Storia del contatore elettrico

I secoli XIX e XX si sono rivelati insolitamente generosi nelle scoperte scientifiche, specialmente nel campo dell'elettromagnetismo. Il "basso inizio" del progresso scientifico e tecnico per i successivi 150 anni fu dato negli anni '20. la scoperta dell'interazione delle correnti elettriche di Andre Marie Ampere… Georg Simon Ohm si stabilì dopo di lui nel 1827 relazione tra corrente e tensione nei fili… Finalmente, nel 1831, Michael Faraday scoprì legge dell'induzione elettromagnetica, che sono alla base dei principi di funzionamento delle seguenti invenzioni chiave: generatore, trasformatore, motore elettrico.

L'elettricità divenne una merce, come è noto, grazie alla dinamo, inventata indipendentemente dal fisico ungherese Anzós Jedlik e dall'inventore elettrico tedesco Werner von Siemens rispettivamente nel 1861 e nel 1867. Da allora, la produzione di energia è stata saldamente stabilita su un percorso commerciale.

Va detto che a quel tempo le invenzioni e le scoperte "aspettavano" ad ogni passo.Le idee di lampada elettrica, dinamo, motore elettrico, trasformatore si sono cristallizzate come da sole in parti opposte del pianeta.

Qualcosa di simile accadde con il contatore, che poi fu ricordato dall'"autore" del contatore ad induzione (e allo stesso tempo co-inventore trasformatore) L'ingegnere elettrico ungherese Otto Titus Blaty: “La scienza era come una foresta pluviale. Tutto ciò di cui aveva bisogno era una buona ascia e ovunque colpissi potevi abbattere un albero enorme. «

Il primo brevetto per un contatore elettrico fu rilasciato nel 1872 all'inventore americano Samuel Gardiner. Il suo dispositivo misura il tempo impiegato dall'elettricità per raggiungere il punto di ricarica. L'unica condizione (anche questo è uno svantaggio del dispositivo) è che tutte le lampade controllate devono essere collegate a un interruttore.

La creazione di nuovi principi per il funzionamento dei contatori elettrici è direttamente correlata al miglioramento e all'ottimizzazione del sistema di distribuzione dell'elettricità. Ma poiché a quel tempo questo sistema era ancora in fase di formazione, era impossibile dire con certezza quale principio sarebbe stato ottimale. Pertanto, diverse versioni alternative sono state testate in pratica contemporaneamente.

Quanto pesa un kilowatt?

Ad esempio, se la dinamo ha permesso di produrre elettricità in volumi significativi, la lampadina Thomas Edison ha contribuito alla creazione di una vasta rete di illuminazione. Di conseguenza, il contatore Gardiner ha perso la sua rilevanza ed è stato sostituito da un contatore elettrolitico.

Nella prima fase dell'uso diffuso dei contatori elettrici, l'elettricità era letteralmente "ponderata". Il misuratore elettrolitico, inventato dallo stesso Thomas Alva Edison, funziona su questo principio.Infatti il ​​contametri era elettrolitico, dove all'inizio del periodo di conteggio veniva posta una lastra di rame accuratamente pesata (per quanto possibile all'epoca).

Come risultato del passaggio di corrente attraverso l'elettrolita, si deposita del rame. Al termine del periodo di rendicontazione, il piatto è stato nuovamente pesato e il consumo di energia elettrica è stato addebitato in base alla differenza di peso. Questo principio fu applicato per la prima volta nel 1881 e fu utilizzato con successo fino alla fine del XIX secolo.

È interessante notare che questa tassa è calcolata in piedi cubi di gas che è stato utilizzato per generare l'elettricità consumata. Ecco come è stato calibrato un elettrolizzatore Edison, quindi, per comodità, Edison ha dotato il suo dispositivo di un meccanismo di conteggio, altrimenti prendere le letture da un dispositivo di misurazione sembrava essere un processo estremamente difficile per le società elettriche e completamente impossibile per il consumatore. Tuttavia, la comodità ha aggiunto poco.

Inoltre, i contatori elettrolitici (a quel tempo Siemens Shuckert produceva un contatore dell'acqua e Schott & Gen un misuratore di mercurio) presentavano un altro significativo inconveniente comune. Possono solo registrare amperora e rimanere insensibili alle fluttuazioni di tensione.

Parallelo al contatore elettrolitico, apparve un contatore a pendolo. Per la prima volta, il principio della sua azione fu descritto dagli americani William Edward Ayrton e John Perry nello stesso anno 1881. Ma da allora, come già accennato, le idee fluttuavano nell'aria, non sorprende che tre anni dopo esattamente lo stesso bancone fu costruito in Germania da Hermann Aron.

In una forma migliorata, il misuratore è dotato di due pendoli con bobine collegate a una sorgente di corrente. Sotto il pendolo furono poste altre due bobine con avvolgimenti opposti.Un pendolo, come risultato dell'interazione delle bobine sotto un carico elettrico, si muoveva più velocemente che senza di esso.

L'altro, invece, si muoveva più lentamente. Allo stesso tempo, i pendoli cambiavano le loro funzioni ogni minuto per compensare la differenza nella frequenza iniziale di oscillazione. La differenza di viaggio è contabilizzata nel meccanismo di conteggio. All'accensione, l'orologio è stato avviato.

Vento di cambiamento

I contatori a pendolo non erano un "piacere" a buon mercato in quanto contenevano due interi orologi. Allo stesso tempo, hanno permesso di fissare amperora o wattora, il che li rendeva inadatti al funzionamento in corrente alternata.

Una scoperta rivoluzionaria a suo modo corrente alternata, realizzato (ovviamente, indipendentemente l'uno dall'altro) dall'italiano Galileo Ferraris (1885) e Nikola Tesla (1888), servì da stimolo per la fase successiva nel miglioramento dei dispositivi di misurazione.

Nel 1889 fu sviluppato un contatore di motori. È stato progettato per General Electric dall'ingegnere americano Elihu Thomson.

Il dispositivo era un motore ad armatura senza nucleo metallico. La tensione attraverso il collettore è distribuita attraverso la bobina e il resistore. La corrente guida lo statore, risultando in una coppia proporzionale al prodotto di tensione e corrente. Un elettromagnete permanente che agisce su un disco di alluminio fissato all'armatura fornisce una coppia frenante. Lo svantaggio più significativo del contatore elettrico è il collettore.

Come sapete, a quel tempo non c'era consenso nella comunità scientifica su quale dei sistemi... basato su corrente continua o corrente alternata - sarà molto promettente… Il misuratore descritto da Thomson è progettato principalmente per la corrente continua.

Crescono intanto gli argomenti a favore della corrente alternata, in quanto l'utilizzo della corrente continua non consente sbalzi di tensione e, di conseguenza, la realizzazione di impianti più grandi. La corrente alternata ha trovato un uso sempre più diffuso e all'inizio del XX secolo i sistemi a corrente alternata hanno iniziato a sostituire gradualmente la corrente continua nella pratica dell'ingegneria elettrica.

Questo ha assegnato a George Westinghouse (che ha acquisito i brevetti di Tesla per l'uso della corrente alternata) il compito di contabilizzare l'elettricità e questa contabilità doveva essere il più accurata possibile. Durante questo periodo (associato anche all'invenzione del trasformatore) fu brevettato il dispositivo, che ne fu di fatto il prototipo moderno contatore CA… La storia ha anche diversi “padri inventori” del contatore di induzione.

Il primo dispositivo di misurazione ad induzione si chiama «Ferraris meter», anche se non lo ha assemblato affatto. A merito di Ferrari va la seguente scoperta: due campi rotanti, sfasati rispetto alla corrente alternata, provocano la rotazione di un rotore solido, un disco o un cilindro. Ancora oggi vengono prodotti contatori basati sul principio dell'induzione.

L'ingegnere ungherese Otto Titus Blaty, noto anche come l'inventore del trasformatore, ha proposto la sua versione del misuratore a induzione. Nel 1889 ricevette due brevetti contemporaneamente, il numero tedesco 52.793 e il numero statunitense 423.210, per un'invenzione ufficialmente designata come "contatore elettrico a corrente alternata".

L'autore ha fornito la seguente descrizione del dispositivo: “Questo contatore è essenzialmente costituito da un corpo metallico rotante, come un disco o un cilindro, sul quale agiscono due campi magnetici sfasati tra loro.

Questo sfasamento deriva dal fatto che un campo è generato dalla corrente principale, mentre l'altro campo è generato da una bobina ad alta autoinduttanza che devia i punti nel circuito tra i quali viene misurato il consumo di energia.

Tuttavia, i campi magnetici non si intersecano in un corpo di rivoluzione, come nel noto meccanismo Ferrari, ma attraversano diverse parti di esso indipendentemente l'una dall'altra. » I primi piani di lavoro prodotti da Ganz, dove lavorava Blatti, erano fissati su una base di legno e pesavano 23 kg.

Naturalmente, allo stesso tempo, la stessa caratteristica di entrambi i campi è stata scoperta da un altro pioniere dell'ingegneria elettrica, Oliver Blackburn Shellenberger. E nel 1894 sviluppò un contatore elettrico per i sistemi AC. Il meccanismo a vite forniva coppia.

Tuttavia, questo misuratore non è adatto per funzionare con motori elettrici, in quanto non fornisce l'elemento di tensione necessario per la misurazione fattore di potenza.

Questo contatore era leggermente più piccolo del dispositivo Blati, ma anche piuttosto ingombrante e piuttosto pesante: pesava 41 chilogrammi, cioè più di 16 kg. Solo nel 1914 il peso del dispositivo fu ridotto a 2,6 kg.

Non c'è limite alla perfezione

Si può quindi affermare che all'inizio del XX secolo il bancone è entrato a far parte della pratica quotidiana. Ciò è confermato anche dalla comparsa del primo standard di misurazione. È stato emesso dall'American National Standards Institute (ANSI) nel 1910.

Tipicamente, oltre a riconoscere l'importanza del significato scientifico dei dispositivi di misurazione, la norma sottolinea anche l'importanza della componente commerciale. Il primo standard di misurazione conosciuto della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) risale al 1931.

All'inizio del XX secolo, i dispositivi avevano subito una serie di modifiche, senza tener conto della riduzione del peso e delle dimensioni: espansione dell'intervallo di carico, compensazione delle variazioni del fattore di carico, tensione e temperatura, aspetto della sfera cuscinetti e cuscinetti magnetici (che hanno ridotto notevolmente l'attrito). Le caratteristiche di qualità degli elettromagneti del freno e la rimozione dell'olio dal supporto e dal meccanismo di conteggio sono state migliorate, il che ha aumentato la durata.

Allo stesso tempo, sono comparsi nuovi tipi di contatori: contatore multitariffa, contatore di carico di punta, contatore di energia prepagato e contatori di induzione trifase. Quest'ultimo utilizza due o tre sistemi di misura montati su uno, due o tre dischi. Nel 1934 apparve un misuratore di energia attiva e reattiva sviluppato da Landis & Gyr.

L'ulteriore corso del progresso scientifico e tecnico, nonché lo sviluppo delle relazioni di mercato, hanno trovato espressione nella produzione di dispositivi di misurazione. Lo sviluppo dell'elettronica ebbe un grave impatto: negli anni '70, insieme ai dispositivi di misurazione a induzione, apparvero dispositivi di misurazione elettronici. Naturalmente, questo ha notevolmente ampliato la funzionalità dei dispositivi. Prima di tutto, lo è sistemi contabili automatizzati (ASKUE), modalità multitariffa.

Successivamente, le funzioni del contatore si sono ulteriormente espanse e sono andate oltre i limiti della sola segnalazione di energia e risorse, includendo protezione contro violazioni visibili, pagamento anticipato, controllo del bilanciamento del carico e una serie di altre funzioni.Le letture vengono lette da reti elettriche, linee telefoniche o canali di trasmissione dati wireless.