Принципиальная схема электронного счетчика электроэнергии. Как меряет энергию электрический счетчик.
Счетчик электроэнергии Энергомера, внешний вид
В этой статье я расскажу и покажу на фото, как устроен электрический счетчик. Для примера разберём (вскроем) счетчик Энергомера ЦЭ 6807 П производства Ставропольского концерна «Энергомера». Как выглядит счетчик — на фото слева.
Счетчик Энергомера ЦЭ6807П — один из самых простых по конструкции, тем легче будет рассмотреть его устройство.
Кстати, по электрическим счетчикам на блоге СамЭлектрик.ру опубликовано несколько статей:
— ,
— ,
— ,
— .
А если Вам вообще интересно , подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК !
Как меряет энергию электрический счетчик
Как всегда, сначала — немного теории, так сказать вступительное слово.
Прежде всего — счетчик отличается от всех остальных домашних электрических устройств тем, что он включен ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО со всеми приборами. То есть, схема электросчетчика устроена так, что через него проходит весь ток, который он учитывает. Ну а если ток проходит не весь, то это очень не нравится контролирующим органам энергонадзора.
Как это бывает — в статье Кража электроэнергии, или и обсуждении к ней.
Ток проходит в счетчике через специальный калиброванный шунт с определённым сопротивлением (сотые доли Ома). По закону Ома, на проводнике, через который проходит ток, образуется напряжение, прямо пропорциональное току и сопротивлению:
U = I·R
Этим напряжением однозначно определяется ток. Напряжение измеряется, и значит ток тоже становится известен, косвенным образом.
Мощность, потребляемая приборами в квартире, равна току, умноженному на напряжение:
P = I·U
Но как узнать, сколько мощности «съели» электроприборы? Для этого мощность умножают на время, получают электрическую энергию:
E = I·U·t
За единицу измерения электрической энергии, которая показывает, сколько киловатт прошло через счетчик в течение часа приняли киловатт в час, сокращённо — кВт·час
Строго говоря, энергию правильней измерять в Джоулях, как нас этому учили в школе, но исторически прижилась единица измерения кВт·час . Писать нужно именно с точкой, как например полная электрическая мощность измеряется в В·А .
Часто неправильно пишут — квт/час , квт — час , или даже просто квт . Такая путаница могла бы не произойти, если бы для единицы электрической энергии придумали бы какую-нибудь единицу. Например, Электроджоуль . Или назвали бы именем какого-нибудь другого ученого.
А реализуется учёт и индикация этих «Электроджоулей» путем нехитрых электрических преобразований и устройств. Рассмотрим их ниже.
Как устроен электросчетчик
Устройство однофазного электрического счетчика прямого включения Энергомера сейчас будет хорошо видно на фотографиях. Напоминаю, его внешний вид — на первом фото статьи.
Счетчик мне достался исправный, мне его подарили, поскольку там, где он стоял, сменился собственник помещения, и нового владельца обязали поменять счетчик.
На счетчике обычно стоят 2 пломбы, одна защищает от несанкционированного доступа клеммы счетчика, вторая — электронную схему счетчика. Этих пломб на моём счетчике уже нет.
Рассмотрим подробнее клеммы.
Клеммы зажимные, хорошо держат зачищенный провод на всём его протяжении.
Теперь самое интересное — вскрываем корпус счетчика:
Счетчик Энергомера цэ6807п. Снятая передняя панель
Счетчик энергомера. Снятая крышка, фото 2
Достаём потроха внутренности, и видим, что схема электросчётчика состоит их трёх основных частей:
Это 1) шаговый двигатель, на оси которого закреплены циферки, 2) плата с контроллером и 3) входные клеммы. Как видно, всё китайское (надеюсь, кроме клемм), поэтому и цена такому счетчику 650-750 руб.
Кстати, не видел, но в Меркурии производство компонентов — российское. Кто подтвердит?
Клеммы и плата с контроллером. Всё перевёрнуто, поэтому фазные клеммы счетчика — справа, нулевые — слева, не так как мы привыкли видеть.
Белый и зеленый проводочки — это выход измерительного шунта. Того самого шунта, на котором «оседает» напряжение, пропорциональное току через фазные клеммы. Это напряжение поступает на входы платы КТ1 и КТ2 и подается на обработку контроллеру.
