катушка с небольшим количеством витков, установленная на П-образный металлический сердечник. Она называется токовой, поскольку включение последовательное. К клемме 1 также подключен еще один провод, идущий на другую катушку с большим количеством витков и установленную на Ш-образный металлический сердечник.

Место соединения разъемное, крепежом является винт, называемый «винт напряжения», поскольку второй конец катушки соединен с клеммой 3, к которой подключается нулевой провод и соединение параллельное. Сердечники катушек расположены под углом 900 друг к другу, а в разрыве между ними находится край алюминиевого диска.

При прохождении переменного электрического тока через катушки в сердечниках наводится пульсирующее магнитное поле. Их произведением является вихревой магнитный поток, вращающийся всегда в одну сторону.

По закону электромагнитной индукции этот вихрь наводит электрический ток в алюминиевом диске и понуждает его вращаться вслед за собой.

Поскольку учитывается и напряжение в сети, и сила тока, то измеряется расход именно электрической мощности, которая является произведением этих величин.

Все это очень напоминает устройство асинхронного однофазного электродвигателя с пусковой и рабочей обмотками. Различие только в том, что счетчик электроэнергии является измерительной машиной, поэтому для точности показаний в нем надо исключить все факторы, которые могут их изменить.

Например, момент инерции. Именно поэтому ротор, роль которого играет диск, выполняется из алюминия – наиболее легкого электропроводящего материала, не подверженного вторичному намагничиванию. Дисковидная форма выбрана по той причине, что побочным явлением электромагнитной индукции является нагревание металлов так называемыми токами Фуко.

В проводниках плоской формы они быстрее затухают. Это свойство используется, например, в высоковольтных трансформаторах большой мощности, первичная обмотка которых выполняется проводником прямоугольного сечения.

Вторым отличием механического счетчика от асинхронного двигателя является наличие в его конструкции тормоза – постоянного магнита, расположенного у края диска.

Он нужен для того, чтобы вращение было равномерным, без ускорения, а остановка происходила мгновенно, без выбега.

Положение этого магнита можно менять, меняя величину электрической мощности, на которую устройство не реагирует. Обычной заводской настройкой является 25 Вт.

Диск насажен на ось, на одном конце которой находится червячная шестерня. Через нее и приводится в действие редуктор счетного механизма. Смена положений обмоток действительно может привести к реверсированию.

Для этого надо лишь изменить порядок подключения: фазу подать на клемму 3 и снять ее с четвертой. Для борьбы с мошенничеством в редукторе установлен храповой механизм, блокирующий вращение в обратную сторону.

Трехфазные счетные механические устройства устроены подобным же образом.

Но есть тонкости: если схема построена с глухозаземленной нейтралью – фазы на выходе силового трансформатора подстанции соединены звездой и линия состоит из трех проводников, то в счетчике два диска на одной оси.

А при обычном для линий до 1000 вольт соединении треугольником и наличии отдельной нейтрали (четыре провода) дисков три. При этом подсчет расхода электрической мощности ведется в любом случае, даже если задействована хотя бы одна фаза.

И все-таки оно нагревается!

Принцип действия электронного счетчика основан на использовании второго, скорее побочного действия электромагнитной индукции – нагревании проводников. Температурные датчики – это могут быть термопары или терморезисторы, преобразуют тепло в электрический сигнал, который играет роль управляющего воздействия.

Подавляющее большинство электронных счетных устройств строятся на микросхемах серий МРС 3905, 3906 или 3909. Принципиально они состоят из трех модулей:

  1. Двух операционных усилителей (аналог катушек тока и напряжения).
  2. Генератора незатухающих колебаний, имеющего собственный блок питания и подключенного к одной из фаз.
  3. Счетчика импульсов.

Операционные усилители работают в паре с термодатчиками и подают электрический управляющий сигнал на генератор незатухающих колебаний, частота которых меняется в зависимости от его величины.

Если показания электросчетчика выводятся на жидкокристаллический дисплей, то количество импульсов за единицу времени учитывается отдельной микросхемой, преобразующей его в кодовый сигнал. При использовании механических редукторов импульсы поступают непосредственно на шаговый двигатель. Чем выше частота их следования, тем быстрее он вращается.

