Tipos de contadores de energía y cómo funcionan
Un contador de energía o medidor de vatios-hora es un instrumento eléctrico que mide la energía eléctrica utilizada por los consumidores. Las empresas de servicios públicos son uno de los sectores eléctricos que instalan estos medidores en diversos lugares como hogares, industrias, organizaciones, edificios comerciales, etc. para facturar el uso de electricidad de cargas como luces, ventiladores, refrigeradores y otros electrodomésticos.
La unidad básica de potencia es el vatio, medido con un vatímetro. Un kilovatio equivale a mil vatios. Si se utiliza un kilovatio en una hora, se consume una unidad de energía. Por lo tanto, un medidor de energía mide rápidamente voltaje y corriente, calcula su producto y proporciona la potencia instantánea. Esta potencia se integra durante un intervalo de tiempo para dar la energía utilizada durante ese período de tiempo.
Tipos de contadores de energía
Los medidores de energía se dividen en dos categorías básicas como son:
Medidor de inducción electromecánico.
contador de energía electrónico
Teniendo en cuenta los siguientes factores, los contadores de energía eléctrica se dividen en dos tipos:
El tipo de pantalla es medidor analógico o digital.
Tipos de puntos de medida: transmisión secundaria, red, distribución local y primaria.
Aplicaciones finales como uso comercial, industrial y doméstico.
Aspectos tecnológicos como monofásicos, trifásicos, alta tensión (HT), baja tensión (LT) y materiales de grado de precisión.
La conexión de suministro puede ser monofásica o trifásica, dependiendo de la fuente de energía que utilice la instalación doméstica o comercial. En particular, en este artículo, estudiaremos el principio de funcionamiento de un medidor de energía inductivo monofásico y el principio de funcionamiento de un medidor de energía electrónico trifásico a través de las siguientes explicaciones de dos medidores de energía básicos.
Contador de energía inductivo monofásico
Es un medidor de energía eléctrica antiguo muy conocido y común. Consiste en un disco de aluminio giratorio colocado sobre un eje entre dos electroimanes. La velocidad de rotación del disco es directamente proporcional a la potencia, que se integra a través del tren de engranajes y el mecanismo de conteo. Consta de dos electroimanes laminados de acero al silicio conectados en paralelo y en serie.
Un imán en serie tiene una bobina con varias vueltas de alambre grueso conectadas en serie con el circuito, mientras que un imán paralelo tiene una bobina con varias vueltas de alambre delgado conectadas a una fuente de energía.
Un imán de freno es un imán permanente que ejerce una fuerza que se opone a la rotación normal del disco, moviendo el disco a una posición de equilibrio y deteniéndolo cuando se corta la energía.
Los imanes conectados en serie producen un flujo magnético proporcional a la corriente que fluye, y los imanes conectados en paralelo producen un flujo magnético proporcional al voltaje. Debido a las propiedades inductivas, estos dos flujos tienen un retraso de 90 grados. La intersección de estos dos campos crea corrientes parásitas en el disco utilizando una fuerza proporcional al producto del voltaje instantáneo, la corriente y el ángulo de fase entre ellos. Los imanes de freno se colocan en un lado del disco de freno y generan un par de frenado en el disco de freno utilizando un campo magnético constante proporcionado por los imanes permanentes. Cuando los pares de frenado y de conducción son iguales, la velocidad del disco de freno se vuelve estable.
El eje, o husillo vertical, del disco de aluminio está asociado a un mecanismo de engranaje que registra un número proporcional al número de revoluciones del disco. Este mecanismo de engranajes establece una serie de números en un dial e indica la cantidad de energía consumida a lo largo del tiempo.
Este tipo de medidor de energía eléctrica tiene una estructura simple, pero su precisión es ligeramente pobre debido a la influencia de campos externos como la fluencia. Un problema principal con este tipo de medidores de energía es que son susceptibles a manipulación, lo que requiere un sistema de monitoreo de energía. Estos medidores en serie y divididos se utilizan ampliamente en aplicaciones domésticas e industriales.
En comparación con los contadores de energía de inducción electromecánicos, los contadores de energía electrónicos son instrumentos de medición exactos, precisos y fiables. Cuando se conectan a una carga, consumen menos energía y comienzan a medir inmediatamente. A continuación se describe el medidor electrónico de energía trifásico y su principio de funcionamiento.
Contador de energía electrónico trifásico
El medidor es capaz de realizar mediciones de corriente, voltaje y potencia en sistemas de suministro trifásicos. Con estos medidores trifásicos también se pueden medir altas tensiones y corrientes mediante sensores adecuados. A continuación se muestra (a modo de ejemplo) uno de los tipos de contadores de energía trifásicos, que garantiza una medición de energía fiable y precisa en comparación con los contadores electromecánicos.
Utiliza IC AD7755 de medición de potencia monofásico para recopilar y procesar el voltaje de entrada y los parámetros de corriente. Sensores como transformadores de voltaje y corriente se utilizan para reducir los valores nominales de voltaje y corriente de las líneas eléctricas a niveles de señal y proporcionarlos al IC como se muestra en la figura. Estas señales se muestrean y se convierten en señales digitales, que se multiplican entre sí para obtener la potencia instantánea. Estas salidas digitales luego se convierten en frecuencias para accionar contadores electromecánicos. La frecuencia de los pulsos de salida es proporcional a la potencia instantánea y (dentro de un intervalo determinado) entrega la energía de un número específico de pulsos a la carga.
El microcontrolador acepta entradas de los tres circuitos integrados de medición de energía para la medición de energía trifásica y actúa como controlador del sistema al realizar todas las operaciones necesarias, como almacenar y recuperar datos de EEPROM, operar el medidor usando botones para ver el consumo de energía. cerebro, calibra la fase y borra las lecturas; y también controla la pantalla mediante un decodificador IC.
Hasta ahora hemos aprendido sobre los medidores de energía y cómo funcionan. Para comprender el concepto más profundamente, la siguiente descripción sobre el medidor de energía proporciona detalles completos del circuito y su conexión mediante un microcontrolador.
Circuito de contador de energía mediante microcontrolador:
La siguiente figura muestra el circuito del medidor de electricidad implementado con el microcontrolador Atmel AVR. Este circuito monitoriza y obtiene continuamente los parámetros de tensión y corriente de la red eléctrica monofásica. El microcontrolador obtiene estos valores de parámetros del circuito de acondicionamiento de señales, que es controlado por un amplificador operacional IC.
Este circuito cuenta con dos transformadores de corriente conectados en serie con cada línea eléctrica: fase y neutro. Los valores actuales de estos transformadores se envían al ADC respectivo del microcontrolador y luego el ADC convierte estos valores en valores digitales y, por lo tanto, el microcontrolador realiza los cálculos necesarios para encontrar el consumo de energía. El microcontrolador se programa multiplicando e integrando los valores de voltaje y corriente del ADC durante un período de tiempo específico y accionando el mecanismo contador en consecuencia para mostrar la cantidad de unidades (KW) consumidas durante un período de tiempo.
Además de la medición de energía, el sistema también proporciona indicación de falla a tierra en caso de cualquier falla o sobrecorriente que pueda ocurrir en el conductor neutro o de tierra y enciende la indicación LED apropiada para la detección de falla a tierra, así como el consumo por unidad.
