ข่าว
บ้าน / ข่าว / ข่าวอุตสาหกรรม / เครื่องวัดพลังงานทำงานอย่างไร: รายละเอียดทางเทคนิคของหลักการและฟังก์ชัน

เครื่องวัดพลังงานทำงานอย่างไร: รายละเอียดทางเทคนิคของหลักการและฟังก์ชัน

เครื่องวัดพลังงานวัดอะไรได้จริง

เครื่องวัดพลังงาน เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดที่ติดตั้ง ณ จุดที่ไฟฟ้าเข้าสู่อาคาร สายการผลิต หรือแต่ละวงจร งานของมันตรงไปตรงมาบนพื้นผิว แต่ในทางเทคนิคแล้วเลเยอร์อยู่ใต้ โดยจะสุ่มตัวอย่างแรงดันและกระแสอย่างต่อเนื่อง คูณค่าเหล่านี้เมื่อเวลาผ่านไป และรวมผลลัพธ์เข้ากับหน่วยการใช้พลังงานที่ใช้งานได้ ซึ่งโดยทั่วไปแสดงเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง

มิเตอร์ที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะแตกต่างจากเซนเซอร์วัดกระแสแบบธรรมดาตรงที่คำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเนื่องจากโหลดต่างๆ เช่น มอเตอร์ หม้อแปลง และอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะดึงกระแสไฟฟ้าที่ไม่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ ซึ่งส่งผลต่อปริมาณงานจริงที่กำลังทำอยู่เทียบกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่หมุนเวียนเพียงอย่างเดียวโดยไม่สร้างเอาต์พุตที่เป็นประโยชน์

ในทางปฏิบัติ เมื่อมีคนถามว่าเครื่องวัดพลังงานทำงานอย่างไร คำตอบที่ตรงไปตรงมาเกี่ยวข้องกับงาน 3 งานที่แยกจากกันแต่เชื่อมโยงกัน ได้แก่ การตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าอย่างแม่นยำ การประมวลผลสัญญาณนั้นให้เป็นค่าพลังงานที่มีความหมาย และการนำเสนอหรือส่งค่านั้นในรูปแบบที่ระบบการเรียกเก็บเงิน ผู้จัดการสิ่งอำนวยความสะดวก หรือแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติสามารถใช้ได้

เครื่องวัดพลังงานทำงานอย่างไร: หลักการทำงานหลัก

ที่เป็นหัวใจของทุกๆ เครื่องวัดพลังงานไฟฟ้า อยู่ในกระบวนการสุ่มตัวอย่างและการคำนวณ มิเตอร์สมัยใหม่อาศัยการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลมากกว่าวิธีจานหมุนที่ใช้ในการออกแบบกลไกแบบเก่า ลำดับทั่วไปมีลักษณะดังนี้:

  1. แรงดันไฟฟ้าวัดผ่านตัวแบ่งความต้านทานหรือหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า เพื่อลดขนาดสัญญาณหลักลงจนถึงระดับที่ชิปสามารถประมวลผลได้อย่างปลอดภัย
  2. กระแสไฟฟ้าวัดผ่านตัวต้านทานแบบแบ่งกระแส หม้อแปลงกระแส หรือคอยล์ Rogowski ขึ้นอยู่กับช่วงกระแสไฟและข้อกำหนดการแยก
  3. สัญญาณทั้งสองถูกสุ่มตัวอย่างด้วยความเร็วสูง ซึ่งมักจะหลายพันครั้งต่อวินาที ดังนั้นรูปร่างของรูปคลื่นจึงถูกจับได้แทนที่จะเป็นเพียงค่าพีคหรือค่าเฉลี่ยเพียงค่าเดียว
  4. ชิปสูบจ่ายเฉพาะจะคูณแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทันทีเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดพลังงานทันที
  5. ค่ากำลังไฟฟ้าขณะนั้นจะถูกรวมเข้าด้วยกันในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งเป็นวิธีที่มิเตอร์มาถึงพลังงานสะสม แทนที่จะเป็นเพียงการอ่านค่าในทันที

กระบวนการนี้ทำงานอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นสาเหตุที่มิเตอร์สามารถแสดงทั้งตัวเลขพลังงานแบบเรียลไทม์และพลังงานทั้งหมดที่ทำงานอยู่โดยไม่ต้องรีเซ็ตด้วยตนเอง ความแม่นยำของสายโซ่ทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการสอบเทียบส่วนประกอบการตรวจจับได้ดีเพียงใด และแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงภายในชิปวัดแสงจะคงอยู่เพียงใดภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