В трехфазных приборах электрического учета таких управляющих микросхем три, а в однофазных – одна.

Какие электросчетчики лучше?

Приборы учета с вращающимся диском нередко преподносятся как нечто архаичное и подлежащее замене. Энергоснабжающие организации могут просто вынуждать потребителей делать это, аргументируя тем, что электронные точнее. Но, поскольку дьявол кроется в деталях, давайте попробуем разобраться в том, стоит ли идти на поводу у монополистов.

Когда действительно стоит менять

  • Если класс точности менее 2,5. Он указан на лицевой панели прибора – цифра в кружке.
  • Количество целочисленных разрядов в показаниях менее пяти. Дробный разряд указывается кольцом красного цвета и его значение не учитывается.
  • Если прибор рассчитан на токи менее 30 ампер.

Достоинства и недостатки механических приборов

Недостатки:

  • Невысокая точность измерений.
  • Большие габариты и вес, выглядят малоэстетично.
  • Могут шуметь.
  • Нельзя учитывать расход по многотарифному плану.
  • Для снятия показаний приходится лезть под потолок – неудобно и рискованно.

Достоинства:

  • Учитывают только активную, полезную составляющую электрической энергии.
  • Не реагируют на потребителей мощностью менее 25 ват (например, светодиодные лампы).
  • Спокойно переносят перегрузки в сети, не выходят из строя в грозу.
  • Относительно дешевы.

Достоинства и недостатки электронных приборов

Положительные качества:

  • Высокая точность измерений.
  • Малые габариты и вес.
  • Можно установить модель, учитывающую несколько суточных тарифов.
  • Есть возможность (при наличии блоков GPRS и Wi-Fi) снимать показания дистанционно и даже автоматически их отправлять поставщику.

Недостатки:

  • Учитывают не только полезную активную, но и реактивную, паразитную, составляющую электроэнергии.
  • Чувствительны к качеству поставляемого электричества, могут выходить из строя в грозу.
  • Хороший электронный счетчик электроэнергии не может стоить дешево.
Читайте также:  Новейший, экономичный анализатор спектра частотой 9кгц – 3ггц

Зная устройство, а также достоинства и недостатки приборов учета электрической энергии, вы без труда можете решить, стоит ли вам менять имеющийся, а если приобретать, то какой именно. Можно сказать точно, что счетчики с вращающимся диском не стоит считать архаикой и отказываться от них. Для сельской местности – это оптимальный вариант.

Источник: http://ElectrikTop.ru/schetchiki-elektroenergii/printsip-raboty-elektroschetchika.html

Схема электрическая счетчика

Электрический счетчик, точнее – счетчик расхода электрической энергии является специальным прибором, предназначенным для учета потребляемой нагрузкой электрической энергии.

По своей технической идее он представляет из себя комбинацию измерителя потребляемой электрической энергии с отображающим показания счетным механизмом. Различают электрические счетчики для измерения энергии постоянного или переменного тока.

Счетчики электроэнергии переменного тока бывают однофазными и трехфазными. По принципу действия электрические счетчики могут быть индукционными и электронными.

Краткая история создания электрического счетчика

В 1885 году итальянцем Галилео Феррарисом (1847-1897) было сделано интересное наблюдение вращения сплошного ротора в виде металлического диска или цилиндра под воздействием двух не совпадающих по фазе полей переменного тока. Это открытие послужило отправной идеей для создания индукционного двигателя и одновременно открыло возможность разработки индукционного счетчика.

Первый счетчик такого типа был создан в 1889 году венгром Отто Титуцем Блати, который работал на заводе “Ганц” (Ganz) в Будапеште, Венгрия. Им был запатентована идея электрического счётчика для переменных токов (патент, выданный в Германии, № 52.793, патент, полученный в США, № 423.210).

В таком устройстве Блати смог получить внутреннее смещение фаз практически на 90°, что позволило счетчику отображать ватт-часы достаточно точно. В электросчетчике этой модели уже применялся тормозной постоянный магнит, обеспечивавший широкий диапазон измерений количества потребляемой энергии, а также был использован регистр циклометрического типа.

