Power meter инструкция на русском скачать бесплатно

   Ваттметр (измеритель мощности электрического тока) кажется элементарным прибором, но на самом деле он должен выполнить непростую математическую задачу.
   Ведь это только в школьном учебнике физики для получения мощности просто надо перемножить ток на напряжение!
   А по жизни ток может иметь гораздо более сложную форму, чем синус или постоянный ток; причем фаза тока и напряжения могут не совпадать, и всё это надо как-то учесть.
   Современные цифро-аналоговые процессоры (можно назвать микроконтроллерами) позволяют эту задачу решить прямым вычислительным способом: взять величину тока и напряжения за каждый дискрет времени, перемножить их и просуммировать за некоторый интервал времени; в результате чего получить мощность и ещё кучу разнообразных параметров.
   В этом обзоре будет рассмотрена одна из многочисленных разновидностей такого рода приборов:

(изображение с Алиэкспресс)

 Несколько слов, поясняющих, почему точное значение мощности нельзя получить, просто взяв и перемножив ток на напряжение.

  Такой способ — вполне корректен для «идеального» синуса, у которого ток точно совпадает по фазе с напряжением; но в наших розетках нет идеального синуса и нет точного совпадения по фазе тока и напряжения!

   Вот пример осциллограммы напряжения в розетке:

   Иными словами, такая форма напряжения может создать некоторую погрешность метода, причём в данном случае даже затруднительно предсказать знак погрешности.

   А ещё в добавок может быть сдвиг фазы между током и напряжением, разный для разных гармоник сигнала, если в нагрузке присутствует реактивная составляющая.

    И вот здесь на помощь приходят цифровые ваттметры, которые могут всё замерить и посчитать, «как надо»! Причём, смогут замерить не только основной параметр (мощность), но и сопутствующие: ток, напряжение, коэффициент мощности (он же — знаменитый «косинус фи»). И, дополнительно — расход энергии и даже денег.

Внешний вид, конструкция и схемотехника ваттметра

    Внешний вид ваттметра представлен на следующих фото:

   Ваттметр вставляется прямо в розетку, а в него вставляется питаемое устройство, чью мощность потребления надо измерить. Пользование таким ваттметром удобно и практично!

   Собственно, за это такие приборы и называют в народе «ваттметрами в розетку». Звучит немного жаргонно, но суть отражает верно.

   Экран ваттметра — буквенно-цифровой жидкокристаллический, без подсветки.

   Обновление экрана происходит примерно раз в 2 секунды. Это — время накопления и усреднения мощности. Производитель мог бы легко реализовать и более быстрое обновление, но это привело бы к «мельтешению» показаний.

   На задней стороне прибора находится шильдик с его параметрами:

   Всё здесь ясно и понятно, за исключением третьей строки: «Wide voltage range: 230V —-250V».

   Ну какой же он «Wide»?! Это не «Wide», а убожество какое-то! Неужели он при стандартном напряжении 220 Вольт не сможет работать?!

   Как оказалось, сможет. А вопрос о нижней границе работоспособности прибора будет происследован в обзоре отдельно.

   Половинки ваттметра скреплены тремя шурупами и тремя защёлками. Удерживают прибор в собранном виде они очень прочно, но и разборка каких-то больших технологических сложностей не представляет.

   Раскрываем прибор:

   Электронная часть прибора состоит из двух плат.

   Плата на левой половине отвечает за индикацию, а плата на правой половине — за измерения и вычисления.

   С той её стороны, которая обращена к нам, видно несколько важных элементов схемы.

   Зелёненький «бочонок» слева вверху платы — это никель-металлогидридный аккумулятор из 3-х элементов ёмкостью 20 мАч на напряжение 3.6 В. Сразу надо сказать, что он — не для работы прибора, а только для подпитки с целью сохранения параметров при отключении от питающей сети.

   То есть, прибор с ним включится (по нажатию кнопки), но ничего замерить не сможет (если подать на него какое-то небольшое напряжение).

   Под ним — пара электролитов (фильтрация питания), а далее под ними — большой желтый «сухой» конденсатор.