หมายเหตุภาคสนาม: มิเตอร์ที่สุ่มตัวอย่างช้าเกินไปจะคำนวณพลังงานผิดสำหรับโหลดที่มีรูปคลื่นกระแสบิดเบี้ยว เช่น ไดรฟ์ความถี่แปรผันหรือแผงไฟ LED เนื่องจากพลาดองค์ประกอบความถี่ที่สูงกว่าของรูปคลื่น

ส่วนประกอบสำคัญภายในเครื่องวัดพลังงานไฟฟ้า

A เครื่องวัดพลังงานไฟฟ้า สร้างขึ้นจากบล็อกการทำงานชุดเล็กๆ ซึ่งแต่ละบล็อกมีหน้าที่รับผิดชอบในขั้นตอนเดียวของห่วงโซ่การวัด การทำความเข้าใจบล็อกเหล่านี้ช่วยอธิบายได้ว่าเหตุใดมิเตอร์สองเมตรที่มีข้อกำหนดคล้ายกันจึงยังสามารถทำงานแตกต่างออกไปภายใต้สภาวะโหลดจริง

  • วงจรตรวจจับแรงดันไฟฟ้า - ปรับขนาดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอย่างปลอดภัยสำหรับการวัด
  • องค์ประกอบการตรวจจับปัจจุบัน - แปลงการไหลของกระแสให้เป็นสัญญาณสัดส่วนที่สามารถวัดได้
  • อalog front end - กรองสัญญาณรบกวนและเงื่อนไขก่อนการแปลง
  • ไอซีวัดแสง - ดำเนินการสุ่มตัวอย่าง การคูณ และการสะสมพลังงาน
  • ไมโครคอนโทรลเลอร์ - จัดการการคำนวณ การเตือน ตรรกะภาษี และการจัดเก็บข้อมูล
  • ส่วนต่อประสานการแสดงผลหรือการสื่อสาร - แสดงการอ่านค่าในเครื่องหรือส่งไปยังระบบตรวจสอบ
internal structure of an electric energy meter

แผนภาพด้านบนแสดงเค้าโครงทั่วไป โดยที่องค์ประกอบการตรวจจับจะอยู่ใกล้กับสายจ่ายที่เข้ามามากที่สุด ตามด้วยการปรับสภาพสัญญาณ จากนั้นจึงประมวลผลและเอาต์พุตดิจิทัล การแยกวงจรการตรวจจับออกจากวงจรสวิตชิ่งดิจิทัลจะช่วยลดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเสถียรในการวัดที่ระดับโหลดต่ำ

การไหลของสัญญาณจากเซ็นเซอร์ถึงการอ่าน

ขั้นตอนต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าสัญญาณไฟฟ้าดิบกลายเป็นค่าพลังงานที่เก็บไว้ทีละขั้นตอนได้อย่างไร

แรงดันไฟฟ้าและ การตรวจจับปัจจุบัน สัญญาณ เครื่องปรับอากาศ ไอซีวัดแสง การคำนวณ แสดงหรือ การสื่อสาร เส้นทางสัญญาณการวัดพลังงาน

แต่ละบล็อกในสายโซ่นี้จะแนะนำค่าความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย และผลสะสมของค่าความคลาดเคลื่อนเหล่านี้คือสิ่งที่กำหนดระดับความแม่นยำโดยรวมของมิเตอร์ ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไปด้านล่าง

เปรียบเทียบประเภทของเครื่องวัดพลังงาน

ไม่ใช่ทุกเมตรจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน ตารางด้านล่างเปรียบเทียบหมวดหมู่ที่ใช้กันทั่วไปสามประเภทโดยพิจารณาจากลักษณะการรับรู้และประมวลผลสัญญาณไฟฟ้า

ประเภทมิเตอร์ วิธีการตรวจจับ ระดับความแม่นยำทั่วไป การใช้งานทั่วไป
เครื่องกลไฟฟ้า จานหมุน หลักการเหนี่ยวนำ ชั้น 2 การติดตั้งที่อยู่อาศัยแบบเดิม
อิเล็กทรอนิกส์เฟสเดียว Shunt หรือ CT พร้อม IC วัดแสง ชั้น 1 อพาร์ทเมนต์สำนักงานขนาดเล็ก
สมาร์ทสามเฟส CT หรือ Rogowski คอยล์ การสุ่มตัวอย่างแบบดิจิทัล คลาส 0.5S ไซต์อุตสาหกรรมและการพาณิชย์

