História do medidor de eletricidade

Os séculos 19 e 20 foram extraordinariamente generosos em descobertas científicas, especialmente no campo do eletromagnetismo. O "começo baixo" do progresso científico e técnico para os próximos 150 anos foi dado na década de 1920. a descoberta da interação de correntes elétricas por Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm estabeleceu-se depois dele em 1827 relação entre corrente e tensão nos fios… Finalmente, em 1831, Michael Faraday descobriu lei da indução eletromagnética, que fundamentam os princípios de operação das seguintes invenções principais - gerador, transformador, motor elétrico.

A eletricidade tornou-se uma mercadoria, como é conhecida, graças ao dínamo, inventado independentemente pelo físico húngaro Anzós Jedlik e pelo inventor elétrico alemão Werner von Siemens em 1861 e 1867, respectivamente. Desde então, a geração de energia foi firmemente estabelecida em um caminho comercial.

Deve-se dizer que naquela época invenções e descobertas "esperavam" a cada passo.As idéias de lâmpada elétrica, dínamo, motor elétrico, transformador cristalizaram-se como que por si mesmas em partes opostas do planeta.

Algo semelhante aconteceu com o contador, que mais tarde foi lembrado pelo "autor" do contador de indução (e ao mesmo tempo o co-inventor transformador) O engenheiro elétrico húngaro Otto Titus Blaty: “A ciência era como uma floresta tropical. Tudo o que ele precisava era de um bom machado e onde quer que você batesse, você poderia cortar uma árvore enorme. «

A primeira patente para um medidor elétrico foi emitida em 1872 para o inventor americano Samuel Gardiner. Seu dispositivo mede o tempo que leva para a eletricidade chegar ao ponto de carregamento. A única condição (isso também é uma desvantagem do dispositivo) é que todas as lâmpadas controladas devem estar conectadas a um interruptor.

A criação de novos princípios para a operação de medidores de energia elétrica está diretamente relacionada à melhoria e otimização do sistema de distribuição de energia elétrica. Mas como naquela época esse sistema ainda estava sendo formado, era impossível dizer com certeza qual princípio seria o ideal. Portanto, várias versões alternativas foram testadas na prática ao mesmo tempo.

Quanto pesa um quilowatt?

Por exemplo, se o dínamo possibilitou a produção de eletricidade em volumes significativos, a lâmpada de Thomas Edison contribuiu para a criação de uma extensa rede de iluminação. Como resultado, o contador Gardiner perdeu sua relevância e foi substituído por um contador eletrolítico.

No estágio inicial do uso generalizado de medidores de eletricidade, a eletricidade era literalmente "ponderada". O medidor eletrolítico, inventado pelo mesmo Thomas Alva Edison, funciona com base nesse princípio.Na verdade, o contador do medidor era eletrolítico, onde uma placa de cobre pesada com muita precisão (tanto quanto era possível na época) era colocada no início do período de contagem.

Como resultado da passagem de corrente pelo eletrólito, o cobre é depositado. Ao final do período de reporte, a chapa foi novamente pesada e o consumo de energia elétrica cobrado com base na diferença de peso. Este princípio foi aplicado pela primeira vez em 1881 e foi usado com sucesso até o final do século XIX.

Vale ressaltar que esta taxa é calculada em pés cúbicos de gás que foi utilizado para gerar a eletricidade consumida. Era assim que um eletrolisador Edison era calibrado. Então, por conveniência, Edison equipou seu dispositivo com um mecanismo de contagem - caso contrário, fazer leituras de um dispositivo de medição parecia um processo extremamente difícil para as empresas de energia e completamente impossível para o consumidor. No entanto, a conveniência acrescentou pouco.

Além disso, os medidores eletrolíticos (na época, a Siemens Shuckert produzia um medidor de água e a Schott & Gen, um medidor de mercúrio) tinham outra desvantagem comum significativa. Eles podem registrar apenas amperes-hora e permanecem insensíveis às flutuações de tensão.

Paralelamente ao contador eletrolítico, surgiu um contador pendular. Pela primeira vez, o princípio de sua ação foi descrito pelos americanos William Edward Ayrton e John Perry no mesmo ano de 1881. Mas desde então, como já mencionado, as ideias flutuavam no ar, não é de se estranhar que três anos depois exatamente o mesmo balcão foi construído na Alemanha por Hermann Aron.

Em uma forma aprimorada, o medidor é equipado com dois pêndulos com bobinas conectadas a uma fonte de corrente. Mais duas bobinas com enrolamentos opostos foram colocadas sob o pêndulo.O pêndulo, como resultado da interação das bobinas sob carga elétrica, moveu-se mais rápido do que sem ele.

O outro, por outro lado, estava se movendo mais devagar. Ao mesmo tempo, os pêndulos mudavam de função a cada minuto para compensar a diferença na frequência inicial de oscilação. A diferença no curso é contabilizada no mecanismo de contagem. Ao ligar, o relógio foi iniciado.

Ventos de mudança

Os contadores de pêndulo não eram um "prazer" barato, pois continham dois relógios inteiros. Ao mesmo tempo, eles possibilitaram fixar ampère-hora ou watt-hora, o que os tornava inadequados para operação em CA.

Uma descoberta revolucionária à sua maneira corrente alternada, feitos (claro, independentemente um do outro) pelos italianos Galileo Ferraris (1885) e Nikola Tesla (1888), serviram de estímulo para a próxima etapa no aprimoramento dos aparelhos de medição.

Em 1889, um contador de motor foi desenvolvido. Foi projetado para a General Electric pelo engenheiro americano Elihu Thomson.

