في الآونة الأخيرة ، بدلاً من عدادات الكهرباء الحثية أصبحت إلكترونية. في هذه العدادات ، لا يتم تدوير آلية العد باستخدام ملفات الجهد والتيار ، ولكن باستخدام الإلكترونيات المتخصصة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون المتحكم الدقيق والشاشة الرقمية ، على التوالي ، وسيلة لتسجيل وعرض القراءات. كل هذا سمح بتقليل الأبعاد الإجمالية للأجهزة ، وكذلك تقليل تكلفتها.
يتضمن تكوين أي عداد إلكتروني تقريبًا شريحة حوسبة متخصصة واحدة أو أكثر تؤدي الوظائف الأساسية للتحويل والقياس. يتلقى إدخال هذه الدائرة المصغرة معلومات حول الجهد وقوة التيار من أجهزة الاستشعار المقابلة في شكل تناظري. داخل الرقاقة ، يتم رقمنة هذه المعلومات وتحويلها بطريقة معينة. ونتيجة لذلك ، يتم إنشاء إشارات النبض عند إخراج الدائرة الدقيقة ، التي يتناسب ترددها مع الطاقة المستهلكة الحالية للحمل المتصل بالمقياس. تصل النبضات إلى آلية العد ، وهي مغناطيس كهربائي ، منسقة مع تروس على عجلات مع أرقام. في حالة العدادات الأكثر تكلفة مع شاشة رقمية ، يتم استخدام متحكم إضافي. يتصل بالدائرة المصغرة أعلاه وشاشة رقمية عبر واجهة محددة ، ويجمع نتيجة قياس الكهرباء في الذاكرة غير المتطايرة ، ويوفر أيضًا وظائف إضافية للجهاز.
فكر في العديد من الدوائر المصغرة ونماذج العداد المماثلة التي وصلت إلى يدي.
تُظهر الصورة المفككة أدناه أحد أرخص وأكثر عدادات الطور أحادي الطور "NEVA 103". كما يتبين من الشكل ، فإن جهاز العداد بسيط للغاية. تتكون اللوحة الرئيسية من دائرة دقيقة متخصصة ومجموعة أدواتها ومجموعة مثبتات الطاقة على أساس مكثف الصابورة. يوجد على اللوحة الإضافية مؤشر LED يشير إلى الحمل المستهلك. في هذه الحالة ، 3200 نبضة لكل 1 كيلوواط * ساعة. من الممكن أيضًا أخذ النبضات من الكتلة الطرفية الخضراء الموجودة في أعلى المنضدة. تتكون آلية العد من سبع عجلات بأرقام وعلبة تروس ومغناطيس كهربائي. يعرض الكهرباء المحسوبة بدقة أعشار kW * h. كما يتبين من الشكل ، فإن علبة التروس لديها نسبة تروس 200: 1. وبحسب ملاحظاتي فإن هذا يعني "200 نبضة لكل كيلو وات ساعة". أي أن 200 نبضة تم تطبيقها على المغناطيس الكهربائي ستساهم في تمرير العجلة الحمراء الأخيرة بثورة كاملة. هذه النسبة هي مضاعفة النسبة لمؤشر LED ، وهي ليست عرضية. يوجد صندوق التروس مع مغناطيس كهربائي في صندوق معدني تحت شاشتين من أجل حمايته من التداخل بواسطة مجال مغناطيسي خارجي.
في هذا النموذج المضاد ، يتم استخدام شريحة ADE7754. النظر في هيكلها.
يستقبل الدبابيس 5 و 6 إشارة تناظرية من التحويلة الحالية ، التي تقع في المحطتين الأولى والثانية من العداد (يمكن رؤية التلف في الصورة في هذا المكان). يستقبل الدبابيس 8 و 7 إشارة تناظرية تتناسب مع الجهد في الشبكة. من خلال الدبابيس 16 و 15 ، من الممكن تعيين كسب مكبر التشغيل الداخلي ، المسؤول عن التيار. يتم تحويل كل من الإشارات بمساعدة وحدات ADC إلى شكل رقمي ، وبعد تمرير تصحيح وتصفية معين ، يتم تغذيتهما إلى المضاعف. يضاعف المضاعف هاتين الإشارتين ، ونتيجة لذلك ، وفقًا لقوانين الفيزياء ، يتم الحصول على معلومات حول استهلاك الطاقة الحالي في خرجه. يتم تغذية هذه الإشارة إلى محول متخصص ، والذي يولد نبضات جاهزة إلى جهاز العد (الدبابيس 23 و 24) وإلى LED التحكم وإخراج العد (دبوس 22). من خلال الدبابيس 12 و 13 و 14 ، يتم تكوين عوامل التردد وأنماط النبضات المذكورة أعلاه.
المخطط القياسي لمجموعة أدوات الجسم يكاد يكون مخططًا للعداد قيد النظر.
