História elektromera
19. a 20. storočie sa ukázalo ako nezvyčajne štedré vo vedeckých objavoch, najmä v oblasti elektromagnetizmu. „Nízky štart“ vedecko-technického pokroku na ďalších 150 rokov bol daný v 20. rokoch 20. storočia. objav interakcie elektrických prúdov Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm sa po ňom usadil v roku 1827 vzťah medzi prúdom a napätím vo vodičoch… Nakoniec v roku 1831 objavil Michael Faraday zákon elektromagnetickej indukcie, ktoré sú základom princípov fungovania nasledujúcich kľúčových vynálezov — generátor, transformátor, elektromotor.
Elektrina sa stala komoditou, ako je známe, vďaka dynamu, ktoré nezávisle od seba vynašli maďarský fyzik Anzós Jedlik a nemecký elektrotechnický vynálezca Werner von Siemens v rokoch 1861 a 1867. Odvtedy sa výroba energie pevne etablovala na komerčnej ceste.
Treba povedať, že v tom čase vynálezy a objavy „čakali“ na každom kroku.Myšlienky elektrickej lampy, dynama, elektromotora, transformátora kryštalizovali akoby samy od seba na opačných častiach planéty.
Niečo podobné sa stalo s počítadlom, na čo si neskôr spomenul „autor“ indukčného počítadla (a zároveň spoluvynálezca transformátor) Maďarský elektrotechnik Otto Titus Blaty: „Veda bola ako dažďový prales. Všetko, čo potreboval, bola dobrá sekera a kamkoľvek ste narazili, mohli ste vyrúbať obrovský strom. «
Prvý patent na elektromer bol vydaný v roku 1872 americkému vynálezcovi Samuelovi Gardinerovi. Jeho zariadenie meria čas, za ktorý elektrina dosiahne nabíjací bod. Jedinou podmienkou (to je tiež nevýhoda zariadenia) je, že všetky ovládané svietidlá musia byť pripojené k jednému spínaču.
Vytvorenie nových zásad prevádzky elektromerov priamo súvisí so skvalitnením a optimalizáciou distribučnej sústavy elektriny. No keďže v tom čase sa tento systém ešte len formoval, nedalo sa s istotou povedať, ktorý princíp by bol optimálny. V praxi sa preto súčasne testovalo niekoľko alternatívnych verzií.
Koľko váži kilowatt?
Ak napríklad dynamo umožnilo vyrábať elektrickú energiu vo významných objemoch, potom žiarovka Thomasa Edisona prispela k vytvoreniu rozsiahlej siete osvetlenia. Výsledkom bolo, že počítadlo Gardiner stratilo svoj význam a bolo nahradené elektrolytickým počítadlom.
V najskoršom štádiu rozšíreného používania elektromerov sa elektrina doslova „vážila“. Elektrolytický merač, ktorý vynašiel ten istý Thomas Alva Edison, funguje na tomto princípe.V skutočnosti bolo počítadlo elektromerov elektrolytické, kde bola na začiatok počítacieho obdobia umiestnená veľmi presne odvážená (v rámci možností vtedy) medená platňa.
V dôsledku prechodu prúdu cez elektrolyt sa usadzuje meď. Na konci vykazovaného obdobia sa platňa znovu odvážila a na základe rozdielu hmotnosti sa účtovala spotreba elektrickej energie. Tento princíp bol prvýkrát aplikovaný v roku 1881 a úspešne sa používal až do konca 19. storočia.
Je pozoruhodné, že tento poplatok sa počíta v kubických stopách plynu, ktorý sa použil na výrobu spotrebovanej elektriny. Takto bol kalibrovaný elektrolyzér Edison. Potom Edison pre pohodlie vybavil svoje zariadenie počítacím mechanizmom - inak sa zdalo, že odčítanie údajov z meracieho zariadenia je pre energetické spoločnosti mimoriadne náročný a pre spotrebiteľa úplne nemožný. Pohodlie však pridalo len málo.