   Посмотрим на него в другом ракурсе:

   Номинал желтого конденсатора — 0.68 мкФ, он работает реактивным гасителем лишнего напряжения для системы питания самого ваттметра.

   Последовательно с ним подключен резистор 33 Ом (справа от конденсатора); он служит для предотвращения резких бросков тока в момент включения ваттметра в розетку.

   А слева от конденсатора — шунт в виде скобы из толстой проволоки. Он нужен для замера протекающего в нагрузку тока.

   Ещё на этой стороне платы находится кварц, необходимый для тактового генератора аналого-цифрового процессора, расположенного на обратной стороне платы. Вот ей сейчас и займёмся.

   Главная микросхема на плате (U3) — специализированный цифро-аналоговый процессор BL6523GX, спроектированный для измерения мощности.

   Его структурная схема (взята из datasheet):

   Рассматривать эту схему не будем, чтобы не утяжелять обзор.

   Ещё одна микросхема (U2), поменьше, — это ATMHK220 24CO2N. Она работает в качестве флеш-памяти с последовательной передачей данных.

   Последняя, самая маленькая микросхема (U3, 78L05) — стабилизатор питания 5 В.

Режимы ваттметра

   Посмотрим на органы управления ваттметра:

   На передней панели имеются 5 кнопок: 4 большие кнопки и одна полускрытая кнопка — RESET.

    Кнопкой RESET рекомендую пользоваться при каждом включении прибора в розетку, иначе он может показывать белиберду. После нажатия RESET прибор работает стабильно, проблем нет.

   Из остальных кнопок самая главная — это FUNCTION. С помощью этой кнопки пользователь определяет, какую информацию он желает посмотреть.

   При нажатии на эту кнопку последовательно переключаются по кругу следующие режимы отображения:

• Время работы (с ненулевой мощностью) + мощность + стоимость (если была установлена цена за КВт*час);
• Время работы + суммарное потребление энергии (накопление);
• Время работы + напряжение в сети;
• Время работы + потребляемый ток + коэффициент мощности (косинус фи);
• Время работы + минимальная потребляемая мощность за время работы;
• Время работы + максимальная потребляемая мощность за время работы;
• Стоимость за КВт*час (просмотр и установка).

  Остальные три кнопки как раз используются для установки цены за КВт*час.

   Как выглядит экран ваттметра в режимах показа напряжения и тока, можно посмотреть на следующих фото (режим мощности был показан выше):

   Теперь перейдём к оценке «профпригодности» ваттметра — его тестированию.

Тестирование ваттметра

   Первым делом проверяем точность измерения прибором напряжения и тока. Для этого проводилось сравнение показаний с мультиметром DT9205A:

   Если взять за основу показания мультиметра, то ваттметр слегка занижает показания по напряжению (на 0.7%). Учитывая ограниченную точность обоих приборов, можно считать, что расхождений нет.

   По току расхождение составило чуть больше: 1.5% с тем же знаком (ваттметр показал меньше).

   Соответственно, при измерении мощности эти две погрешности сложатся, и погрешность измерения мощности должна будет составить 2.2%. Но эта цифра — только ориентировочная (с учетом возможной погрешности мультиметра).

   Конечно, по-хорошему надо бы проверять тестируемый ваттметр не с помощью вольтметра и амперметра, а с помощью образцового ваттметра, сертифицированного Ростестом. Но извиняйте: чего нет, того нет.

   Теперь подсовываем прибору простую активную нагрузку — лампу накаливания 25 Вт:

   Эх,  как же он приятен — тёплый ламповый свет! Но речь в данном случае о том, что номинальная мощность лампы подтвердилась с высокой точностью.

Теперь — небольшая таблица с пробными замерами различной аппаратуры, которая покажет, в том числе, как «дурят нашего брата»:

Тестируемая аппаратура	Номинальная мощность	Измеренная мощность	Измеренный коэффициент мощности
Паяльник	25 Вт	27.3 Вт	0.97
Светодиодная лампа «Старт»	10 Вт	8.3 Вт	0.59
Светодиодная лампа «Старт»	15 Вт	11.8 Вт	0.59
Микроволновка в простое	—	1.8 Вт	0.44
Микроволновка (в режиме 800 Вт)	1200 Вт	1274 Вт	0.91
Зарядка смартфона	10 Вт	11.1 Вт	0.54
Системный блок компьютера (выключен)	—	2.7 Вт	0.35
Системный блок компьютера (включен, в простое)	—	45 — 67 Вт	0.54
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Linpack)	—	95 — 98 Вт	0.75
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Большой набор)	—	105 — 111 Вт	0.76

   Немного обсудим полученные результаты.

   Микроволновка показала результат заметно выше указанной на ней самой номинальной мощности. Учитывая высокий КПД магнетрона, можно предположить, что и на нагрев продуктов пошло не заданные 800 Вт, а значительно больше.

   Это — пример обмана в пользу потребителя, но одновременно потребителю надо задуматься и о достаточной «прочности» электропроводки.

   Интересной была попытка замерить мощность микроволновки в режиме «320 Вт». Микроволновка периодически то включалась на полную мощность (1274 Вт), то периодически снижала мощность почти до нуля, чтобы в среднем получилось 320 Вт.

   Со светодиодными лампами обман получился уже в обратную сторону, т.е. лампам мощности недодали.

   В тесте компьютера надо иметь в виду, что это был не игровой компьютер, а компьютер офисного типа. Игровой компьютер будет потреблять значительно больше, особенно в моменты наиболее жарких баталий.

   В общем, ваттметр помог совершить много интересных открытий касательно имеющейся в доме аппаратуры.

   Последний вопрос в тестировании ваттметра — нижний предел его работоспособности по напряжению.

   Для выяснения этого вопроса был использован трансформатор ТПП-282-127/220-50 с множеством отводов от первичной обмотки (своего рода замена ЛАТР-у).

   Эксперименты с подключением к разным отводам трансформатора показали, что ваттметр работоспособен при напряжении 112 Вольт и выше (по показаниям самого ваттметра). При более низких напряжениях прибор включался, но ничего не измерял (показывал нулевые ток, напряжение и мощность).

   Таким образом, ваттметр будет работоспособным даже при значительных колебаниях напряжения в питающей сети.

Итоги и выводы

   Протестированный «ваттметр в розетку» показал точность, вполне достаточную для бытовых применений (без претензий на что-то более высокое). И это — главное.

   Естественно, у него есть множество недостатков, простительных за его цену.

   У него нет возможности передать данные в компьютер или смартфон; нет и возможности запротоколировать график потребления мощности по времени.

   Мне лично ещё не понравилось, что у него нет возможности вывести на экран одновременно мощность, напряжение и потребляемый ток. Чтобы их увидеть, надо поочерёдно переключаться между экранами.

   И, конечно, отсутствие подсветки экрана — тоже не украшение.

   Но, с учётом цены, право же, всё это — мелочи.

   Купить ваттметр можно на Алиэкспресс по этой ссылке.

   Кроме протестированного варианта ваттметра в таком же корпусе выпускается ваттметр на основе другого процессора. Он не тестировался, но, вероятно, должен показать аналогичные характеристики.

   Всем спасибо за внимание!

Более слабая версия (20 A / 4,4 кВт) оснащена измерительным шунтом с сопротивлением 3 мОм, а более сильная (100 A / 22 кВт) имеет внешний трансформатор тока с коэффициентом 2000:1 (или 50 A / 25 мА). Сам трансформатор, по словам производителя, приспособлен для измерения тока с интенсивностью не превышающей 150 А.