Дальнейшие годы ознаменовались многими усовершенствованиями, проявившимися в уменьшении веса и размеров прибора, расширении диапазона допустимых нагрузок, компенсации изменения величины коэффициента нагрузки, значений напряжения и температуры.

Было существенно снижено трение в опорах вращающегося ротора счетчика с помощью замены шарикоподшипниками подпятников, позже применили двойные камни и магнитные подшипники.

Значительно увеличился срок стабильной эксплуатации счетчика за счет повышения технических характеристик тормозной электромагнитной системы и неприменения масла в опорах ротора и счетном механизме.

Значительно позже для промышленных потребителей был создан трехфазный индукционный счетчик, в котором применили комбинацию из двух или трех систем измерения, установленных на одном, двух или даже трех отдельных дисках.

Схема для подключения счетчика индукционного типа

Схема электрическая принципиальная счетчика индукционного типа в общем случае предельно проста и представляет собой две обмотки (тока и напряжения) и клеммную колодку, на которую выведены их контакты. Условная схема, по которой подключается однофазный электрический счетчик, в стандартном электрощите многоквартирных домов имеет следующий вид:

Здесь фазу “А” обозначает линия желтого цвета, фазу “В” – зеленого, фазу “С” – красного, нулевой провод “N” – линии синего цвета, проводник для заземления “PЕ” – линия желто-зеленого цвета.

Пакетный выключатель в настоящее время часто заменяют более современным двухполюсным автоматом с защитой от перегрузки.

Следует отметить, что между схемой подключения счетчика индукционного типа и аналогичной схемой подключения электронного счетчика принципиальных различий нет.

Условная схема для подключения электрического счетчика в трехфазной четырехпроводной сети напряжением 380 вольт имеет вид:

Здесь цветовые обозначения аналогичны предыдущей схеме подключения счетчика для однофазной сети.

Важно соблюдать прямой порядок чередования фаз трехфазной сети на колодке контактов счетчика. Определить его можно с помощью фазоуказателя или прибора ВАФ. В прямом порядке чередование фаз напряжений производится так: АВС, ВСА, САВ (если идти по часовой стрелке).

В обратном порядке чередование фаз напряжений производится так: АСВ, СВА, ВАС. При этом создается дополнительная погрешность и возникает самоход ротора индукционного счетчика для активной энергии.

В электрическом счетчике реактивной энергии обратный порядок чередования фаз нагрузки и напряжений приводит к вращению ротора в обратном направлении.

Схема электрических соединений однофазного индукционного электрического счетчика

На схеме линии красного цвета обозначают фазный провод и токовую катушку, а синего цвет – нулевой провод и катушку напряжения.

Схема электрических соединений трехфазного счетчика индукционного типа при прямом включении в четырехпроводной сети напряжения 380 вольт:

Здесь: фазу “А” обозначает желтый цвет, фазу “В” – зеленый, фазу “С” – красный, нулевой провод “N” – синим цвет; L1, L2, L3 – обозначают токовые катушки; L4, L5, L6 – обозначают катушки напряжения; 2, 5, 8 – контакты напряжения; 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 – контакты для подключения внешней электропроводки к трехфазному счетчику.

Принцип действия и устройство индукционного электросчетчика

Токовая обмотка, включенная последовательно с потребителем электроэнергии, имеет малое число витков, которые намотаны толстым проводом, соответствующим номинальному току данного счетчика. Это обеспечивает минимум ее сопротивления и внесения погрешности измерения тока.

Обмотка напряжения, включенная параллельно нагрузке, имеет большое количество витков (8000 – 12000), которые намотаны тонким проводом, что уменьшает потребляемый ток холостого хода счетчика.

Когда к ней подключено переменное напряжение, а в токовой обмотке течет ток нагрузки, через алюминиевый диск, являющийся ротором, замыкаются электромагнитные поля, наводящие в нем так называемые вихревые токи.

Эти токи взаимодействуют с электромагнитным полем и создают вращающий момент, приводящий в движение подвижный алюминиевый диск.

Постоянный магнит, создающий магнитный поток через диск счетчика, создает эффект тормозного (противодействующего) момента.

Неизменность скорости вращения диска достигается при балансе вращающего и тормозного усилий.