Elektrolytické merače (v tom čase Siemens Shuckert vyrábal vodomer a Schott & Gen ortuťový merač) mali navyše ďalšiu významnú spoločnú nevýhodu. Môžu zaznamenávať iba ampérhodiny a zostávajú necitlivé na kolísanie napätia.
Paralelne s elektrolytickým počítadlom sa objavilo počítadlo kyvadla. Prvýkrát princíp jeho pôsobenia opísali Američania William Edward Ayrton a John Perry v tom istom roku 1881. No odvtedy, ako už bolo spomenuté, sa vo vzduchu vznášali myšlienky, nie je prekvapujúce, že o tri roky neskôr presne ten istý pult zostrojil v Nemecku Hermann Aron.
Vo vylepšenej forme je merač vybavený dvoma kyvadlami s cievkami pripojenými k zdroju prúdu. Pod kyvadlo boli umiestnené ďalšie dve cievky s opačným vinutím.Kyvadlo sa v dôsledku interakcie cievok pod elektrickým zaťažením pohybovalo rýchlejšie ako bez neho.
Druhý sa naopak pohyboval pomalšie. Zároveň kyvadla každú minútu menili svoje funkcie, aby kompenzovali rozdiel v počiatočnej frekvencii kmitov. Rozdiel v jazde je zohľadnený v počítacom mechanizme. Po zapnutí sa hodiny spustili.
Vietor zmien
Kyvadlové počítadlá neboli lacnou „pôžitkou“, keďže obsahovali celé dvoje hodiny. Zároveň umožnili opraviť ampérhodiny alebo watthodiny, čím sa stali nevhodnými pre AC prevádzku.
Svojím spôsobom revolučný objav striedavý prúd, ktorý vyrobili (samozrejme nezávisle od seba) Talian Galileo Ferraris (1885) a Nikola Tesla (1888), poslúžil ako podnet pre ďalšiu etapu zdokonaľovania meracích prístrojov.
V roku 1889 bolo vyvinuté motorové počítadlo. Pre General Electric ho navrhol americký inžinier Elihu Thomson.
Prístroj bol kotvový motor bez kovového jadra. Napätie na kolektore je distribuované cez cievku a odpor. Prúd poháňa stator, výsledkom čoho je krútiaci moment úmerný súčinu napätia a prúdu. Permanentný elektromagnet pôsobiaci na hliníkový kotúč pripevnený ku kotve poskytuje brzdný moment. Najvýznamnejšou nevýhodou elektromera je kolektor.
Ako viete, v tom čase vo vedeckej komunite neexistoval konsenzus o tom, ktorý zo systémov – založené na jednosmernom alebo striedavom prúde — budú najsľubnejšie… Merač opísaný spoločnosťou Thomson je určený predovšetkým na jednosmerný prúd.
Medzitým argumenty v prospech striedavého prúdu narastajú, pretože použitie jednosmerného prúdu neumožňuje zmeny napätia a v dôsledku toho vytváranie väčších systémov. Striedavý prúd nachádzal čoraz širšie uplatnenie a začiatkom 20. storočia začali striedavé systémy postupne v elektrotechnickej praxi nahrádzať jednosmerný prúd.
Tento súbor pre Georgea Westinghousea (ktorý získal Teslove patenty na používanie striedavého prúdu) mal za úlohu účtovať elektrinu a toto účtovanie muselo byť čo najpresnejšie. Počas tohto obdobia (spojeného aj s vynálezom transformátora) bol patentovaný prístroj, ktorý bol vlastne prototypom moderný merač striedavého prúdu... História má tiež niekoľko „otcov vynálezcov“ indukčného počítadla.
Prvé indukčné meracie zariadenie sa nazýva «Ferraris meter», hoci ho vôbec nezostavil. Ku cti Ferrari slúži nasledujúci objav: Dve rotujúce polia, ktoré sú mimo fázy so striedavým prúdom, spôsobujú rotáciu pevného rotora – disku alebo valca. Počítadlá na indukčnom princípe sa vyrábajú dodnes.