Также с фазной клеммы берется питание для контроллера, это желтый проводок. Питание — бестрансформаторное, через конденсатор, выпрямитель и стабилизатор 5VDC.
Нулевая клемма используется для того, чтобы брать второй полюс для питания счетчика. А ещё для того, чтобы обеспечить соединение, и чтобы ограничить злоумышленные схемы включения счетчика.
С выхода платы контроллера через точки М1.1 и М1.2 поступают импульсы на шаговый двигатель. Тот самый, который тормозят с помощью магнита. Частота импульсов пропорциональна току, и дополнительно индицируется светодиодом.
Про шаговый двигатель рассказано у меня в блоге в статье про .
Этот светодиод используют для проверки и поверки счетчика. Подсчитывают количество импульсов за (например) 5 минут, и смотрят на правильность показаний на передней панели.
В контроллере зашита программа, которая вырабатывает импульсы для работы шагового двигателя.
Кстати, программу можно изменить, умельцы это делают. Тем самым можно уменьшить показания счетчика на 30 — 50%.
Вот фото печатной платы счетчика немного крупнее:
Из каких деталей собрана схема счетчика
Как видно на фото, схема электрического счетчика Энергомера очень простая, основа схемы — микроконтроллер, который всем управляет.
На фото плохо видны детали, поэтому переписал некоторые номиналы.
Шаговый двигатель (регистратор):
Шаговый регистратор счетчика. Купить такой можно через китайский сайт meter-counters.com. Именно этот регистратор намагничивают и останавливают счетчик.
- Стабилизатор на 5 Вольт 7805,
- PIC-контроллер MPC 3905A ,
- Опторазвязка для выхода на телеметрию (дистанционное снятие показаний) PC817C ,
- Кварц на 3,579545 МГц.
Инструкция к счетчику Энергомера
Ниже приведена инструкция на счетчик Энергомера ЦЭ6807 , который рассмотрен в статье. Там приведены все параметры, схема подключения, а также устройство и принцип работы счетчика по версии производителя.
Была ещё такая бумажечка, чтобы правильно писали показания:
По правилам, цифра, обозначающая доли киловатт часа, должна быть обязательно выделена графически. Что и выполняется, смотрите фото счетчика в корпусе.
Со стремительным развитием электронно-вычислительной техники на смену счетчикам пришли электронные(цифровые). Принцип работы любого электрического счетчика основывается на том, чтобы объединить мгновенные значения силы тока и напряжения, потребляемые из сети, за определенную единицу времени для последующего отображения на счетном устройстве в виде готовых киловатт-часов. Электронный счетчик состоит из основных узлов:
- датчики тока и напряжения;
- преобразователь мощности в частоту импульсов (КР1095ПП1);
- центральный микроконтроллер(устройство управления -МС68НС05КJ1);
- постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ);
- контроллер жидкокристаллического дисплея (ЖКИ-К182СВГ2);
Электрические сигналы от датчиков тока и напряжения поступают к преобразователю мощность-частота, который выполняет операцию перемножения, получая потребленную мощность. Полученное значение мощности преобразователь передает в виде импульса на вход центрального микроконтроллера, который, в свою очередь, суммирует импульсы за определенное время, получая кВт∙ч. Центральный микропроцессор передает данные микропроцессору ЖКИ, которые, в итоге, отобразятся на дисплее.
Для сохранения показаний счетчика в случае потери электропитания используется запоминающее устройство EEPROM. Если счетчик вдруг обесточился, то после его включения микроконтроллер сначала извлекает из ПЗУ последнее сохраненное значение и отображает на дисплее. После чего продолжает подсчитывать импульсы от преобразователя, обмениваясь данными с EEPROM, и увеличивает показания счетчика.
Внося изменения в программу микроконтроллера ЖКИ можно задавать разные режимы отображения информации на дисплее такие, как дату, время, потребленная нагрузка по тарифам и другое.
Наличие у электронного счетчика внешнего интерфейсного канала на примере RS-485 позволяет объединять счетчики в группы и передавать все данные в электроснабжающую компанию, что дает возможность отключения электричества у потребителей в случае неуплаты.
В качестве датчика тока служит измерительный трансформатор (трансформатор тока) или шунтирующая пластинка; датчик напряжения- тр-р напряжения.
Трехфазный электронный счетчик имеет такую же конструкцию и обладает функциями отображения на дисплее активной, реактивной и полной потребленной электроэнергии и др.