Количество оборотов ротора за час будет пропорциональным израсходованной энергии, что эквивалентно тому, что значение установившейся равномерной скорости вращения диска является пропорциональным потребляемой мощности, если вращающий момент, воздействующий на диск, адекватен мощности потребителя, к которому подключен счетчик.

Трение в кинематических парах механизма индукционного счетчика создает появление погрешностей в измерительных показаниях.

Особенно значительно влияние трения на малых (до 5-10% от номинального значения) нагрузках для индукционного счетчика, когда величина отрицательной погрешности может составлять 12 – 15%.

Для сокращения влияния сил трения в индукционном счетчике используют специальное устройство, которое называется компенсатор трения.

Существенный параметр счетчика электрической энергии переменного тока – порог чувствительности прибора, который подразумевает значение минимальной мощности, выраженной в процентах от номинального значения, при котором ротор счетчика начинает устойчиво вращаться. Другими словами, порог чувствительности – это минимальный расход электроэнергии, который счетчик в состоянии зафиксировать.

В соответствии с ГОСТом, значение порога чувствительности для индукционных счетчиков различных классов точности, должно составлять не больше 0,5 – 1,5%. Уровень чувствительности задается значением компенсирующего момента и момента торможения, который создается специальным противосамоходным устройством.

Принцип работы электронного счетчика

Индукционные счетчики расхода электрической энергии при всей их простоте и невысокой стоимости обладают рядом недостатков, в основе которых находится использование механических подвижных элементов, имеющих недостаточную стабильность параметров при долгосрочной эксплуатации прибора. Электронный счетчик электроэнергии лишен этих недостатков, имеет низкий порог чувствительности, более высокую точность измерения потребляемой энергии.

Правда, для построения электронного счётчика требуется применение узкоспециализированных интегральных микросхем (ИС), которые могут выполнять перемножение сигналов тока и напряжения, формировать полученную величину в виде, удобном для обработки микроконтроллером. Например, микросхемы, преобразующие активную мощность — в значение частоты следования импульсов. Общее число полученных импульсов, интегрируемых микроконтроллером, является прямо пропорциональным потребляемой электроэнергии.

Блок-схема электронного счетчика

Не менее важным для полноценной эксплуатации электронного счетчика является наличие всевозможных сервисных функций, таких как удаленный доступ к счётчику для дистанционного контроля показаний, определение дневного и ночного потребления энергии и многие другие. Применение цифрового дисплея позволяет пользователю программно задавать различные форматы вывода сведений, например, отображать на дисплее информацию о количестве потреблённой энергии за определенный интервал, задавать различные тарифы и тому подобное.

Для выполнения отдельных нестандартных функций, например, согласования уровней сигналов, потребуется применение дополнительных ИС.

В настоящее время начат выпуск специализированных микросхем — преобразователей мощности в пропорциональную частоту — и специализированные микроконтроллерные устройства, имеющие подобный преобразователь на одном кристалле.

Но, чаще всего, они слишком дорогостоящи для применения в коммунально-бытовых устройствах индукционных счётчиков. Поэтому многими мировыми производителями микроконтроллеров разрабатываются специализированные недорогие микросхемы, специально предназначенные для подобного применения.

Какой вид имеет схема электрическая принципиальная счетчика по простейшему цифровому варианту на наиболее недорогом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере компании Motorola? В рассматриваемом решении осуществлены все минимально обязательные функции устройства. Оно основано на применении недорогой ИС, преобразующей мощность в частоту импульсов типа КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллерного устройства MC68HC05KJ1. При такой архитектуре счетчика микроконтроллеру необходимо суммировать получаемое число импульсов, отображать информацию на дисплее и осуществлять защиту устройства в различных нештатных режимах. Описываемый счётчик в действительности является цифровым функциональным аналогом имеющихся механических счётчиков, приспособленным для дальнейшего усовершенствования.

Схема электрическая принципиальная простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, эквивалентные значениям напряжения и тока в сети, получаются от датчиков и подаются на вход преобразователя. Микросхема осуществляет перемножение входных сигналов, формируя мгновенное значение потребляемой мощности. Это значение поступает на микроконтроллер, преобразуется в ватт-часы.