การเปลี่ยนจากการออกแบบระบบเครื่องกลไฟฟ้าเป็นแบบอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้เป็นเพียงเรื่องของความแม่นยำเท่านั้น มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์สามารถบันทึกข้อมูลที่ประทับเวลา ตรวจจับเหตุการณ์การงัดแงะ และสื่อสารผ่านเครือข่าย ซึ่งจานหมุนไม่สามารถทำได้ด้วยตัวเอง

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่ต้องดู

เมื่อประเมินมิเตอร์สำหรับการใช้งานเฉพาะ ข้อมูลจำเพาะจำนวนหนึ่งมีความสำคัญมากกว่าส่วนที่เหลือ

  • พิกัดแรงดันและช่วงกระแส - ต้องตรงกับแหล่งจ่ายไฟและโหลดที่คาดหวังโดยไม่มีสภาวะโอเวอร์โหลดบ่อยครั้ง
  • ระดับความแม่นยำ - กำหนดเปอร์เซ็นต์ข้อผิดพลาดสูงสุดที่อนุญาตภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน
  • เริ่มปัจจุบัน - กระแสขั้นต่ำที่มิเตอร์เริ่มบันทึกปริมาณการใช้ได้อย่างน่าเชื่อถือ
  • อัตราการสุ่มตัวอย่าง - ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของมิเตอร์ในการจับโหลดที่บิดเบี้ยวหรือไม่เป็นเชิงเส้น
  • การสื่อสาร protocol support - กำหนดความเข้ากันได้กับซอฟต์แวร์ตรวจสอบและระบบอัตโนมัติของอาคาร
  • ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน - ส่งผลต่อความมั่นคงในระยะยาวในตู้กลางแจ้งหรือตู้อุตสาหกรรม

มิเตอร์ที่เลือกโดยไม่คำนึงถึงประเภทโหลดเป็นสาเหตุของข้อโต้แย้งในการเรียกเก็บเงินทั่วไป ตัวอย่างเช่น สิ่งอำนวยความสะดวกที่มีส่วนแบ่งขนาดใหญ่ของไดรฟ์ความถี่แปรผันควรจัดลำดับความสำคัญของอัตราการสุ่มตัวอย่างและการจัดการฮาร์โมนิกมากกว่าคุณสมบัติการแสดงผลดิบ

ภาพรวมการวัดพลังงานอัจฉริยะ

การวัดแสงอัจฉริยะขยายหลักการทำงานพื้นฐานที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้โดยการเพิ่มการบันทึกข้อมูล การสื่อสารระยะไกล และมักจะทำโปรไฟล์โหลด แทนที่จะสะสมพลังงานทั้งหมดเพียงพลังงานเดียว มิเตอร์อัจฉริยะมักจะจัดเก็บข้อมูลช่วงเวลา ซึ่งหมายความว่าจะบันทึกการใช้พลังงานในช่วงเวลาที่กำหนด เช่น ทุกๆ 15 นาที

ข้อมูลช่วงเวลานี้รองรับฟังก์ชันเชิงปฏิบัติหลายประการ:

ฟังก์ชั่น ผลประโยชน์
การติดตามเวลาการใช้งาน อนุญาตโครงสร้างภาษีตามช่วงที่มีการใช้งานสูงสุดและนอกช่วงการใช้งานสูงสุด
การอ่านระยะไกล ขจัดความจำเป็นในการเข้าชมไซต์ด้วยตนเอง
โหลดโปรไฟล์ ระบุรูปแบบการบริโภคเพื่อการวางแผนประสิทธิภาพ
การบันทึกเหตุการณ์ แจ้งการหยุดทำงาน การพยายามงัดแงะ และความผิดปกติของแรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปการสื่อสารจะเกิดขึ้นผ่านโปรโตคอลอนุกรมแบบมีสายในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมหรือโปรโตคอลไร้สายในการใช้งานในที่พักอาศัยแบบกระจาย ทางเลือกระหว่างสิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับระยะทางในการติดตั้ง ปริมาณข้อมูล และโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่มีอยู่ในไซต์งาน

