Istoria contorului de energie electrică

Secolele al XIX-lea și al XX-lea s-au dovedit neobișnuit de generoși în descoperirile științifice, în special în domeniul electromagnetismului. „Începutul scăzut” al progresului științific și tehnic pentru următorii 150 de ani a fost dat în anii 1920. descoperirea interacțiunii curenților electrici de Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm s-a stabilit după el în 1827 relația dintre curent și tensiune în fire… În cele din urmă, în 1831, Michael Faraday a descoperit legea inducției electromagnetice, care stau la baza principiilor de funcționare ale următoarelor invenții cheie — generator, transformator, motor electric.

Electricitatea a devenit o marfă, așa cum se știe, datorită dinamului, inventat independent de fizicianul maghiar Anzós Jedlik și de inventatorul electric german Werner von Siemens în 1861 și, respectiv, 1867. De atunci, generarea de energie a fost ferm stabilită pe o cale comercială.

Trebuie spus că la acea vreme invențiile și descoperirile „așteaptă” la fiecare pas.Ideile de lampă electrică, dinam, motor electric, transformator s-au cristalizat ca de la sine în părți opuse ale planetei.

Ceva asemănător s-a întâmplat cu contorul, care mai târziu a fost rechemat de „autorul” contorului de inducție (și în același timp co-inventatorul transformator) Inginerul electrician maghiar Otto Titus Blaty: „Știința era ca o pădure tropicală. Tot ce avea nevoie era un topor bun și oriunde te-ai lovi puteai tăia un copac uriaș. «

Primul brevet pentru un contor electric a fost eliberat în 1872 inventatorului american Samuel Gardiner. Dispozitivul său măsoară timpul necesar pentru ca electricitatea să ajungă la punctul de încărcare. Singura condiție (acesta este, de asemenea, un dezavantaj al dispozitivului) este ca toate lămpile controlate să fie conectate la un comutator.

Crearea de noi principii pentru funcționarea contoarelor de energie electrică este direct legată de îmbunătățirea și optimizarea sistemului de distribuție a energiei electrice. Dar, din moment ce acest sistem încă se forma, era imposibil de spus cu siguranță care principiu ar fi optim. Prin urmare, mai multe versiuni alternative au fost testate în practică în același timp.

Cât cântărește un kilowatt?

De exemplu, dacă dinamul a făcut posibilă producerea de energie electrică în volume semnificative, atunci becul Thomas Edison a contribuit la crearea unei rețele extinse de iluminat. Ca urmare, contorul Gardiner și-a pierdut relevanța și a fost înlocuit cu un contor electrolitic.

În cea mai timpurie etapă a utilizării pe scară largă a contoarelor de energie electrică, electricitatea a fost literalmente „ponderată”. Contorul electrolitic, inventat de același Thomas Alva Edison, funcționează pe acest principiu.De fapt, contorul era electrolitic, unde la începutul perioadei de numărare era amplasată o placă de cupru cântărită foarte precis (pe cât era posibil la momentul respectiv).

Ca urmare a trecerii curentului prin electrolit, se depune cuprul. La sfârșitul perioadei de raportare, placa a fost cântărită din nou, iar consumul de energie electrică a fost taxat în funcție de diferența de greutate. Acest principiu a fost aplicat pentru prima dată în 1881 și a fost folosit cu succes până la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Este de remarcat faptul că această taxă este calculată în metri cubi de gaz care a fost folosit pentru generarea energiei electrice consumate. Așa a fost calibrat un electrolizor Edison, apoi, pentru comoditate, Edison și-a echipat dispozitivul cu un mecanism de numărare – în rest, luarea citirilor de la un aparat de măsurare părea a fi un proces extrem de dificil pentru companiile energetice și complet imposibil pentru consumator. Cu toate acestea, confortul a adăugat puțin.

În plus, contoarele electrolitice (la acea vreme Siemens Shuckert producea un contor de apă și Schott & Gen un contor de mercur) aveau un alt dezavantaj comun semnificativ. Ele pot înregistra doar amperi-oră și rămân insensibile la fluctuațiile de tensiune.