По мере накопления данных изменяются показания счётчика на ЖКИ. Наличие частых сбоев напряжения электропитания устройства приводит к необходимости применения EEPROM для обеспечения сохранности показаний счётчика.

Поскольку сбои напряжения питания являются наиболее распространенной нештатной ситуацией, подобная защита требуется в любом электронном счётчике.

Схема электрическая принципиальная счетчика (цифровой вычислитель) приведена ниже. Через разъём X1 присоединяется напряжение сети 220 В и электропотребитель.

Датчики напряжения и тока формируют сигналы, поступающие на микросхему КР1095ПП1 преобразователя, имеющего оптронную развязку частотного выхода.

Ядром счётчика является микроконтроллер MC68HC05KJ1 производства компании Motorola, производимый в 16-выводном корпусе (корпус DIP или SOIC) и оснащенный 1,2 Кбайтом ПЗУ и 64 байтом ОЗУ.

Для сохранения накопленного количества потребленной энергии во время сбоев по питанию применяется EEPROM с малым объёмом памяти 24С00 (16 байт) от компании Microchip. Дисплеем служит 7-сегментный 8-разрядный ЖКИ, который управляется любым недорогостоящим микроконтроллером, обменивающимся с центральным микроконтроллером данными по протоколам SPI или I2C и подключенный через разъём Х2.

Заложенный алгоритм работы счетчика потребовал менее 1 Кбайт памяти и меньше половины из всех портов ввода/вывода на микроконтроллере MC68HC05KJ1.

Его технических возможностей достаточно для того, чтобы дополнить счетчик некоторыми сервисными функциями, например, возможностью объединения счётчиков в локальную сеть через интерфейс RS-485.

Эта возможность позволяет получать данные о потребленной энергии в сервисный центр и дистанционно отключать электричество, если потребителем не внесена оплата. Сетью, содержащей такие счётчики можно оснастить жилой многоквартирный дом. Все показания счетчиков по сети будут дистанционно поступать в диспетчерский пункт.

Практический интерес представляет применение семейства 8-разрядных микроконтроллеров с кристаллом, содержащим встроенную FLASH-память. Это позволяет его программировать прямо на собранной плате. Это также обеспечивает защищённость от взлома программного кода и удобство обновления ПО без выполнения монтажных работ.

Цифровой вычислитель для электронного счетчика электроэнергии

Более интересным представляется вариант электронного счётчика электроэнергии без применения внешней EEPROM и дорогостоящего внешнего энергонезависимого ОЗУ. В этом случае можно при возникновении аварийной ситуации фиксировать показания и другую служебную информацию во внутренней FLASH-памяти микроконтроллера.

Это дополнительно обеспечивает требуемую конфиденциальность данных, что нельзя обеспечить, если применяется внешний кристалл, не защищённый от несанкционированного доступа посторонних лиц.

Такой электронный счётчик электроэнергии с любым уровнем сложности и функциональности можно создать с применением микроконтроллера компании Motorola из семейства HC08 с FLASH-памятью, встроенной в основной кристалл.

Осуществление перехода на цифровые дистанционные автоматические средства учёта и контроля расхода электроэнергии является вопросом времени. Технические и потребительские достоинства таких систем являются очевидными. Стоимость их будет неизменно уменьшаться.

И даже в случае применения простейшего микроконтроллера такой электронный счётчик электроэнергии обладает очевидными преимуществами: высокая надёжность вследствие полного отсутствия подвижных деталей; миниатюрность; возможность выпуска счетчика в корпусе с учётом особенностей интерьера в современных жилых домах; увеличение интервала поверок в несколько раз; высокая ремонтопригодность и предельная простота в обслуживании и эксплуатации. Даже небольшие дополнительные аппаратные и программные затраты в простейшем цифровом счётчике могут дополнить его рядом сервисных функций, принципиально отсутствующих у всех механических электросчетчиков, например, применение многотарифного начисления оплаты за потребляемую энергию, возможность реализации автоматизированного учёта и управления потреблением электроэнергии.

Смотрите также схемы:

Регулятор освещения
Электронный термометр
Электрическая печи
Стабилизатор напряжения
Схема электрическая телевизора

Источник: http://elektronika-muk.ru/praktika/shema-jelektricheskaja-schetchika.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector