היסטוריה של מד החשמל

המאות ה-19 וה-20 התגלו כנדיבות בצורה יוצאת דופן בתגליות מדעיות, במיוחד בתחום האלקטרומגנטיות. "ההתחלה הנמוכה" של ההתקדמות המדעית והטכנית ל-150 השנים הבאות ניתנה בשנות ה-20. גילוי האינטראקציה של זרמים חשמליים מאת אנדרה מארי אמפר... גאורג סיימון אוהם התיישב אחריו ב-1827 הקשר בין זרם ומתח בחוטים... לבסוף, בשנת 1831, גילה מייקל פאראדיי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, העומדים בבסיס עקרונות הפעולה של ההמצאות המרכזיות הבאות - גנרטור, שנאי, מנוע חשמלי.

חשמל הפך לסחורה, כידוע, הודות לדינמו, שהומצא באופן עצמאי על ידי הפיזיקאי ההונגרי אנזוס ידליק וממציא החשמל הגרמני ורנר פון סימנס ב-1861 ו-1867 בהתאמה. מאז, ייצור החשמל התבסס היטב במסלול מסחרי.

יש לומר שבאותה תקופה "המתינו" המצאות ותגליות בכל צעד ושעל.הרעיונות של מנורה חשמלית, דינמו, מנוע חשמלי, שנאי התגבשו כאילו מעצמם בחלקים מנוגדים של כדור הארץ.

משהו דומה קרה עם המונה, שנזכר מאוחר יותר על ידי ה"מחבר" ​​של מונה האינדוקציה (ובמקביל הממציא השותף שַׁנַאי) מהנדס החשמל ההונגרי אוטו טיטוס בלאטי: "המדע היה כמו יער גשם. כל מה שהוא היה צריך זה גרזן טוב ובכל מקום שבו תפגע אפשר לכרות עץ ענק. «

הפטנט הראשון על מד חשמלי הונפק בשנת 1872 לממציא האמריקאי סמואל גרדינר. המכשיר שלו מודד את הזמן שלוקח לחשמל להגיע לנקודת הטעינה. התנאי היחיד (זה גם חסרון של המכשיר) הוא שכל המנורות המבוקרות חייבות להיות מחוברות למתג אחד.

יצירת עקרונות חדשים להפעלת מדי חשמל קשורה ישירות לשיפור וייעול מערכת חלוקת החשמל. אבל מכיוון שבאותה תקופה עדיין נוצרה מערכת זו, אי אפשר היה לומר בוודאות איזה עיקרון יהיה אופטימלי. לכן, מספר גרסאות חלופיות נבדקו בפועל במקביל.

כמה שוקל קילוואט?

לדוגמה, אם הדינמו איפשר לייצר חשמל בהיקפים משמעותיים, אז נורת תומס אדיסון תרמה ליצירת רשת תאורה נרחבת. כתוצאה מכך, מונה גרדינר איבד את הרלוונטיות שלו והוחלף במונה אלקטרוליטי.

בשלב המוקדם ביותר של השימוש הנרחב במוני חשמל, החשמל היה ממש "שוקל". מד האלקטרוליטי, שהומצא על ידי אותו תומס אלווה אדיסון, עובד על עיקרון זה.למעשה, מונה המונה היה אלקטרוליטי, כאשר בתחילת תקופת הספירה הונחה פלטת נחושת שקולה במדויק מאוד (עד כמה שניתן באותה עת).

כתוצאה ממעבר הזרם דרך האלקטרוליט, מונחת נחושת. בתום תקופת הדיווח, הצלחת נשקללה שוב וצריכת החשמל נגבה על סמך הפרש המשקל. עיקרון זה יושם לראשונה בשנת 1881 והיה בשימוש בהצלחה עד סוף המאה ה-19.

ראוי לציין כי עמלה זו מחושבת בקוב גז ששימש לייצור החשמל הנצרך. כך כייל אלקטרוליזר של אדיסון ואז, מטעמי נוחות, אדיסון צייד את המכשיר שלו במנגנון ספירה - אחרת, בדיקת קריאות ממכשיר מדידה נראה היה תהליך קשה ביותר עבור חברות החשמל ובלתי אפשרי לחלוטין עבור הצרכן. עם זאת, הנוחות הוסיפה מעט.

בנוסף, למדדים אלקטרוליטיים (באותה תקופה סימנס שוקרט ייצרה מד מים ו-Schot & Gen מד כספית) היה חסרון משותף משמעותי נוסף. הם יכולים להקליט רק שעות אמפר ולהישאר חסרי רגישות לתנודות מתח.

במקביל למונה האלקטרוליטי הופיע מונה מטוטלת. לראשונה, עיקרון פעולתו תואר על ידי האמריקאים וויליאם אדוארד איירטון וג'ון פרי באותה שנה 1881. אבל מאז, כאמור, רעיונות צפו באוויר, אין זה מפתיע ששלוש שנים מאוחר יותר. בדיוק אותו דלפק נבנה בגרמניה על ידי הרמן ארון.

בצורה משופרת, המונה מצויד בשתי מטוטלות עם סלילים המחוברים למקור זרם. שני סלילים נוספים עם פיתולים מנוגדים הונחו מתחת למטוטלת.מטוטלת, כתוצאה מאינטראקציה של הסלילים תחת עומס חשמלי, נעה מהר יותר מאשר בלעדיה.

השני, לעומת זאת, נע לאט יותר. במקביל, המטוטלות שינו את תפקידיהן מדי דקה כדי לפצות על ההבדל בתדירות התנודה הראשונית. ההבדל בנסיעות מובא במנגנון הספירה. עם ההפעלה, השעון הופעל.

רוח של שינוי

מוני מטוטלת לא היו "תענוג" זול מכיוון שהם הכילו שני שעונים שלמים. במקביל, הם אפשרו לתקן שעת אמפר או וואט, מה שהפך אותם לא מתאימים להפעלת AC.

תגלית מהפכנית בדרכה זרם חליפין, שנעשו (כמובן, ללא תלות זה בזה) על ידי גלילאו פראריס האיטלקים (1885) וניקולה טסלה (1888), שימשו כגירוי לשלב הבא בשיפור מכשירי המדידה.

בשנת 1889 פותח מונה מוטורי. הוא תוכנן עבור ג'נרל אלקטריק על ידי המהנדס האמריקאי אליהו תומסון.

המכשיר היה מנוע אבזור ללא ליבת מתכת. המתח על הקולט מופץ על פני הסליל והנגד. זרם מניע את הסטטור, וכתוצאה מכך מומנט פרופורציונלי למכפלת המתח והזרם. אלקטרומגנט קבוע הפועל על דיסק אלומיניום המחובר לאבזור מספק מומנט בלימה. החיסרון המשמעותי ביותר של מד החשמל הוא הקולט.

כידוע, באותה תקופה לא היה קונצנזוס בקהילה המדעית לגבי איזו מהמערכות... מבוסס על זרם ישר או זרם חילופין - יהיה מבטיח ביותר... המד המתואר על ידי תומסון מיועד בעיקר לזרם ישר.

בינתיים גוברים הטיעונים בעד זרם חילופין, שכן השימוש בזרם ישר אינו מאפשר שינויי מתח וכתוצאה מכך יצירת מערכות גדולות יותר. זרם חילופין מצא שימוש נרחב יותר ויותר, ובתחילת המאה ה-20 החלו מערכות זרם חילופין להחליף בהדרגה את הזרם הישר בעיסוק בהנדסת חשמל.

זה קבע עבור ג'ורג' וסטינגהאוס (שרכש את הפטנטים של טסלה לשימוש בזרם חילופין) את המשימה לחשב את החשמל והחשבון הזה היה צריך להיות מדויק ככל האפשר. בתקופה זו (הקשורה גם להמצאת השנאי) נרשמה פטנט על המכשיר, שהיה למעשה אב הטיפוס מד AC מודרני... בהיסטוריה יש גם כמה "אבות ממציאים" של מונה האינדוקציה.

מכשיר מדידת האינדוקציה הראשון נקרא «מד פראריס», למרות שהוא לא הרכיב אותו כלל. לזכותה של פרארי ייאמר התגלית הבאה: שני שדות מסתובבים, שנמצאים מחוץ לפאזה עם זרם החילופין, גורמים לסיבוב של רוטור מוצק - דיסק או צילינדר. מונים המבוססים על עקרון האינדוקציה מיוצרים עד היום.

המהנדס ההונגרי אוטו טיטוס בלאטי, הידוע גם כממציא השנאי, הציע את הגרסה שלו למד האינדוקציה. בשנת 1889, הוא קיבל שני פטנטים בבת אחת, מספר גרמני 52,793 ומספר אמריקאי 423,210, על המצאה שהוגדרה רשמית כ"מונה זרם חילופין חשמלי".

המחבר נתן את התיאור הבא של המכשיר: "מונה זה מורכב בעיקרו מגוף מסתובב מתכתי, כגון דיסק או צילינדר, שעליו פועלים שני שדות מגנטיים שנמצאים מחוץ לפאזה זה עם זה.

הסטת פאזה זו נובעת מהעובדה ששדה אחד נוצר על ידי הזרם הראשי, בעוד שהשדה השני נוצר על ידי סליל השראות עצמית גבוהה המרחף את הנקודות במעגל שביניהם נמדדת צריכת החשמל.

עם זאת, השדות המגנטיים אינם מצטלבים בגוף מהפכה, כמו במנגנון הפרארי הידוע, אלא עוברים דרך חלקים שונים שלו ללא תלות זה בזה. » המשטחים הראשונים שיוצרו על ידי גנץ, בו עבד בלטי, נקבעו על בסיס עץ ושקלו 23 ק"ג.

כמובן, באותו זמן, אותו מאפיין של שני התחומים התגלה על ידי חלוץ אחר של הנדסת חשמל, אוליבר בלקברן שלנברגר. ובשנת 1894, הוא פיתח מד חשמל למערכות AC. מנגנון ההברגה סיפק מומנט.

עם זאת, מד זה אינו מתאים לעבודה עם מנועים חשמליים, שכן הוא אינו מספק את אלמנט המתח הנדרש למדידה גורם כוח.

המונה הזה היה מעט קטן יותר ממכשיר הבלאטי, אבל גם די מגושם ודי כבד - הוא שקל 41 ק"ג, כלומר יותר מ-16 ק"ג. רק בשנת 1914, משקלו של המכשיר הצטמצם ל-2.6 ק"ג.

אין גבול לשלמות

לפיכך, ניתן לקבוע כי בתחילת המאה ה-20 הפך הדלפק לחלק מהפרקטיקה היומיומית. זה מאושר גם על ידי הופעתו של תקן המדידה הראשון. הוא הונפק על ידי מכון התקנים הלאומי האמריקאי (ANSI) בשנת 1910.

באופן אופייני, בנוסף להכרה בחשיבות המשמעות המדעית של מכשירי מדידה, התקן מדגיש גם את חשיבות המרכיב המסחרי. תקן המדידה הראשון הידוע של הוועדה האלקטרוטכנית הבינלאומית (IEC) מתוארך לשנת 1931.

עד תחילת המאה ה-20, המכשירים עברו מספר שינויים, מבלי לקחת בחשבון את הפחתת המשקל והממדים: הרחבת טווח העומס, פיצוי על שינויים במקדם העומס, מתח וטמפרטורה, מראה הכדור. מיסבים ומסבים מגנטיים (שהפחיתו משמעותית את החיכוך). שופרו מאפייני האיכות של האלקטרומגנטים של הבלמים והוצאת השמן מהתמיכה ומנגנון הספירה, מה שהגדיל את חיי השירות.

במקביל, הופיעו סוגים חדשים של מונים - מד רב תעריף, מד עומס שיא, מד אנרגיה בתשלום מראש וכן מדי אינדוקציה תלת פאזיים. האחרון משתמש בשתיים או שלוש מערכות מדידה המותקנות על דיסק אחד, שניים או שלושה. בשנת 1934 הופיע מד אנרגיה פעיל ותגובתי שפותח על ידי Landis & Gyr.

המשך ההתקדמות המדעית והטכנית, כמו גם התפתחות יחסי השוק, מצאו ביטוי בייצור מכשירי מדידה. להתפתחות האלקטרוניקה הייתה השפעה רצינית - בשנות ה-70, יחד עם מכשירי מדידת אינדוקציה, הופיעו מכשירי מדידה אלקטרוניים. באופן טבעי, זה הרחיב מאוד את הפונקציונליות של המכשירים. קודם כל, זה כן מערכות חשבונאות אוטומטיות (ASKUE), מצב ריבוי תעריפים.

בהמשך, התרחבו הפונקציות של המונה עוד יותר וחרגו מגבולות הדיווח על אנרגיה ומשאבים בלבד, זה כולל הגנה מפני הפרות גלויות, תשלום מראש, בקרת איזון עומסים ועוד מספר פונקציות.קריאות קריאות מרשתות חשמל, קווי טלפון או ערוצי העברת נתונים אלחוטיים.