Paralel cu contorul electrolitic a apărut un contor pendul. Pentru prima dată, principiul acțiunii sale a fost descris de americanii William Edward Ayrton și John Perry în același an 1881. Dar de atunci, așa cum am menționat deja, ideile pluteau în aer, nu este surprinzător că trei ani mai târziu exact același contor a fost construit în Germania de Hermann Aron.

Într-o formă îmbunătățită, contorul este echipat cu două pendule cu bobine conectate la o sursă de curent. Încă două bobine cu înfășurări opuse au fost plasate sub pendul.Un pendul, ca urmare a interacțiunii bobinelor sub o sarcină electrică, sa mișcat mai repede decât fără el.

Celălalt, în schimb, se mișca mai încet. În același timp, pendulele și-au schimbat funcțiile în fiecare minut pentru a compensa diferența de frecvență inițială a oscilației. Diferența de călătorie este luată în considerare în mecanismul de numărare. La pornire, ceasul a pornit.

Vantul schimbarii

Contoarele cu pendul nu erau o „plăcere” ieftină, deoarece conțineau două ceasuri întregi. În același timp, au făcut posibilă fixarea amperi-oră sau watt-oră, ceea ce le-a făcut nepotrivite pentru funcționarea AC.

O descoperire revoluționară în felul ei curent alternativ, realizate (bineînțeles, independent unul de celălalt) de italianul Galileo Ferraris (1885) și Nikola Tesla (1888), a servit drept stimul pentru următoarea etapă de îmbunătățire a aparatelor de măsură.

În 1889, a fost dezvoltat un contor motor. A fost proiectat pentru General Electric de inginerul american Elihu Thomson.

Dispozitivul era un motor cu armătură fără miez metalic. Tensiunea la nivelul colectorului este distribuită peste bobină și rezistență. Curentul antrenează statorul, rezultând un cuplu proporțional cu produsul dintre tensiune și curent. Un electromagnet permanent care acționează asupra unui disc de aluminiu atașat la armătură asigură un cuplu de frânare. Cel mai important dezavantaj al contorului de energie electrică este colectorul.

După cum știți, la acel moment nu exista un consens în comunitatea științifică cu privire la care dintre sisteme... bazat pe curent continuu sau curent alternativ — va fi cel mai promițător… Contorul descris de Thomson este proiectat în primul rând pentru curent continuu.

Între timp, argumentele în favoarea curentului alternativ sunt în creștere, deoarece utilizarea curentului continuu nu permite schimbări de tensiune și, ca urmare, crearea de sisteme mai mari. Curentul alternativ a găsit o utilizare din ce în ce mai răspândită, iar la începutul secolului al XX-lea, sistemele de curent alternativ au început să înlocuiască treptat curentul continuu în practica ingineriei electrice.

Aceasta i-a stabilit lui George Westinghouse (care a achiziționat brevetele Tesla pentru utilizarea curentului alternativ) sarcina de a contabiliza energia electrică și această contabilitate trebuia să fie cât mai precisă. În această perioadă (asociată și cu invenția transformatorului) a fost brevetat dispozitivul, care era de fapt prototipul contor de curent alternativ modern… Istoria are și câțiva „părinți inventatori” ai contorului de inducție.

Primul dispozitiv de măsurare prin inducție se numește „contorul Ferraris”, deși nu l-a asamblat deloc. Spre meritul lui Ferrari este următoarea descoperire: două câmpuri rotative, care sunt defazate cu curentul alternativ, provoacă rotirea unui rotor solid - un disc sau un cilindru. Contoare bazate pe principiul inducției sunt produse și astăzi.

Inginerul maghiar Otto Titus Blaty, cunoscut și ca inventatorul transformatorului, a propus versiunea sa a contorului de inducție. În 1889, a primit două brevete simultan, numărul german 52.793 și numărul american 423.210, pentru o invenție desemnată oficial drept „Contor electric cu curent alternativ”.

