Устройство счетчика электроэнергии: Обзор и устройство современных счётчиков электроэнергии / Хабр

Обзор и устройство современных счётчиков электроэнергии / Хабр

За последнее время на смену индукционным счётчикам электроэнергии пришли электронные. В данных счётчиках счётный механизм приводится во вращение не с помощью катушек напряжения и тока, а с помощью специализированной электроники. Кроме того, средством счёта и отображения показаний может являться микроконтроллер и цифровой дисплей соответственно. Всё это позволило сократить габаритные размеры приборов, а также, снизить их стоимость.

В состав практически любого электронного счётчика входит одна или несколько специализированных вычислительных микросхем, выполняющие основные функции по преобразованию и измерению. На вход такой микросхемы поступает информация о напряжении и силе тока с соответствующих датчиков в аналоговом виде. Внутри микросхемы данная информация оцифровывается и преобразуется определённым образом. В результате, на выходе микросхемы формируются импульсные сигналы, частота которых пропорциональна текущей потребляемой мощности нагрузки, подключенной к счётчику. Импульсы поступают на счётный механизм, который представляет собой электромагнит, согласованный с зубчатыми передачами на колёсики с цифрами. В случае с более дорогостоящими счётчиками с цифровым дисплеем применяется дополнительный микроконтроллер. Он подключается к вышесказанной микросхеме и к цифровому дисплею по определённому интерфейсу, ведёт накопление результата измерения электроэнергии в энергонезависимую память, а также, обеспечивает дополнительный функционал прибора.

Рассмотрим несколько подобных микросхем и моделей счётчиков, которые мне попадались под руку.

Ниже на рисунке в разобранном виде изображён один из наиболее дешёвых и популярных однофазных счётчиков «НЕВА 103». Как видно из рисунка, устройство счётчика довольно простое. Основная плата состоит из специализированной микросхемы, её обвески и узла стабилизатора питания на основе балластового конденсатора. На дополнительной плате размещён светодиод, индицирующий потребляемую нагрузку. В данном случае – 3200 импульсов на 1 кВт*ч. Также есть возможность снимать импульсы с зелёного клеммника, расположенного вверху счётчика. Счётный механизм состоит из семи колёсиков с цифрами, редуктора и электромагнита. На нём отображается посчитанная электроэнергия с точностью до десятых кВт*ч. Как видно из рисунка, редуктор имеет передаточное отношение 200:1. По моим замечаниям, это означает «200 импульсов на 1 кВт*ч». То есть, 200 импульсов, поданных на электромагнит, поспособствуют прокрутке последнего красного колёсика на 1 полный оборот. Это соотношение кратно соотношению для светодиодного индикатора, что весьма не случайно. Редуктор с электромагнитом размещён в металлической коробке под двумя экранами с целью защиты от вмешательства внешним магнитным полем.

В данной модели счётчика применяется микросхема ADE7754. Рассмотрим её структуру.

На пины 5 и 6 поступает аналоговый сигнал с токового шунта, который расположен на первой и второй клеммах счётчика (на фотографии в этом месте видно повреждение). На пины 8 и 7 поступает аналоговый сигнал, пропорциональный напряжению в сети. Через пины 16 и 15 есть возможность устанавливать усиление внутреннего операционного усилителя, отвечающий за ток. Оба сигнала с помощью узлов АЦП преобразуются в цифровой вид и, проходя определённую коррекцию и фильтрацию, поступают на умножитель. Умножитель перемножает эти два сигнала, в результате чего, согласно законам физики, на его выходе получается информация о текущей потребляемой мощности. Данный сигнал поступает на специализированный преобразователь, который формирует готовые импульсы на счётное устройство (пины 23 и 24) и на контрольный светодиод и счётный выход (пин 22). Через пины 12, 13 и 14 конфигурируются частотные множители и режимы вышеперечисленных импульсов.

Стандартная схема обвески практически представляет собой схему рассматриваемого счётчика.

Общий минусовой провод соединён с нулём 220В. Фаза поступает на пин 8 через делитель на резисторах, служащий для снижения уровня измеряемого напряжения. Сигнал с шунта поступает на соответствующие входы микросхемы также через резисторы. В данной схеме, предназначенной для теста, конфигурационные пины 12-14 подключены к логической единице. В зависимости от модели счётчика, они могут иметь разную конфигурацию. В данном кратком обзоре эта информация не столь важна. Светодиодный индикатор подключен к соответствующему пину последовательно вместе с оптической развязкой, на другой стороне которой подключается клеммник для снятия счётной информации (К7 и К8).

Из этого же семейства микросхем существуют похожие аналоги для трёхфазных измерений. Вероятнее всего, они встраиваются в дешёвые трёхфазные счётчики. В качестве примера на рисунке ниже представлена структура одной из таких микросхем, а именно ADE7752.

Вместо двух узлов АЦП, здесь применено их 6: по 2 на каждую фазу. Минусовые входы ОУ напряжения объединены вместе и выводятся на пин 13 (ноль). Каждая из трёх фаз подключается к своему плюсовому входу ОУ (пины 14, 15, 16). Сигналы с токовых шунтов по каждой фазе подключаются по аналогии с предыдущим примером. По каждой из трёх фаз с помощью трёх умножителей выделяется сигнал, характеризующий текущую мощность. Эти сигналы, кроме фильтров, проходят через дополнительные узлы, которые активируются через пин 17 и служат для включения операции математического модуля. Затем эти три сигнала суммируются, получая, таким образом, суммарную потребляемую мощность по всем фазам. В зависимости от двоичной конфигурации пина 17, сумматор суммирует либо абсолютные значения трёх сигналов, либо их модули. Это необходимо для тех или иных тонкостей измерения электроэнергии, подробности которых здесь не рассматриваются. Данный сигнал поступает на преобразователь, аналогичный предыдущему примеру с однофазным измерителем. Его интерфейс также практически аналогичен.

Стоит отметить, что вышеописанные микросхемы служат для измерения активной энергии. Более дорогие счётчики способны измерять как активную, так и реактивную энергию. Рассмотрим, например, микросхему ADE7754. Как видно из рисунка ниже, её структура намного сложнее структуры микросхем из предыдущих примеров.

Микросхема измеряет активную и реактивную трёхфазную электроэнергию, имеет SPI интерфейс для подключения микроконтроллера и выход CF (пин 1) для внешней регистрации активной электроэнергии. Вся остальная информация с микросхемы считывается микроконтроллером через интерфейс. Через него же осуществляется конфигурация микросхемы, в частности, установка многочисленных констант, отражённых на структурной схеме. Как следствие, данная микросхема, в отличие от предыдущих двух примеров, не является автономной, и для построения счётчика на базе этой микросхемы требуется микроконтроллер. Можно зрительно в структурной схеме пронаблюдать узлы, отвечающие по отдельности за измерение активной и реактивной энергии. Здесь всё гораздо сложнее, чем в предыдущих двух примерах.

В качестве примера рассмотрим ещё один интересный прибор: трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32». Как видно из фотографии ниже, данный счётчик ещё не эксплуатировался. Он мне достался в неопломбированном виде с небольшими механическими повреждениями снаружи. При всём при этом он находился полностью в рабочем состоянии.

Как можно заметить, глядя на основную плату, прибор состоит из трёх одинаковых узлов (справа), цепей питания и микроконтроллера. С нижней стороны основной платы расположены три одинаковых модуля на отдельных платах по одному на каждый узел. Данные модули представляют собой микросхемы AD71056 с минимальной необходимой обвеской. Эта микросхема является однофазным измерителем электроэнергии.

Модули запаяны вертикально на основную плату. Витыми проводами к данным модулям подключаются токовые шунты.

За пару часов удалось срисовать электрическую схему прибора. Рассмотрим её более детально.

Справа на общей схеме изображена схема однофазного модуля, о котором говорилось выше. Микросхема D1 этого модуля AD71056 по назначению похожа на микросхему ADE7755, которая рассматривалась ранее. На четвёртый контакт модуля поступает питание 5В, на третий – сигнал напряжения. Со второго контакта снимается информация в виде импульсов о потребляемой мощности через выход CF микросхемы D1. Сигнал с токовых шунтов поступает через контакты X1 и X2. Конфигурационные входы микросхемы SCF, S1 и S0 в данном случае расположены на пинах 8-10 и сконфигурированы в «0,1,1».

Каждый из трёх таких модулей обслуживает соответственно каждую фазу. Сигнал для измерения напряжения поступает на модуль через цепочку из четырёх резисторов и берётся с нулевой клеммы («N»). При этом стоит обратить внимание, что общим проводом для каждого модуля является соответствующая ему фаза. А вот, общий провод всей схемы соединён с нулевой клеммой. Данное хитрое решение по обеспечению питанием каждого узла схемы расписано ниже.

Каждая из трёх фаз поступает на стабилитроны VD4, VD5 и VD6 соответственно, затем на балластовые RC цепи R1C1, R2C2 и R3C3, затем – на стабилитроны VD1, VD2 и VD3, которые соединены своими анодами с нулём. С первых трёх стабилитронов снимается напряжение питания для каждого модуля U3, U2 и U1 соответственно, выпрямляется диодами VD10, VD11 и VD12. Микросхемы-регуляторы D1-D3 служат для получения напряжения питания 5В. Со стабилитронов VD1-VD3 снимается напряжение питания общей схемы, выпрямляется диодами VD7-VD9, собирается в одну точку и поступает на регулятор D4, откуда снимается 5В.

Общую схему составляет микроконтроллер (МК) D5 PIC16F720. Очевидно, он служит для сбора и обработки информации о текущей потребляемой мощности, поступающей с каждого модуля в виде импульсов. Эти сигналы поступают с модулей U3, U2 и U1 на пины МК RA2, RA4 и RA5 через оптические развязки V1, V2 и V3 соответственно. В результате на пинах RC1 и RC2 МК формирует импульсы для механического счётного устройства M1. Оно аналогично устройству, рассматриваемому ранее, и также имеет соотношение 200:1. Сопротивление катушки высокое и составляет порядка 500 Ом, что позволяет подключать её непосредственно к МК без дополнительных транзисторных цепей. На пине RC0 МК формирует импульсы для светодиодного индикатора HL2 и для внешнего импульсного выхода на разъёме XT1. Последний реализуется через оптическую развязку V4 и транзистор VT1. В данной модели счётчика соотношение составляет 400 импульсов на 1 кВт*ч. На практике при испытании данного счётчика (после небольшого ремонта) было замечено, что электромагнитная катушка счётного механизма срабатывает синхронно со вспышкой светодиода HL2, но через раз (в два раза реже). Это подтверждает соответствие соотношений 400:1 для индикатора и 200:1 для счётного механизма, о чём говорилось ранее.

Слева на плате расположено место для 10-пинового разъёма XS1, который служит для перепрошивки, а также, для UART интерфейса МК.

Таким образом, трёхфазный счётчик «Энергомера ЦЭ6803В Р32» состоит из трёх однофазных измерительных микросхем и микроконтроллера, обрабатывающий информацию с них.

В заключение стоит отметить, что существует ряд моделей счётчиков куда более сложней по своей функциональности. К примеру, счётчики с удалённым контролем показаний по электролинии, или даже через модуль мобильной связи. В данной статье я рассмотрел только простейшие модели и основные принципы построения их электрических схем. Заранее приношу извинения за возможно неправильную терминологию в тексте, ибо я старался излагать простым языком.

Устройство и принцип работы электрического счетчика

Содержание

• 1 Устройство и принцип работы электрического счетчика
• 2 Устройство индукционного счетчика
• 3 Устройство электронного счетчика электричества

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.

Устройство и принцип работы электрического счетчика

Цель электросчетчика – осуществлять учет расходованной электроэнергии в квартире, доме, на даче, в гараже и т. д. Электрические счетчики бывают двух видов:

• 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).

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.

2022 Лучшие мониторы энергии для дома — цены и отзывы

org/BreadcrumbList»>

1. ЭнергияШалфей

2. Умный дом и энергетические продукты

3. Мониторы домашней энергии

Исследуйте другие энергетические продукты

Домашние энергомониторы Руководство покупателя

Что такое энергомонитор?

Энергомониторы — это ворота во внутреннюю энергетическую систему вашего дома. Они подключаются к вашему счетчику электроэнергии, чтобы показать, сколько энергии потребляет ваш дом, и предоставить информацию о том, как вы можете сделать свой дом более энергоэффективным. Мониторы энергопотребления имеют множество функций, от распознавания энергопотребления отдельных приборов до создания персональных рекомендаций по энергоэффективности.

Каковы преимущества энергомонитора?

Если вы когда-нибудь внимательно изучали свой счет за электроэнергию, то знаете, что в нем довольно мало информации. В счете будет указано: 1) сколько электроэнергии вы использовали и 2) сколько с вас взимается плата. К сожалению, это об этом.

Предположим, вы хотите сократить потребление энергии, чтобы сэкономить деньги или уменьшить выбросы углекислого газа. Для этого вам нужно либо попытаться сократить ненужное потребление в целом, либо просто угадать, какие устройства являются активными пользователями. Мониторы энергии существуют, чтобы устранить эту игру в угадайку. Они подключаются к вашему автоматическому выключателю и позволяют вам отслеживать потребление энергии с гораздо большей точностью, позволяя вам вместо этого убрать топор и сократить потребление энергии с помощью скальпеля.

Какие функции контроля энергопотребления важно учитывать?