يتم توصيل السلك السالب المشترك بصفر 220 فولت. تذهب المرحلة إلى دبوس 8 من خلال مقسم على المقاومات ، والذي يعمل على تقليل مستوى الجهد المقاس. تدخل الإشارة من التحويلة المدخلات المقابلة للرقاقة أيضًا من خلال المقاومات. في هذه الدائرة المصممة للاختبار ، ترتبط دبابيس التكوين 12-14 بوحدة منطقية. اعتمادًا على طراز العداد ، يمكن أن يكون لها تكوين مختلف. في هذه المراجعة القصيرة ، هذه المعلومات ليست مهمة للغاية. يتم توصيل مؤشر LED بالطرف المقابل في السلسلة مع العزل البصري ، على الجانب الآخر الذي يتم توصيل كتلة طرفية لإزالة معلومات العد (K7 و K8).
من نفس عائلة الدوائر المصغرة توجد نظائر مماثلة في القياسات ثلاثية الطور. على الأرجح ، تم بناؤها في عدادات رخيصة ثلاثية الطور. على سبيل المثال ، يوضح الشكل أدناه بنية إحدى هذه الدوائر المصغرة ، وهي ADE7752.
بدلاً من عقدتين ADC ، يتم استخدام 6 منها: 2 لكل مرحلة. يتم دمج المدخلات السلبية لجهد op-amp معًا ويتم إخراجها إلى دبوس 13 (صفر). ترتبط كل مرحلة من المراحل الثلاث بإدخالها الإيجابي لمضخم op-amp (الدبابيس 14 ، 15 ، 16). يتم توصيل الإشارات من التحويلات الحالية لكل مرحلة عن طريق القياس مع المثال السابق. لكل مرحلة من المراحل الثلاث ، يتم استخراج إشارة تميز الطاقة الحالية باستخدام ثلاثة مضاعفات. هذه الإشارات ، بالإضافة إلى المرشحات ، تمر عبر عقد إضافية ، يتم تنشيطها من خلال دبوس 17 وتعمل على تمكين تشغيل الوحدة الرياضية. ثم يتم جمع هذه الإشارات الثلاث ، وبالتالي الحصول على إجمالي استهلاك الطاقة لجميع المراحل. اعتمادًا على التكوين الثنائي للدبوس 17 ، يجمع المُجمع القيم المطلقة للإشارات الثلاث أو وحداتها. هذا ضروري لبعض الخفايا الدقيقة لقياس الكهرباء ، والتي لا يتم النظر في تفاصيلها هنا. يتم تغذية هذه الإشارة إلى محول مماثل للمثال السابق باستخدام عداد أحادي الطور. واجهته هي نفسها تقريبا.
تجدر الإشارة إلى أن الدوائر المصغرة المذكورة أعلاه تستخدم لقياس الطاقة النشطة. العدادات الأكثر تكلفة قادرة على قياس كل من الطاقة النشطة والتفاعلية. خذ على سبيل المثال شريحة ADE7754. كما يتبين من الشكل أدناه ، فإن هيكله أكثر تعقيدًا بكثير من هيكل الدوائر المصغرة من الأمثلة السابقة.
تقيس الدائرة المصغرة الكهرباء النشطة والمتفاعلة ثلاثية الطور ، ولها واجهة SPI لتوصيل وحدة التحكم الدقيقة ومخرج CF (دبوس 1) للتسجيل الخارجي للكهرباء النشطة. تتم قراءة جميع المعلومات الأخرى من الدائرة الدقيقة بواسطة وحدة التحكم الدقيقة عبر الواجهة. من خلاله ، يتم تكوين الدائرة المصغرة ، على وجه الخصوص ، تثبيت العديد من الثوابت المنعكسة في المخطط الهيكلي. ونتيجة لذلك ، فإن هذه الدائرة المصغرة ، بخلاف المثالين السابقين ، ليست مستقلة ، ويلزم وجود متحكم دقيق لبناء عداد بناءً على هذه الدائرة المصغرة. يمكنك أن ترى بشكل مرئي في الرسم البياني الهيكلي العقد التي تكون مسؤولة بشكل فردي عن قياس الطاقة النشطة والتفاعلية. كل شيء أكثر تعقيدًا هنا من المثالين السابقين.
كمثال ، ضع في اعتبارك جهازًا آخر مثيرًا للاهتمام: مقياس ثلاثي الطور "Energomera TSE6803V P32". كما يتبين من الصورة أدناه ، لم يتم تشغيل هذا العداد بعد. حصلت عليه في شكل غير مختوم مع ضرر ميكانيكي بسيط من الخارج. مع كل هذا ، كان في حالة عمل كاملة.
كما ترى ، بالنظر إلى اللوحة الرئيسية ، يتكون الجهاز من ثلاث عقد متطابقة (على اليمين) ، ودوائر كهربائية وجهاز تحكم دقيق. يوجد على الجانب السفلي من اللوحة الرئيسية ثلاث وحدات متطابقة على لوحات منفصلة ، واحدة لكل عقدة. هذه الوحدات هي AD71056 دوائر دقيقة بأقل وزن مطلوب. هذه الرقاقة متر واحد من الكهرباء.
يتم إغلاق الوحدات عموديا على اللوحة الرئيسية. تربط الأسلاك الملتوية مجزئات التيار بهذه الوحدات.
