Jenis pengukur energi dan cara kerjanya
Meteran energi atau meteran watt-jam adalah instrumen listrik yang mengukur energi listrik yang digunakan oleh konsumen. Perusahaan utilitas adalah salah satu sektor listrik yang memasang meteran ini di berbagai tempat seperti rumah, industri, organisasi, bangunan komersial, dll. untuk menagih penggunaan listrik pada beban seperti lampu, kipas angin, lemari es, dan peralatan rumah tangga lainnya.
Satuan dasar daya adalah watt, diukur dengan wattmeter. Satu kilowatt sama dengan seribu watt. Jika satu kilowatt digunakan dalam satu jam, maka satu unit energi dikonsumsi. Oleh karena itu, pengukur energi mengukur tegangan dan arus cepat, menghitung produknya, dan memberikan daya sesaat. Daya ini diintegrasikan selama interval waktu tertentu untuk menghasilkan energi yang digunakan selama periode waktu tersebut.
Jenis pengukur energi
Pengukur energi dibagi menjadi dua kategori dasar seperti:
Meteran induksi elektromekanis
Pengukur energi elektronik
Dengan memperhatikan faktor-faktor berikut, meteran energi listrik dibagi menjadi dua jenis:
Jenis tampilan adalah meteran analog atau digital.
Jenis titik pengukuran: transmisi sekunder, jaringan, distribusi lokal dan primer.
Aplikasi akhir seperti penggunaan komersial, industri dan rumah tangga
Aspek teknologi seperti material satu fasa, tiga fasa, tegangan tinggi (HT), tegangan rendah (LT) dan kelas presisi.
Sambungan suplai dapat berupa satu fasa atau tiga fasa, tergantung pada sumber listrik yang digunakan oleh rumah atau fasilitas komersial. Secara khusus pada artikel kali ini kita akan mempelajari prinsip kerja pengukur energi induktif satu fasa dan prinsip kerja pengukur energi elektronik tiga fasa melalui penjelasan dua pengukur energi dasar berikut ini.
Pengukur energi induktif satu fasa
Ini adalah pengukur energi listrik kuno yang terkenal dan paling umum. Ini terdiri dari piringan aluminium berputar yang ditempatkan pada poros di antara dua elektromagnet. Kecepatan putaran piringan berbanding lurus dengan daya yang diintegrasikan melalui rangkaian roda gigi dan mekanisme penghitungan. Ini terdiri dari dua elektromagnet berlapis baja silikon yang dihubungkan secara paralel dan seri.
Magnet seri mempunyai kumparan dengan beberapa lilitan kawat tebal yang dihubungkan secara seri dengan rangkaian, sedangkan magnet paralel mempunyai kumparan dengan beberapa lilitan kawat tipis yang dihubungkan dengan sumber listrik.
Magnet rem adalah magnet permanen yang memberikan gaya yang melawan putaran cakram normal, menggerakkan cakram ke posisi setimbang dan menghentikan cakram ketika daya dihilangkan.
Magnet yang dihubungkan secara seri menghasilkan fluks magnet yang sebanding dengan arus yang mengalir, dan magnet yang dihubungkan secara paralel menghasilkan fluks magnet yang sebanding dengan tegangan. Karena sifat induktif, kedua fluks ini tertinggal 90 derajat. Perpotongan kedua medan ini menciptakan arus eddy pada piringan menggunakan gaya yang sebanding dengan produk tegangan sesaat, arus, dan sudut fasa di antara keduanya. Magnet rem ditempatkan pada salah satu sisi cakram rem dan menghasilkan torsi pengereman pada cakram rem dengan menggunakan medan magnet konstan yang disediakan oleh magnet permanen. Ketika pengereman dan torsi penggerak seimbang, kecepatan cakram rem menjadi stabil.
Sumbu, atau spindel vertikal, dari cakram aluminium dikaitkan dengan mekanisme roda gigi yang mencatat angka yang sebanding dengan jumlah putaran cakram. Mekanisme roda gigi ini menetapkan serangkaian angka dalam dial dan menunjukkan jumlah energi yang dikonsumsi seiring waktu.
