Types de compteurs d'énergie et comment ils fonctionnent
Un compteur d'énergie ou compteur wattheure est un instrument électrique qui mesure l'énergie électrique utilisée par les consommateurs. Les entreprises de services publics sont l'un des secteurs de l'électricité qui installent ces compteurs dans divers endroits tels que les maisons, les industries, les organisations, les bâtiments commerciaux, etc. pour facturer la consommation électrique de charges telles que les lumières, les ventilateurs, les réfrigérateurs et autres appareils électroménagers.
L'unité de base de la puissance est le watt, mesuré avec un wattmètre. Un kilowatt équivaut à mille watts. Si un kilowatt est utilisé en une heure, une unité d’énergie est consommée. Par conséquent, un compteur d’énergie mesure rapidement la tension et le courant, calcule leur produit et donne la puissance instantanée. Cette puissance est intégrée sur un intervalle de temps pour donner l'énergie utilisée pendant cette période de temps.
Types de compteurs d'énergie
Les compteurs d'énergie sont divisés en deux catégories de base telles que :
Compteur à induction électromécanique
Compteur d'énergie électronique
Compte tenu des facteurs suivants, les compteurs d'énergie électrique sont divisés en deux types :
Le type d’affichage est un compteur analogique ou numérique.
Types de points de comptage : transport secondaire, réseau, distribution locale et primaire.
Applications finales telles que l'usage commercial, industriel et domestique
Aspects technologiques tels que les matériaux monophasés, triphasés, haute tension (HT), basse tension (LT) et de précision.
Le raccordement à l'alimentation peut être monophasé ou triphasé, selon la source d'alimentation utilisée par la maison ou l'installation commerciale. En particulier, dans cet article, nous étudierons le principe de fonctionnement d'un compteur d'énergie inductif monophasé et le principe de fonctionnement d'un compteur d'énergie électronique triphasé à travers les explications suivantes de deux compteurs d'énergie de base.
Compteur d'énergie inductif monophasé
Il s’agit d’un ancien compteur d’énergie électrique bien connu et le plus courant. Il est constitué d'un disque rotatif en aluminium placé sur un axe entre deux électro-aimants. La vitesse de rotation du disque est directement proportionnelle à la puissance, qui est intégrée via le train d'engrenages et le mécanisme de comptage. Il se compose de deux électro-aimants laminés en acier au silicium connectés en parallèle et en série.
Un aimant en série possède une bobine avec plusieurs tours de fil épais connectés en série avec le circuit, tandis qu'un aimant parallèle possède une bobine avec plusieurs tours de fil fin connecté à une source d'alimentation.
Un aimant de frein est un aimant permanent qui exerce une force qui s'oppose à la rotation normale du disque, déplaçant le disque vers une position d'équilibre et arrêtant le disque lorsque l'alimentation est coupée.
Les aimants connectés en série produisent un flux magnétique proportionnel au courant circulant, et les aimants connectés en parallèle produisent un flux magnétique proportionnel à la tension. En raison de leurs propriétés inductives, ces deux flux sont en retard de 90 degrés. L'intersection de ces deux champs crée des courants de Foucault dans le disque en utilisant une force proportionnelle au produit de la tension instantanée, du courant et de l'angle de phase entre eux. Les aimants de frein sont placés sur un côté du disque de frein et génèrent un couple de freinage sur le disque de frein en utilisant un champ magnétique constant fourni par les aimants permanents. Lorsque les couples de freinage et d'entraînement sont égaux, la vitesse du disque de frein devient stable.
L'axe, ou axe vertical, du disque en aluminium est associé à un mécanisme d'engrenage qui enregistre un nombre proportionnel au nombre de tours du disque. Ce mécanisme d'engrenage définit une série de chiffres sur un cadran et indique la quantité d'énergie consommée au fil du temps.
Ce type de compteur d'énergie électrique a une structure simple, mais sa précision est légèrement médiocre en raison de l'influence de champs externes tels que le fluage. L’un des principaux problèmes de ces types de compteurs d’énergie est qu’ils sont susceptibles d’être falsifiés, ce qui nécessite la mise en place d’un système de surveillance de l’énergie. Ces compteurs en série et divisés sont largement utilisés dans les applications domestiques et industrielles.
Comparés aux compteurs d'énergie à induction électromécaniques, les compteurs d'énergie électroniques sont des instruments de mesure précis, précis et fiables. Lorsqu'ils sont connectés à une charge, ils consomment moins d'énergie et commencent immédiatement à mesurer. Ce qui suit décrit le compteur d'énergie électronique triphasé et son principe de fonctionnement.
Compteur d'énergie électronique triphasé
Le compteur est capable d'effectuer des mesures de courant, de tension et de puissance dans les systèmes d'alimentation triphasés. En utilisant ces compteurs triphasés, la haute tension et le courant peuvent également être mesurés à l'aide de capteurs appropriés. L'un des types de compteurs d'énergie triphasés est présenté ci-dessous (à titre d'exemple), ce qui garantit une mesure d'énergie fiable et précise par rapport aux compteurs électromécaniques.
Il utilise le circuit intégré de mesure de puissance monophasé AD7755 pour collecter et traiter les paramètres de tension et de courant d'entrée. Des capteurs tels que des transformateurs de tension et de courant sont utilisés pour réduire les valeurs nominales de tension et de courant des lignes électriques aux niveaux de signal et les fournir au circuit intégré comme indiqué sur la figure. Ces signaux sont échantillonnés et convertis en signaux numériques, qui sont multipliés entre eux pour obtenir la puissance instantanée. Ces sorties numériques sont ensuite converties en fréquences pour piloter des compteurs électromécaniques. La fréquence des impulsions de sortie est proportionnelle à la puissance instantanée et (dans un intervalle donné) elle fournit l'énergie d'un nombre spécifique d'impulsions à la charge.
Le microcontrôleur accepte les entrées des trois circuits intégrés de mesure de puissance pour la mesure de puissance triphasée et agit en tant que contrôleur du système en effectuant toutes les opérations nécessaires telles que le stockage et la récupération des données de l'EEPROM, le fonctionnement du compteur à l'aide de boutons pour afficher la consommation d'énergie. cerveau, calibre la phase et efface les lectures ; et il pilote également l'affichage à l'aide d'un circuit intégré de décodeur.
Jusqu'à présent, nous avons découvert les compteurs d'énergie et leur fonctionnement. Pour comprendre le concept plus en profondeur, la description suivante du compteur d'énergie fournit des détails complets sur le circuit et sa connexion à l'aide d'un microcontrôleur.
Circuit de compteur d'énergie utilisant un microcontrôleur :
La figure ci-dessous montre le circuit du compteur d'électricité implémenté à l'aide du microcontrôleur Atmel AVR. Ce circuit surveille et obtient en permanence les paramètres de tension et de courant de l’alimentation secteur monophasée. Le microcontrôleur obtient ces valeurs de paramètres à partir du circuit de conditionnement de signal, qui est piloté par un amplificateur opérationnel IC.
Ce circuit comporte deux transformateurs de courant connectés en série avec chaque ligne électrique : phase et neutre. Les valeurs actuelles de ces transformateurs sont envoyées à l'ADC respectif du microcontrôleur, puis l'ADC convertit ces valeurs en valeurs numériques et le microcontrôleur effectue donc les calculs nécessaires pour trouver la consommation d'énergie. Le microcontrôleur est programmé en multipliant et en intégrant les valeurs de tension et de courant de l'ADC sur une période de temps spécifiée et en pilotant le mécanisme de compteur en conséquence pour afficher le nombre d'unités (KW) consommées sur une période de temps.
En plus de la mesure de l'énergie, le système fournit également une indication de défaut à la terre en cas de défaut ou de surintensité pouvant survenir dans le conducteur neutre ou de terre et allume l'indication LED de manière appropriée pour la détection de défaut à la terre ainsi que la consommation par unité.