Autorul a dat următoarea descriere a dispozitivului: „Acest contor constă în esență dintr-un corp rotativ metalic, cum ar fi un disc sau un cilindru, asupra căruia sunt acționate două câmpuri magnetice care sunt defazate unul cu celălalt.

Această schimbare de fază rezultă din faptul că un câmp este generat de curentul principal, în timp ce celălalt câmp este generat de o bobină cu auto-inductanță mare care manevrează punctele din circuit între care se măsoară consumul de energie.

Cu toate acestea, câmpurile magnetice nu se intersectează într-un corp de revoluție, ca în binecunoscutul mecanism Ferrari, ci trec prin diferite părți ale acestuia, independent unul de celălalt. » Primele blaturi produse de Ganz, unde lucra Blatti, erau fixate pe o baza de lemn si cantareau 23 kg.

Desigur, în același timp, aceeași caracteristică a ambelor domenii a fost descoperită de un alt pionier al ingineriei electrice, Oliver Blackburn Shellenberger. Și în 1894, a dezvoltat un contor de electricitate pentru sistemele de curent alternativ. Mecanismul șurubului a furnizat cuplu.

Cu toate acestea, acest contor nu este potrivit pentru lucrul cu motoare electrice, deoarece nu furnizează elementul de tensiune necesar pentru măsurare factor de putere.

Acest contor era ceva mai mic decât aparatul Blati, dar și destul de voluminos și destul de greu - cântărea 41 de kilograme, adică mai mult de 16 kg. Abia în 1914, greutatea dispozitivului a fost redusă la 2,6 kg.

Nu există limită pentru perfecțiune

Astfel, se poate afirma că la începutul secolului XX, contorul a devenit parte a practicii de zi cu zi. Acest lucru este confirmat și de apariția primului standard de măsurare. A fost emis de Institutul Național American de Standarde (ANSI) în 1910.

În mod caracteristic, pe lângă recunoașterea importanței semnificației științifice a dispozitivelor de măsurare, standardul subliniază și importanța componentei comerciale. Primul standard de măsurare cunoscut al Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC) datează din 1931.

Până la începutul secolului al XX-lea, dispozitivele au suferit o serie de modificări, fără a ține cont de reducerea greutății și dimensiunilor: extinderea domeniului de sarcină, compensarea modificărilor factorului de sarcină, tensiune și temperatură, aspectul bilei. rulmenți și rulmenți magnetici (care au redus semnificativ frecarea). Au fost îmbunătățite caracteristicile de calitate ale electromagneților de frână și îndepărtarea uleiului din suport și mecanismul de numărare, ceea ce a mărit durata de viață.

În același timp, au apărut noi tipuri de contoare - contor multi-tarif, contor de sarcină de vârf, contor de energie preplătit, precum și contoare cu inducție trifazată. Acesta din urmă utilizează două sau trei sisteme de măsurare montate pe unul, două sau trei discuri. În 1934, a apărut un contor de energie activă și reactivă dezvoltat de Landis & Gyr.

Continuarea progresului științific și tehnic, precum și dezvoltarea relațiilor de piață, și-au găsit expresie în producția de aparate de măsurare. Dezvoltarea electronicii a avut un impact serios - în anii 1970, împreună cu dispozitivele de măsurare prin inducție, au apărut dispozitivele electronice de măsurare. Desigur, acest lucru a extins foarte mult funcționalitatea dispozitivelor. În primul rând, este sisteme de contabilitate automatizate (ASKUE), modul multi-tarif.

Ulterior, funcțiile contorului s-au extins și mai mult și au depășit limitele doar raportării de energie și resurse, inclusiv protecție împotriva încălcărilor vizibile, plata anticipată, controlul echilibrării sarcinii și o serie de alte funcții.Citirile sunt citite din rețelele electrice, liniile telefonice sau canalele de transmisie de date fără fir.