Tipos de contadores de energía y sus principios de funcionamiento

Medidor de energía o Medidor de vatios-hora es un instrumento eléctrico que mide la cantidad de energía eléctrica utilizada por los consumidores. Las compañías eléctricas son uno de los departamentos que instalan estos instrumentos en todos los lugares, como casas, industrias, organizaciones y edificios comerciales, para cobrar el consumo de electricidad de cargas como luces, ventiladores, frigoríficos y otros electrodomésticos.

La unidad básica de la potencia es el vatio y se mide con un vatímetro. Mil vatios hacen un kilovatio. Si se utiliza un kilovatio en una hora de duración, se consume una unidad de energía. Así que los contadores de energía miden la tensión y las corrientes rápidas, calculan su producto y dan la potencia instantánea. Esta potencia se integra en un intervalo de tiempo, lo que da la energía utilizada en ese periodo.

Tipos de contadores de energía

Los contadores de energía se clasifican en dos categorías básicas, como:

• Contador de inducción de tipo electromecánico
• Medidor electrónico de energía

Los contadores de energía se clasifican en dos tipos teniendo en cuenta los siguientes factores:

• Tipos de pantallas contador eléctrico analógico o digital.
• Tipos de puntos de medición: transmisión secundaria, red, distribución local y primaria.
• Aplicaciones finales como la comercial, la industrial y la doméstica
• Aspectos técnicos como monofásico, trifásico, alta tensión (HT), baja tensión (LT) y materiales de clase de precisión.

La conexión del suministro eléctrico puede ser monofásica o trifásico dependiendo del suministro utilizado por las instalaciones domésticas o comerciales. En concreto, en este artículo vamos a estudiar los principios de funcionamiento del contador de energía monofásico de tipo inducción electromecánica y también del contador de energía trifásico electrónico a partir de la explicación de dos contadores de energía básicos como se describe a continuación.

Contador de energía electromecánico de inducción monofásico

Es un tipo de contador de energía muy conocido y el más común de todos los tiempos. Consta de un disco de aluminio giratorio colocado en un eje entre dos electroimanes. La velocidad de rotación del disco es proporcional a la potencia, y ésta se integra mediante el uso de trenes de engranajes y un mecanismo de contador. Está formado por dos electroimanes laminados de acero al silicio: imanes en derivación y en serie.

El imán en serie lleva una bobina de pocas vueltas de hilo grueso conectada en serie con la línea; mientras que el imán en derivación lleva una bobina con numerosas vueltas de hilo fino conectada a través de la alimentación.

El imán de frenado es un tipo de imán permanente que aplica la fuerza opuesta a la rotación normal del disco para mover ese disco una posición equilibrada y para detener el disco mientras se desconecta la alimentación.

El imán en serie produce un flujo proporcional a la corriente que fluye, y el imán en derivación produce un flujo proporcional a la tensión. Estos dos flujos tienen un desfase de 90 grados debido a su naturaleza inductiva. La interfaz de estos dos campos produce corrientes parásitas en el disco, utilizando una fuerza, que es proporcional al producto de la tensión instantánea, la corriente y el ángulo de fase entre ellos. Se coloca un imán de frenado sobre un lado del disco, que produce un par de frenado en el disco mediante un campo constante proporcionado por el uso de un imán permanente. Cuando los pares de frenado y de arrastre se igualan, la velocidad del disco se estabiliza.

Un eje o husillo vertical del disco de aluminio está asociado a la disposición de engranajes que registra un número proporcional a las revoluciones del disco. Esta disposición de engranajes establece el número en una serie de diales e indica la energía consumida a lo largo del tiempo.

Este tipo de contador de energía es de construcción sencilla y su precisión es algo menor debido a la fluencia y otros campos externos. Uno de los principales problemas de estos tipos de contadores de energía es su propensión a la manipulación, lo que hace necesario un sistema de control de la energía eléctrica. Estos contadores de tipo serie y derivación se utilizan ampliamente en aplicaciones domésticas e industriales.