Maďarský inžinier Otto Titus Blaty, známy aj ako vynálezca transformátora, navrhol svoju verziu indukčného merača. V roku 1889 získal dva patenty naraz, nemecké číslo 52 793 a americké číslo 423 210, na vynález oficiálne označený ako „Elektrický čítač striedavého prúdu“.
Autor opísal zariadenie nasledovne: „Toto počítadlo v podstate pozostáva z kovového rotujúceho telesa, ako je disk alebo valec, na ktoré pôsobia dve magnetické polia, ktoré sú navzájom mimo fázu.
Tento fázový posun vyplýva zo skutočnosti, že jedno pole je generované hlavným prúdom, zatiaľ čo druhé pole je generované cievkou s vysokou vlastnou indukčnosťou, ktorá posúva body v obvode, medzi ktorými sa meria spotreba energie.
Magnetické polia sa však nepretínajú v rotačnom telese ako v známom Ferrari mechanizme, ale prechádzajú jeho rôznymi časťami nezávisle na sebe. » Prvé dosky vyrábané spoločnosťou Ganz, kde Blatti pracoval, boli upevnené na drevenom podstavci a vážili 23 kg.
Samozrejme, v rovnakom čase rovnakú charakteristiku oboch oblastí objavil ďalší priekopník elektrotechniky Oliver Blackburn Shellenberger. A v roku 1894 vyvinul elektromer pre AC systémy. Skrutkový mechanizmus poskytoval krútiaci moment.
Tento merač však nie je vhodný na prácu s elektromotormi, pretože neposkytuje napäťový prvok potrebný na meranie účinník.
Tento pult bol o niečo menší ako zariadenie Blati, ale tiež dosť objemný a dosť ťažký - vážil 41 kilogramov, teda viac ako 16 kg. Až v roku 1914 sa hmotnosť zariadenia znížila na 2,6 kg.
Dokonalosti sa medze nekladú
Možno teda konštatovať, že začiatkom 20. storočia sa pult stal súčasťou každodennej praxe. Potvrdzuje to aj objavenie sa prvého štandardu merania. Vydal ho Americký národný inštitút pre normalizáciu (ANSI) v roku 1910.
Je príznačné, že norma okrem uznania dôležitosti vedeckého významu meracích zariadení zdôrazňuje aj význam komerčnej zložky. Prvý známy merací štandard Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) pochádza z roku 1931.
Začiatkom 20. storočia prešli zariadenia mnohými zmenami bez ohľadu na zníženie hmotnosti a rozmerov: rozšírenie rozsahu zaťaženia, kompenzácia zmien v faktore zaťaženia, napätia a teploty, vzhľad gule. ložiská a magnetické ložiská (ktoré výrazne znížili trenie). Zlepšili sa kvalitatívne charakteristiky brzdových elektromagnetov a odstraňovanie oleja z podpery a počítacieho mechanizmu, čím sa zvýšila životnosť.
Zároveň sa objavili nové typy meračov - multitarifný merač, merač špičkového zaťaženia, merač predplatenej energie, ako aj trojfázové indukčné merače. Ten používa dva alebo tri meracie systémy namontované na jednom, dvoch alebo troch kotúčoch. V roku 1934 sa objavil merač aktívnej a reaktívnej energie vyvinutý spoločnosťou Landis & Gyr.
Ďalší priebeh vedecko-technického pokroku, ako aj vývoj trhových vzťahov našli výraz vo výrobe meracích prístrojov. Rozvoj elektroniky mal vážny vplyv — v 70. rokoch sa popri indukčných meracích prístrojoch objavili aj elektronické meracie prístroje. Prirodzene to značne rozšírilo funkčnosť zariadení. V prvom rade je to tak automatizované účtovné systémy (ASKUE), multitarifný režim.
Následne sa funkcie merača ešte viac rozšírili a prekročili hranice len hlásenia energií a zdrojov, medzi ktoré patrí ochrana pred viditeľným narušením, platba vopred, kontrola vyvažovania záťaže a množstvo ďalších funkcií.Údaje sa čítajú z elektrických sietí, telefónnych liniek alebo kanálov bezdrôtového prenosu údajov.