Не все мониторы энергопотребления одинаковы. Когда вы смотрите на варианты вашего энергомонитора, необходимо учитывать несколько факторов.

Бытовые мониторы и мониторы отдельных приборов

Важно проводить различие между бытовыми мониторами энергопотребления и мониторами энергопотребления для отдельных бытовых приборов. Некоторые мониторы энергопотребления используются для одновременного мониторинга одного устройства и дают вам более подробный обзор этого конкретного устройства. Бытовые мониторы подключаются к вашему счетчику энергии и дают вам полную картину использования энергии. Эта страница посвящена мониторам с большим изображением.

Распознавание бытовой техники

Ваши бытовые приборы имеют уникальные способы использования электроэнергии. Некоторые мониторы энергопотребления имеют функцию распознавания устройств, которые подключаются к вашим автоматическим выключателям, определяют, как устройства в вашем доме используют электричество, быстро оценивают тип обнаруженного устройства и сообщают о действиях этого конкретного устройства.

Эта функция есть не у всех мониторов, и даже у тех, у кого она есть, технология не всегда работает идеально. Обычно монитор легко обнаруживает различия между телевизором и холодильником, но устройства, которые используют электричество аналогичным образом (например, нагревательные устройства, такие как тостер и плойка), могут быть более сложными.

Отслеживание затрат в режиме реального времени

Некоторые, но не все, домашние устройства для контроля энергопотребления позволяют отслеживать затраты на потребление энергии в режиме реального времени. Отслеживание затрат в режиме реального времени позволит вам наблюдать за увеличением или уменьшением потребления электроэнергии и затрат. Вы также сможете увидеть и понять последствия включения и выключения устройств. Если для вас важна экономия средств, обратите особое внимание на устройства с этой функцией.

Мобильные приложения и уведомления

Многие мониторы энергопотребления подключаются к мобильному приложению, которое может отправлять уведомления о ваших приборах, советы по дальнейшей экономии и предупреждения о ненормальном использовании приборов. Если вы хотите получать уведомления о конкретной проблеме с использованием электроэнергии, обязательно подтвердите, что выбранное вами устройство поддерживает эту функцию.

Варианты мониторов, готовых к использованию солнечной энергии

Для домов с уже установленными солнечными батареями или домовладельцев, рассматривающих солнечную энергию, устройства, готовые к использованию солнечной энергии, позволяют контролировать выработку солнечной электроэнергии. Мониторы энергии с этой опцией позволяют вам видеть, сколько энергии вырабатывают ваши солнечные панели, когда и как она используется.

Установка

Если вы не очень хорошо знакомы со своим автоматическим выключателем, мы рекомендуем проконсультироваться с электриком по поводу установки. Многие домашние энергомониторы позиционируют себя как самодельные, но любой проект, связанный с подключением устройства к автоматическому выключателю, сопряжен с опасностью поражения электрическим током.

Это правда, что привлечение электрика к вам домой для установки увеличит общую стоимость оборудования, но после установки устройства позволяют значительно сэкономить. Если вы примените знания, которые может предоставить монитор энергопотребления, вы сможете быстро компенсировать первоначальные затраты и стоимость установки.

Neurio и Sense: как выглядят топовые мониторы?

Два ведущих монитора бытовой энергии, Neurio и Sense , имеют несколько отличительных характеристик, которые следует учитывать при сравнении двух продуктов. Хотя основы одинаковы, оба устанавливаются в автоматический выключатель путем подключения трансформаторов к линиям электропередач и позволяют отслеживать потребление и выработку электроэнергии в режиме реального времени, но есть несколько существенных отличий.

Возможно, самым большим отличием Sense является его стандартная функция, позволяющая распознавать устройства. Чем дольше и больше вы используете Sense, тем лучше он будет распознавать сигнатуры бытовой техники в вашем доме. Neurio позволяет вам обновить эту функцию, но она может быть не такой продвинутой, как версия Sense.

Новая уникальная функция Neurio позволяет вам контролировать и контролировать распределенные системы хранения, потенциально повышая окупаемость инвестиций в системы хранения. Neurio утверждает, что более эффективное использование системы солнечная батарея + батарея может сократить срок окупаемости на 30%.

Домашние энергомониторы EnergySage Отзывы

• Обзор: Домашняя энергия
  по смыслу
  

  Sense Home Energy автоматически идентифицирует устройства в вашем доме с течением времени и позволит вам дать им имя. Используя мобильное приложение, вы можете получать мгновенные уведомления и обновления для каждого устройства в вашем доме, видеть, какие устройства могли быть оставлены включенными или работающими, и отслеживать статистику энергопотребления по месяцам.