لبضع ساعات ، تمكنت من رسم مخطط كهربائي للجهاز. دعونا ننظر في الأمر بمزيد من التفصيل.
على اليمين في الرسم التخطيطي العام هو رسم تخطيطي لوحدة أحادية الطور ، والتي تم ذكرها أعلاه. تشبه شريحة D1 لهذه الوحدة AD71056 شريحة ADE7755 التي تمت مناقشتها سابقًا. يتم توفير الطاقة 5V إلى جهة الاتصال الرابعة للوحدة ، وإشارة الجهد إلى الثالثة. يتم أخذ المعلومات من جهة الاتصال الثانية في شكل نبضات حول استهلاك الطاقة من خلال خرج CF لشريحة D1. تأتي الإشارة من التحويلات الحالية من خلال جهات الاتصال X1 و X2. توجد مدخلات التكوين للدوائر الصغيرة SCF و S1 و S0 في هذه الحالة على دبابيس 8-10 ويتم تكوينها في "0،1،1".
كل من هذه الوحدات الثلاث تخدم كل مرحلة على التوالي. يتم توفير إشارة قياس الجهد للوحدة من خلال سلسلة من أربعة مقاومات ويتم أخذها من الطرف صفر ("N"). وتجدر الإشارة إلى أن السلك المشترك لكل وحدة هو المرحلة المقابلة. ولكن ، يتم توصيل السلك المشترك للدائرة بأكملها بطرف صفر. يوصف أدناه هذا الحل الصعب لتوفير الطاقة لكل عقدة في الدائرة.
تذهب كل من المراحل الثلاث إلى الثنائيات الزينر VD4 و VD5 و VD6 على التوالي ، ثم إلى دوائر الصابورة RC R1C1 و R2C2 و R3C3 ، ثم إلى الثنائيات الزينر VD1 و VD2 و VD3 ، والتي يتم توصيلها بواسطة الأنودات إلى الصفر. من الثنائيات الثلاثة الأولى للزينر ، تتم إزالة جهد الإمداد لكل وحدة نمطية U3 و U2 و U1 ، على التوالي ، مصححة بالثنائيات VD10 و VD11 و VD12. تستخدم منظمات الرقائق D1-D3 للحصول على جهد إمداد قدره 5 فولت. تتم إزالة جهد الدائرة العامة من الثنائيات Zener VD1-VD3 ، ويتم تصحيحها بواسطة الثنائيات VD7-VD9 ، والتي يتم جمعها عند نقطة واحدة ويتم تغذيتها إلى منظم D4 ، حيث تتم إزالة 5V.
الدائرة العامة هي متحكم (MK) D5 PIC16F720. من الواضح أنه يعمل على جمع ومعالجة المعلومات حول استهلاك الطاقة الحالي القادم من كل وحدة في شكل نبضات. تأتي هذه الإشارات من الوحدات U3 و U2 و U1 إلى دبابيس MK RA2 و RA4 و RA5 عبر الوصلات البصرية V1 و V2 و V3 على التوالي. ونتيجة لذلك ، في دبابيس RC1 و RC2 ، يولد MK نبضات لجهاز العد الميكانيكي M1. وهو مشابه للجهاز الذي تمت مناقشته سابقًا ، ولديه أيضًا نسبة 200: 1. مقاومة الملف عالية وهي حوالي 500 أوم ، مما يسمح لك بتوصيله مباشرة إلى MK بدون دوائر ترانزستور إضافية. في دبوس RC0 ، يولد MK نبضات لمؤشر LED HL2 ولإخراج النبض الخارجي على الموصل XT1. يتم تنفيذ هذا الأخير من خلال العزل البصري V4 والترانزستور VT1. في نموذج العداد هذا ، تبلغ النسبة 400 نبضة لكل 1 كيلوواط * ساعة. من الناحية العملية ، عند اختبار هذا العداد (بعد القليل من الإصلاح) ، لوحظ أن الملف الكهرومغناطيسي لآلية العد يعمل بشكل متزامن مع وميض LED HL2 ، ولكن مرة واحدة (مرتين أقل). وهذا يؤكد مطابقة النسب 400: 1 للمؤشر و 200: 1 لآلية العد كما ذكرنا سابقاً.
على الجانب الأيسر من اللوحة ، يوجد مكان لموصل XS1 ذو 10 سنون ، والذي يعمل للوميض ، وكذلك لواجهة UART من MK.
وهكذا ، يتكون العداد ثلاثي الطور "Energomera TSE6803V R32" من ثلاث دوائر دقيقة قياس أحادية الطور وجهاز تحكم دقيق يعالج المعلومات منها.
في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن هناك عددًا من النماذج المضادة الأكثر تعقيدًا في وظائفها. على سبيل المثال ، متر مع مراقبة عن بعد للقراءات عن طريق خط الكهرباء ، أو حتى من خلال وحدة اتصالات متنقلة. في هذه المقالة ، اعتبرت فقط أبسط النماذج والمبادئ الأساسية لبناء دوائرها الكهربائية. أعتذر مقدمًا عن المصطلحات التي قد تكون غير صحيحة في النص ، لأنني حاولت توضيحها بلغة واضحة.