Pengukur energi listrik jenis ini memiliki struktur yang sederhana, namun keakuratannya sedikit buruk karena pengaruh medan luar seperti mulur. Masalah utama dengan jenis pengukur energi ini adalah bahwa mereka rentan terhadap gangguan, sehingga diperlukan sistem pemantauan energi. Meter seri dan split meter ini banyak digunakan dalam aplikasi rumah tangga dan industri.
Dibandingkan dengan pengukur energi induksi elektromekanis, pengukur energi elektronik adalah alat ukur yang akurat, tepat, dan andal. Ketika terhubung ke beban, mereka mengkonsumsi lebih sedikit daya dan segera mulai melakukan pengukuran. Berikut ini penjelasan tentang pengukur energi tiga fasa elektronik dan prinsip kerjanya.
Pengukur energi elektronik tiga fase
Meteran ini mampu melakukan pengukuran arus, tegangan dan daya dalam sistem pasokan tiga fase. Dengan menggunakan meter tiga fasa ini, tegangan dan arus tinggi juga dapat diukur menggunakan sensor yang sesuai. Salah satu jenis pengukur energi tiga fase ditunjukkan di bawah ini (sebagai contoh), yang menjamin pengukuran energi yang andal dan akurat dibandingkan dengan pengukur elektromekanis.
Ia menggunakan IC pengukuran daya fase tunggal AD7755 untuk mengumpulkan dan memproses parameter tegangan dan arus input. Sensor seperti trafo tegangan dan arus digunakan untuk mengurangi peringkat tegangan dan arus saluran listrik ke level sinyal dan memberikannya ke IC seperti yang ditunjukkan pada gambar. Sinyal-sinyal ini diambil sampelnya dan diubah menjadi sinyal digital, yang dikalikan satu sama lain untuk mendapatkan daya sesaat. Output digital ini kemudian diubah menjadi frekuensi untuk menggerakkan penghitung elektromekanis. Frekuensi pulsa keluaran sebanding dengan daya sesaat, dan (dalam interval tertentu) mengirimkan energi sejumlah pulsa tertentu ke beban.
Mikrokontroler menerima masukan dari ketiga IC pengukuran daya untuk pengukuran daya tiga fase dan bertindak sebagai pengontrol sistem dengan melakukan semua operasi yang diperlukan seperti menyimpan dan mengambil data dari EEPROM, mengoperasikan meteran menggunakan tombol untuk melihat konsumsi energi. otak, mengkalibrasi fase dan membersihkan bacaan; dan, itu juga menggerakkan tampilan menggunakan IC decoder.
Sejauh ini, kita telah mempelajari tentang pengukur energi dan cara kerjanya. Untuk memahami konsepnya lebih dalam, berikut uraian tentang energy meter berikut ini memberikan detail rangkaian lengkap dan koneksinya menggunakan mikrokontroler.
Rangkaian pengukur energi menggunakan mikrokontroler:
Gambar di bawah menunjukkan rangkaian meteran listrik yang diimplementasikan menggunakan mikrokontroler Atmel AVR. Sirkuit ini secara terus menerus memonitor dan memperoleh parameter tegangan dan arus dari catu daya satu fasa utama. Mikrokontroler memperoleh nilai parameter ini dari rangkaian pengkondisi sinyal, yang digerakkan oleh IC penguat operasional.
Rangkaian ini memiliki dua trafo arus yang dihubungkan secara seri dengan masing-masing saluran listrik: fasa dan netral. Nilai arus dari transformator ini dikirim ke masing-masing ADC mikrokontroler dan kemudian ADC mengubah nilai-nilai ini menjadi nilai digital dan karenanya mikrokontroler melakukan perhitungan yang diperlukan untuk mengetahui konsumsi energi. Mikrokontroler diprogram dengan mengalikan dan mengintegrasikan nilai tegangan dan arus dari ADC selama periode waktu tertentu dan menggerakkan mekanisme penghitung untuk menampilkan jumlah unit (KW) yang dikonsumsi selama periode waktu tertentu.
Selain pengukuran energi, sistem ini juga memberikan indikasi gangguan bumi jika terjadi gangguan atau arus berlebih yang mungkin terjadi pada konduktor netral atau bumi dan menyalakan indikasi LED dengan tepat untuk mendeteksi gangguan bumi serta konsumsi per unit.