O dispositivo era um motor de armadura sem núcleo de metal. A tensão no coletor é distribuída entre a bobina e o resistor. A corrente aciona o estator, resultando em torque proporcional ao produto da tensão e da corrente. Um eletroímã permanente atuando em um disco de alumínio preso à armadura fornece um torque de frenagem. A desvantagem mais significativa do medidor de eletricidade é o coletor.

Como você sabe, naquela época não havia consenso na comunidade científica sobre qual dos sistemas... baseado em corrente contínua ou corrente alternada - será mais promissor… O medidor descrito por Thomson é projetado principalmente para corrente contínua.

Enquanto isso, crescem os argumentos a favor da corrente alternada, já que o uso da corrente contínua não permite mudanças de tensão e, consequentemente, a criação de sistemas maiores. A corrente alternada encontrou uso cada vez mais difundido e, no início do século 20, os sistemas de corrente alternada começaram a substituir gradualmente a corrente contínua na prática da engenharia elétrica.

Isso estabeleceu para George Westinghouse (que adquiriu as patentes de Tesla para o uso de corrente alternada) a tarefa de contabilizar a eletricidade e essa contabilidade tinha que ser o mais precisa possível. Nesse período (também associado à invenção do transformador) foi patenteado o dispositivo, que na verdade era o protótipo medidor AC moderno… A história também tem vários “pais inventores” do contador de indução.

O primeiro dispositivo de medição por indução é chamado de «medidor Ferrari», embora ele não o tenha montado. Para o crédito de Ferrari é a seguinte descoberta: dois campos rotativos, que estão fora de fase com a corrente alternada, causam a rotação de um rotor sólido - um disco ou cilindro. Contadores baseados no princípio de indução ainda são produzidos hoje.

O engenheiro húngaro Otto Titus Blaty, também conhecido como o inventor do transformador, propôs sua versão do medidor de indução. Em 1889, ele recebeu duas patentes de uma só vez, número alemão 52.793 e número americano 423.210, para uma invenção designada oficialmente como "Contador elétrico de corrente alternada".

O autor deu a seguinte descrição do dispositivo: “Este contador consiste essencialmente em um corpo metálico rotativo, como um disco ou cilindro, que é influenciado por dois campos magnéticos defasados ​​entre si.

Esta mudança de fase resulta do fato de que um campo é gerado pela corrente principal, enquanto o outro campo é gerado por uma bobina de alta auto-indutância desviando os pontos do circuito entre os quais o consumo de energia é medido.

No entanto, os campos magnéticos não se cruzam em um corpo de revolução, como no conhecido mecanismo da Ferrari, mas passam por diferentes partes dele independentemente umas das outras. » As primeiras bancadas produzidas pela Ganz, onde Blatti trabalhava, eram fixadas em uma base de madeira e pesavam 23 kg.

É claro que, ao mesmo tempo, a mesma característica de ambos os campos foi descoberta por outro pioneiro da engenharia elétrica, Oliver Blackburn Shellenberger. E em 1894, ele desenvolveu um medidor de eletricidade para sistemas AC. O mecanismo de parafuso fornecia torque.

No entanto, este medidor não é adequado para trabalhar com motores elétricos, pois não fornece o elemento de tensão necessário para a medição fator de potência.

Esse contador era um pouco menor que o aparelho Blati, mas também bastante volumoso e bastante pesado - pesava 41 quilos, ou seja, mais de 16 quilos. Somente em 1914, o peso do aparelho foi reduzido para 2,6 kg.

Não há limite para a perfeição

Assim, pode-se afirmar que no início do século XX, o balcão passou a fazer parte da prática cotidiana. Isso também é confirmado pelo aparecimento do primeiro padrão de medição. Foi emitido pelo American National Standards Institute (ANSI) em 1910.

Caracteristicamente, além de reconhecer a importância do significado científico dos dispositivos de medição, a norma também enfatiza a importância do componente comercial. O primeiro padrão de medição conhecido da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) data de 1931.

No início do século 20, os dispositivos sofreram várias alterações, sem levar em conta a redução de peso e dimensões: expansão da faixa de carga, compensação de mudanças no fator de carga, tensão e temperatura, aparência de bola rolamentos e rolamentos magnéticos (que reduziram significativamente o atrito). As características de qualidade dos eletroímãs do freio e a remoção de óleo do suporte e do mecanismo de contagem foram aprimoradas, o que aumentou a vida útil.

Ao mesmo tempo, surgiram novos tipos de medidores - medidor multitarifa, medidor de carga de pico, medidor de energia pré-pago, bem como medidores de indução trifásicos. Este último utiliza dois ou três sistemas de medição montados em um, dois ou três discos. Em 1934, surgiu um medidor de energia ativa e reativa desenvolvido por Landis & Gyr.

O curso posterior do progresso científico e técnico, bem como o desenvolvimento das relações de mercado, encontraram expressão na produção de dispositivos de medição. O desenvolvimento da eletrônica teve um impacto sério - na década de 1970, junto com os dispositivos de medição por indução, surgiram os dispositivos de medição eletrônicos. Naturalmente, isso expandiu muito a funcionalidade dos dispositivos. Em primeiro lugar, é sistemas de contabilidade automatizados (ASKUE), modo multitarifa.

Posteriormente, as funções do medidor se expandiram ainda mais e ultrapassaram os limites de apenas relatórios de energia e recursos, incluindo proteção contra violações visíveis, pré-pagamento, controle de balanceamento de carga e uma série de outras funções.As leituras são lidas de redes elétricas, linhas telefônicas ou canais de transmissão de dados sem fio.