  Варианты покупки:

  Амазонка

• Обзор: Смаппи
  от Смаппи
  

  Smapee предлагает монитор энергопотребления, который идентифицирует уникальный электрический сигнал ваших приборов и позволит вам присвоить им имена для будущего мониторинга. Благодаря данным в режиме реального времени, распознаванию устройств и интеграции мобильных приложений понимание энергопотребления и экономии энергии в вашем доме с помощью системы Smappee становится простым и может сэкономить вам деньги на счетах за электроэнергию.

  Варианты покупки:

  Амазонка

• Обзор: Система мониторинга домашней энергии
  по CURB
  

  В качестве набора инструментов для мониторинга и контроля вашего энергопотребления в режиме реального времени отлично подойдет домашняя система мониторинга энергопотребления CURB. Еженедельные отчеты по электронной почте отображают изменения в потреблении и содержат персонализированные предложения по снижению затрат на электроэнергию. Кроме того, система совместима с другими устройствами умного дома и готова к работе от солнечной энергии, если вы хотите также контролировать свою домашнюю солнечную систему.

  Варианты покупки:

  Амазонка

• Обзор: участие
  от Эферги
  

  Платформа Engage готова к работе с солнечными батареями и позволяет осуществлять мониторинг энергопотребления в режиме реального времени в приложении и на рабочем столе. Приложение включает в себя функцию бюджета, поэтому вы можете устанавливать цели и отслеживать использование в соответствии с этими целями. Доступны ежедневные, еженедельные или ежемесячные отчеты.

  Варианты покупки:

  Амазонка

• Обзор: Разумная энергия
  от Шнайдер Электрик
  

  Система Wiser Energy устанавливается на электрический щит вашего дома и обеспечивает потребление энергии в режиме реального времени, уведомления о включении или выключении устройств и может помочь вам избежать катастрофы. Приложение позволит вам отслеживать экономию энергии, ставить энергетические цели и давать рекомендации по сокращению отходов и экономии денег.

  Варианты покупки:

  Хоум Депо
  |

  Лоу

Энергетический мониторинг | Аллен-Брэдли

Мониторинг энергии

• PowerMonitor 5000

902:30

PowerMonitor 1000

• PowerMonitor 500

• Трансформаторы тока

• Монитор напряжения i-Sense

Наши продукты для мониторинга энергии информируют вас о том, сколько энергии вы потребляете, каковы ваши основные нагрузки, когда вы потребляете электроэнергию больше всего, сколько вы платите за нее и качество потребляемой вами энергии. Используйте эти аппаратные и программные продукты для мониторинга энергопотребления, чтобы повысить производительность и срок службы вашего оборудования, снизить энергопотребление и связанные с ним затраты, а также увеличить прибыль вашей компании.

1426 PowerMonitor 5000

Наш бюллетень 1426 PowerMonitor™ 5000 — это новое поколение высококачественных приборов для измерения качества электроэнергии. PowerMonitor 5000, основанный на основных возможностях измерения мощности и энергии, выводит мониторинг энергопотребления на новый уровень.

информация о продукте

1408 PowerMonitor 1000

Наш бюллетень 1408 PowerMonitor™ 1000 — это компактный монитор мощности для профилирования нагрузки, распределения затрат или контроля энергопотребления. Наш монитор интегрируется с вашими существующими системами мониторинга энергопотребления, чтобы обеспечить дополнительный учет. Наши ПЛК (семейство PLC-5®, SLC®, ControlLogix®) легко взаимодействуют с PowerMonitor™ 1000 для использования данных об энергии в системах управления.

информация о продукте

1420 PowerMonitor 500

Наш бюллетень 1420 PowerMonitor™ 500 оснащен встроенным ЖК-дисплеем в компактном корпусе, что позволяет мгновенно отслеживать потребление энергии. Наш монитор, представляющий собой экономичный вариант субсчета, предоставляет важные данные, помогающие вам принимать решения в процессе, снижать энергопотребление и увеличивать прибыль вашей компании.

информация о продукте

1411 Трансформаторы тока

Наш бюллетень 1411 Трансформаторы тока (ТТ) представляют собой низковольтные трансформаторы для различных устройств и приложений измерения мощности, включая защитные реле, аналоговые устройства, преобразователи и продукты PowerMonitor™.

информация о продукте

1608 Мониторы напряжения i-Sense

Наши мониторы напряжения Bulletin 1608 i-Sense® передают входящие данные о событиях качества электроэнергии на серверы i-Grid® через Ethernet или модемное соединение.