Wie messen analoge und intelligente Haushaltszähler die Leistung?

Das analoge Messgerät ist um einen Motor herum aufgebaut. Die Magnetfelder, die das Drehmoment zum Antrieb des Motors erzeugen, sind zu jedem Zeitpunkt proportional zu Spannung und Strom. In diesem Sinne misst es also die Momentanleistung. Da es einen Zähler dreht und dreht, misst es auch die verbrauchte Gesamtenergie.

Das digitale Messgerät misst Spannung und Strom direkt und kann im Laufe vieler Abtastungen Spannungs- und Strommesswerte messen und akkumulieren sowie die verwendete Scheinleistung berechnen. Die Wirkleistung wird berechnet, indem die Spannung und der Strom zu einem beliebigen Zeitpunkt multipliziert werden (ein Musterpaar). Die Scheinleistung kann berechnet werden, indem die Amplituden von Spannung und Strom über einen oder mehrere Zyklen gemessen und die beiden Ergebnisse miteinander multipliziert werden.

Eine zusätzliche Überlegung ist zu sehen, was Ihnen berechnet wird. Privatkunden (zumindest in den USA) zahlten traditionell nur für tatsächlich verbrauchten Strom. Dies lag wahrscheinlich daran, dass ursprünglich die meisten Lasten überwiegend resistiv waren, und auch an der Tatsache, dass es zwar analoge Messgeräte gibt, die den Leistungsfaktor messen können, es aber nicht kosteneffektiv war, sie in Wohngebieten zu verwenden.

Heutzutage sind unsere Anwendungen ganz anders, und Schaltnetzteile können die Stromversorgung des Netzes wirklich durcheinander bringen. Dies hat zu Vorschriften geführt, die Stromversorgungshersteller zwingen, den Leistungsfaktor wieder näher an 1 zu bringen. Mir ist immer noch nicht bekannt, dass jemand anderes als die Industrie für den Leistungsfaktor zahlt, aber wenn die intelligenten Zähler ihn messen können, könnte sich diese Situation ändern.

Analoge Messgeräte messen den Mittelwert der Momentanwerte von Strom und Spannung multipliziert miteinander: -

• Leistung = Durchschnitt (vxi)
• Energie = integral(vxi)

Der Leistungsfaktor ist irrelevant, da es nur eine Möglichkeit gibt, die Leistung zu messen , und so habe ich es angegeben.

Der Versuch, Leistungsfaktor, RMS-Spannung und RMS-Strom zu „verwenden“, um die Leistung zu berechnen, ist angesichts der Anzahl von Oberschwingungen, die in vielen Stromwellenformen vorhanden sind, eine fruchtlose Aufgabe.

Ein Leistungsmessgerät mit beweglicher Spule (auch Dynamometer genannt): -

Heutzutage werden Mikroprozessoren verwendet, die Spannungs- und Stromwellenformen abtasten und die Zahlen multiplizieren. Es werden überraschend hohe Abtastraten verwendet, um zu vermeiden, dass die Oberwellen in der aktuellen Wellenform den ADC aliasieren.

Wenn der Leistungsfaktor angezeigt werden muss, erfolgt dies, indem die Wirkleistung genommen und numerisch durch das Produkt aus Effektivspannung und Effektivstrom dividiert wird. Die gleichen Abtastwerte, die zur Berechnung der Leistung verwendet werden, können zur Berechnung der RMS-Spannung und des RMS-Stroms verwendet werden.

Eine Firma, für die ich früher gearbeitet habe (Landis und Gyr), war Pionier des Hall-Effekt-Leistungsmessers - dies war im Grunde eine Solid-State-Version des oben gezeigten Zwei-Spulen-Dynamometers.

Für den Fall, dass Zweifel bestehen, dass die Leistungsmessmethode mit Stromoberschwingungen umgehen kann, sehen Sie sich Folgendes an: -

Hier haben wir eine Spannung von 50 Hz und eine gemeinsame Harmonische (3.) des Stroms von 150 Hz - sehen Sie, dass die momentane Wellenform der Leistung einen Nulldurchschnitt hat, genau wie es sein sollte.

Auch ich habe mich über die genaue Funktionsweise meines kürzlich installierten intelligenten Stromzählers gewundert. Ich würde jedoch erwarten, dass die tatsächliche (kWh) Energie, die ich verbrauche, in Rechnung gestellt wird, und dies muss vom intelligenten Zähler genau erfasst und berechnet werden, der vermutlich sowohl einen niedrigen Leistungsfaktor (z. B. von Kühlschrankmotoren) als auch Oberschwingungen berücksichtigen kann -beladene Stromwellenformen (z. B. von elektronischen Geräten). Ich würde erwarten, dass dies auch für den gemessenen Energieverbrauch (kWh) und die Leistung (kW) gilt, die auf der hauseigenen Anzeigeeinheit angezeigt werden. Ich kann nur den Schluss ziehen, dass immer wahre Leistungs- und Verbrauchsangaben ermittelt und dargestellt werden. In dieser Hinsicht sind Smart Meter früheren Monitoren weit überlegen, die einen Zangenstromwandler verwendeten, aber keine Netzspannung erfassen konnten und daher nicht die tatsächliche Leistung oder den tatsächlichen Verbrauch bestimmen konnten.