Tipos de medidores de energia e como funcionam
Um medidor de energia ou medidor de watt-hora é um instrumento elétrico que mede a energia elétrica utilizada pelos consumidores. As concessionárias são um dos setores de energia que instalam esses medidores em diversos locais, como residências, indústrias, organizações, prédios comerciais, etc. para faturar o uso de eletricidade de cargas como luzes, ventiladores, geladeiras e outros eletrodomésticos.
A unidade básica de potência é o watt, medido com um wattímetro. Um quilowatt equivale a mil watts. Se um quilowatt for usado em uma hora, uma unidade de energia será consumida. Portanto, um medidor de energia mede tensão e corrente rapidamente, calcula seu produto e fornece a potência instantânea. Esta potência é integrada ao longo de um intervalo de tempo para fornecer a energia utilizada durante esse período de tempo.
Tipos de medidores de energia
Os medidores de energia são divididos em duas categorias básicas, como:
Medidor de indução eletromecânica
Medidor eletrônico de energia
Levando em consideração os seguintes fatores, os medidores de energia elétrica são divididos em dois tipos:
O tipo de display é medidor analógico ou digital.
Tipos de pontos de medição: transmissão secundária, rede, distribuição local e primária.
Aplicações finais, como uso comercial, industrial e doméstico
Aspectos tecnológicos como materiais monofásicos, trifásicos, de alta tensão (HT), de baixa tensão (LT) e de precisão.
A ligação de alimentação pode ser monofásica ou trifásica, dependendo da fonte de alimentação utilizada pela instalação residencial ou comercial. Em particular, neste artigo estudaremos o princípio de funcionamento de um medidor de energia indutivo monofásico e o princípio de funcionamento de um medidor eletrônico de energia trifásico através das seguintes explicações de dois medidores básicos de energia.
Medidor de energia indutiva monofásico
É um medidor de energia elétrica antigo bem conhecido e mais comum. Consiste em um disco giratório de alumínio colocado em um eixo entre dois eletroímãs. A velocidade de rotação do disco é diretamente proporcional à potência, que é integrada através do trem de engrenagens e do mecanismo de contagem. Consiste em dois eletroímãs laminados de aço silício conectados em paralelo e em série.
Um ímã em série possui uma bobina com várias voltas de fio grosso conectadas em série com o circuito, enquanto um ímã paralelo possui uma bobina com várias voltas de fio fino conectada a uma fonte de energia.
Um ímã de freio é um ímã permanente que exerce uma força que se opõe à rotação normal do disco, movendo o disco para uma posição de equilíbrio e parando o disco quando a energia é removida.
Os ímãs conectados em série produzem um fluxo magnético proporcional à corrente que flui, e os ímãs conectados em paralelo produzem um fluxo magnético proporcional à tensão. Devido às propriedades indutivas, esses dois fluxos estão atrasados em 90 graus. A intersecção desses dois campos cria correntes parasitas no disco usando uma força proporcional ao produto da tensão instantânea, corrente e o ângulo de fase entre eles. Os ímãs de freio são colocados em um lado do disco de freio e geram torque de frenagem no disco de freio usando um campo magnético constante fornecido pelos ímãs permanentes. Quando os torques de frenagem e de acionamento são iguais, a velocidade do disco de freio torna-se estável.
O eixo, ou fuso vertical, do disco de alumínio está associado a uma engrenagem que registra um número proporcional ao número de rotações do disco. Este mecanismo de engrenagem define uma série de números em um mostrador e indica a quantidade de energia consumida ao longo do tempo.
Este tipo de medidor de energia elétrica possui uma estrutura simples, mas sua precisão é um pouco fraca devido à influência de campos externos, como a fluência. Um problema primário com estes tipos de medidores de energia é que eles são suscetíveis a adulteração, o que exige a necessidade de um sistema de monitoramento de energia. Essas séries e medidores divididos são amplamente utilizados em aplicações domésticas e industriais.
Comparados aos medidores de energia de indução eletromecânica, os medidores eletrônicos de energia são instrumentos de medição precisos, precisos e confiáveis. Quando conectados a uma carga, consomem menos energia e iniciam a medição imediatamente. A seguir descreve-se o medidor eletrônico de energia trifásico e seu princípio de funcionamento.
Medidor eletrônico de energia trifásico
O medidor é capaz de realizar medições de corrente, tensão e potência em sistemas de alimentação trifásicos. Ao usar esses medidores trifásicos, alta tensão e corrente também podem ser medidas usando sensores apropriados. Um dos tipos de medidores de energia trifásicos é mostrado abaixo (como exemplo), o que garante uma medição de energia confiável e precisa em comparação com medidores eletromecânicos.
Ele usa medição de potência monofásica IC AD7755 para coletar e processar parâmetros de tensão e corrente de entrada. Sensores como transformadores de tensão e corrente são usados para reduzir as classificações de tensão e corrente das linhas de energia para níveis de sinal e fornecê-los ao IC, conforme mostrado na figura. Esses sinais são amostrados e convertidos em sinais digitais, que são multiplicados entre si para obter a potência instantânea. Essas saídas digitais são então convertidas em frequências para acionar contadores eletromecânicos. A frequência dos pulsos de saída é proporcional à potência instantânea e (dentro de um determinado intervalo) fornece a energia de um número específico de pulsos para a carga.
O microcontrolador aceita entradas de todos os três ICs de medição de potência para medição de potência trifásica e atua como controlador do sistema, realizando todas as operações necessárias, como armazenar e recuperar dados da EEPROM, operar o medidor usando botões para visualizar o consumo de energia. cérebro, calibra a fase e limpa as leituras; e também aciona o display usando um IC decodificador.
Até agora, aprendemos sobre medidores de energia e como eles funcionam. Para entender o conceito mais profundamente, a seguinte descrição sobre medidor de energia fornece detalhes completos do circuito e sua conexão por meio de um microcontrolador.
Circuito medidor de energia usando microcontrolador:
A figura abaixo mostra o circuito do medidor de energia elétrica implementado usando o microcontrolador Atmel AVR. Este circuito monitora e obtém continuamente os parâmetros de tensão e corrente da rede monofásica. O microcontrolador obtém esses valores de parâmetros do circuito de condicionamento de sinal, que é acionado por um amplificador operacional IC.
Este circuito possui dois transformadores de corrente conectados em série com cada linha de energia: fase e neutro. Os valores atuais desses transformadores são enviados para o respectivo ADC do microcontrolador e então o ADC converte esses valores em valores digitais e assim o microcontrolador faz os cálculos necessários para encontrar o consumo de energia. O microcontrolador é programado multiplicando e integrando os valores de tensão e corrente do ADC durante um período de tempo especificado e acionando o mecanismo de contador de acordo para exibir o número de unidades (KW) consumidas durante um período de tempo.
Além da medição de energia, o sistema também fornece indicação de falha à terra em caso de qualquer falha ou sobrecorrente que possa ocorrer no neutro ou condutor de terra e liga a indicação LED de forma adequada para detecção de falha à terra, bem como o consumo por unidade.
Os medidores de energia e os medidores de potência são iguais?