แหล่งที่มาทั่วไปของข้อผิดพลาดในการวัด

แม้แต่มิเตอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีก็สามารถเบี่ยงเบนไปจากความแม่นยำที่กำหนดได้ หากละเลยเงื่อนไขบางประการระหว่างการติดตั้งหรือการใช้งาน

  • การเชื่อมต่อหม้อแปลงกระแสหลวมซึ่งแนะนำความต้านทานและการเปลี่ยนเฟส
  • อุณหภูมิในการทำงานนอกช่วงที่ระบุ ส่งผลต่อแรงดันอ้างอิงภายใน
  • โหลดที่มีฮาร์มอนิกสูงซึ่งเกินแบนด์วิธการสุ่มตัวอย่างของมิเตอร์
  • การเลือกอัตราส่วนหม้อแปลงกระแสไม่ถูกต้องสัมพันธ์กับกระแสโหลดจริง
  • การเดินสายไฟแบบไม่มีฉนวนหุ้มยาวระหว่างองค์ประกอบการตรวจจับและตัวมิเตอร์ ซึ่งสามารถรับสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าได้

การตรวจสอบเป็นประจำกับมาตรฐานอ้างอิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานการเรียกเก็บเงินทางอุตสาหกรรม ช่วยให้ตรวจจับความคลาดเคลื่อนได้ก่อนที่จะกลายเป็นความขัดแย้งทางการเงินระหว่างฝ่ายต่างๆ ที่ใช้จุดสูบจ่ายร่วมกัน

ในกรณีที่ใช้เครื่องวัดพลังงาน

นอกเหนือจากการเรียกเก็บเงินค่าสาธารณูปโภคแล้ว มิเตอร์วัดพลังงานยังมีบทบาทในการวัดปริมาณย่อยภายในอาคารที่มีผู้เช่าหลายราย ตรวจสอบสายการผลิตแต่ละสายในการผลิต ติดตามผลผลิตพลังงานหมุนเวียน และสนับสนุนการตรวจสอบพลังงานที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดต้นทุนการดำเนินงาน ในแต่ละกรณี หลักการทำงานพื้นฐานจะยังคงเหมือนเดิม แต่ข้อกำหนดโดยรอบ เช่น ความละเอียดข้อมูลหรือโปรโตคอลการสื่อสาร จะเปลี่ยนไปตามแอปพลิเคชัน

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: เครื่องวัดพลังงานมีความหมายง่ายๆ อย่างไร

หมายถึงอุปกรณ์ที่ใช้วัดปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรในช่วงเวลาหนึ่ง โดยแสดงเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง

คำถามที่ 2: เครื่องวัดพลังงานทำงานอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าพื้นฐาน

เซ็นเซอร์ปัจจุบันจะรายงานกระแสในช่วงเวลาที่กำหนดเท่านั้น ในขณะที่มิเตอร์จะคูณแรงดันและกระแสเข้าด้วยกันเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อคำนวณพลังงานที่ใช้จริง

คำถามที่ 3: เพราะเหตุใดบางครั้งการอ่านค่าพลังงานจึงแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่าง 2 เมตรบนเส้นเดียวกัน

ความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ มักมาจากระดับความคลาดเคลื่อนของความแม่นยำ การสอบเทียบเซ็นเซอร์ หรือสภาพการเดินสาย มากกว่าข้อผิดพลาดในอุปกรณ์ทั้งสอง

คำถามที่ 4: เครื่องวัดพลังงานทั้งหมดรองรับการสื่อสารระยะไกลหรือไม่

ไม่ มิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานอาจมีเฉพาะจอแสดงผลในเครื่องเท่านั้น ในขณะที่รุ่นการวัดอัจฉริยะเพิ่มการสื่อสารแบบมีสายหรือไร้สายสำหรับการรวบรวมข้อมูลระยะไกล

คำถามที่ 5: ควรตรวจสอบความถูกต้องของมิเตอร์บ่อยแค่ไหน?

สำหรับการเรียกเก็บเงินที่สำคัญหรือการใช้งานทางอุตสาหกรรม แนะนำให้มีการตรวจสอบความถูกต้องเป็นระยะกับข้อมูลอ้างอิงที่ปรับเทียบแล้ว โดยมีความถี่ขึ้นอยู่กับข้อบังคับท้องถิ่นและสภาพของสถานที่

Acrel Co., Ltd.