Contadores electrónicos de energía son instrumentos de medición exactos, precisos y fiables en comparación con los contadores electromecánicos de tipo inducción. Cuando se conectan a las cargas, consumen menos energía y comienzan a medir de forma instantánea. Así pues, a continuación se explica el contador de energía trifásico de tipo electrónico con su principio de funcionamiento.

contador de energía electrónico trifásico

Este medidor es capaz de realizar mediciones de corriente, tensión y potencia en sistemas de alimentación trifásicos. Con estos contadores trifásicos también es posible medir tensiones y corrientes elevadas utilizando los transductores adecuados. A continuación se muestra uno de los tipos de contadores de energía trifásicos (dado como ejemplo) que garantiza una medición de energía fiable y precisa en comparación con los contadores electromecánicos.

Utiliza el AD7755, un CI de medición de energía monofásica para adquirir y procesar los parámetros de tensión y corriente de entrada. La tensión y las corrientes de la línea eléctrica se reducen a nivel de señal utilizando transductores como transformadores de tensión y corriente y se entregan a ese CI como se muestra en la figura. Estas señales se muestrean y se convierten en digitales, multiplicándose entre sí para obtener la potencia instantánea. Posteriormente, estas salidas digitales se convierten en frecuencia para accionar un contador electromecánico. La tasa de frecuencia del impulso de salida es proporcional a la potencia instantánea, y (en un intervalo determinado) proporciona transferencias de energía a la carga para un número concreto de impulsos.

El microcontrolador acepta las entradas de los tres CI de medición de energía para la medición de energía trifásica y sirve de cerebro del sistema realizando todas las operaciones necesarias como el almacenamiento y la recuperación de datos de la EEPROM, el manejo del contador mediante botones para ver el consumo de energía, la calibración de las fases y el borrado de las lecturas; y, además, acciona la pantalla mediante el CI decodificador.

Hasta ahora hemos leído sobre los contadores de energía y sus principios de funcionamiento. Para una comprensión más profunda de este concepto, la siguiente descripción del contador de energía ofrece detalles completos del circuito y sus conexiones mediante un microcontrolador.

Circuito de contador de energía con microcontrolador:

La siguiente figura muestra el circuito del contador de vatios-hora implementado utilizando el microcontrolador Atmel AVR. Este circuito monitoriza y adquiere continuamente los parámetros de tensión y corriente de la red de suministro monofásico. El microcontrolador obtiene los valores de estos parámetros de un circuito de acondicionamiento de la señal, que es accionado por ICs OP-AMP.

Este circuito tiene dos transformadores de corriente conectados en serie con cada línea de alimentación: fase y neutro. Los valores de corriente de estos transformadores se envían al respectivo ADC del microcontrolador, y luego el ADC convierte estos valores en valores digitales, y así el microcontrolador hace necesariamente los cálculos para hallar el consumo de energía. El microcontrolador está programado de tal manera que los valores de tensión y corriente del ADC se multiplican y se integran durante un periodo de tiempo determinado, y luego accionan correspondientemente el mecanismo del contador que muestra el número de unidades consumidas (KWs) durante un periodo de tiempo.

Además de la medición de la energía, este sistema también proporciona una indicación de fallo a tierra en caso de cualquier fallo o sobrecorriente que pueda producirse en la línea neutra o de tierra y hace girar adecuadamente la indicación de los diodos emisores de luz para la detección de fallos a tierra, así como para cada unidad consumida.

Este artículo trata sobre el circuito del contador de vatios-hora y sus principios de funcionamiento. También se conoce como medidor de energía, que se utiliza en el desarrollo de kits de proyectos eléctricos y electrónicos mediante diferentes tecnologías. Para cualquier ayuda en relación con los conceptos como la manipulación del contador de energía y la facturación del contador de energía utilizando la tecnología inalámbrica, o comentar en la sección dada a continuación.

Créditos de las fotos:

• Contador de energía de inducción monofásico de ingeniería
• contador electrónico de electricidad trifásico de analógico
• Circuito de contador de electricidad con microcontrolador por siguiente