Технические характеристики измерителя

• Модель: P06S-20 6 в 1 LCD AC Power Meter
• Значение измеряемой частоты: 50~60 Гц
• Диапазон измерения мощности: 0.01 ~ 5000 Вт
• Диапазон измерения электроэнергии (5 цифр): 0.01 кВт·ч ~ 99999 кВт·ч
• Диапазон измерения тока: 0.0 ~ 20 А
• Коэффициент мощности: диапазон: 0~1 PF, Формат отображения: PF0.00 ~ 1.00
• Номинальная мощность: 4400 Вт
• Максимальная мощность: 5000 Вт
• Энергопотребление: < 1 Вт
• Разрешение: 1 В, 0.01 A, 0.01 Вт, 0.01 кВт·ч
• Максимальный ток: 20 Ампер
• Рабочее напряжение: 110 ~ 250 В
• Погрешность напряжения: ±1%
• Погрешность контроля тока: ±2%
• Погрешность мощности: ±2%
• Размер: 8.5 x 4.7 x 2.8 см

Функциональные возможности

Показания в верхней части дисплея могут быть следующими:

• напряжение в сети (Вольт);
• текущее потребление тока (Ампер);
• максимально зафиксированный ток (Ампер);
• текущее потребление мощности (Ватт);
• максимально зафиксированная мощность (Ватт);
• ток перегрузки (Ампер);
• частота тока сети (Герц);
• коэффициент мощности (cos φ).

Данные обновляются примерно раз в полторы секунды. В средней части можно наблюдать:

• время работы подключенного устройства;
• текущее время;
• общее количество «набежавших» киловатт-час (кВт*ч);
• стоимость 1 киловатта в час (задаётся);
• общая стоимость за время работы.

Обновление раз в секунду. Нижняя часть дисплея отведена для статистики «съеденных» кВт*ч за 7 дней. Крайний правый столбец обозначен как «-1», то есть показания за вчерашний день. Каждая полоска может обозначать 1, 2, 5, 10 или 15 кВт*ч, подбирается автоматически. Функция статистики пригодится тем, кто планирует постоянно использовать ваттметр, а не для единичных измерений.

Далее инструкция по одной управляющей кнопке:

1. Нажать кнопку, чтобы включить или выключить подсветку.
2. Удерживать в течение 3-х секунд, чтобы выставить порог сигнализации мощности. 2.1. попадем на настройку сигнализации мощности (заводская по умолчанию установлена на 4.4 кВт). 2.2. Начнет моргать 1-я цифра самого высокого разряда; однократное нажатие добавит единицу; удерживайте кнопку в течение 2-х секунд для перемещения на следующую цифру (разряд); максимальное значение, которое можно установить, 99.9 кВт. 2.3. Если не нажимать кнопку 5 секунд, произойдет выход из настроек с сохранением текущих данных.
3. Удерживайте кнопку 5 секунд — система выполнит сброс в настройки по-умолчанию: очистится счетчик электроэнергии, и сигнализация мощности сбросится до заводской установки.

При превышении порога сигнализации мощности устройство начинает мигать подсветкой.

Потребляемая мощность измерителя составляет менее 1 Вт. Измеритель оснащен одной кнопкой, с помощью которой можем включать или выключать подсветку, устанавливать аварийный сигнал перегрузки и сбрасывать счетчик энергии. Выбор функции осуществляется путем изменения времени удерживания кнопки. Стоит отметить, что прибор сохраняет свою индикацию даже после отключения питания.

В коробке, помимо измерителя и трансформатора (для мощной модели), находится скромное руководство по эксплуатации, напечатанное на одном листе. С одной стороны английская версия, с другой – китайская.

Оба измерителя основаны на одной и той же печатной плате, отличаясь только конфигурацией резисторов. В версии 20 А стоят два резистора по 6 мОм – они соединены параллельно в типоразмере 2512, образуя измерительный шунт, а в версии 100 А (оснащенный трансформатором) резистор 1 Ом типоразмера 0603.

При максимальном токе 20 А, на шунте падение 60 мВ, что даст 0,6 Вт на резистор (резисторы такого размера могут рассеивать 1 Вт).

В версии с трансформатором, при максимальном токе 100 А через шунт будет протекать ток 50 мА, что будет соответствовать падению напряжения 50 мВ и мощности 2,5 мВт, с которой резистор с размером 0603 должен легко справиться.

Основой схемы является специализированный микроконтроллер HT5019. Это чип для построения однофазных измерителей мощности на основе ядра M0 с флэш-памятью объемом 128 КБ. Второй интегральной микросхемой присутствующей на плате, является драйвер LCD (32×4) VK1621B. Бестрансформаторный источник питания, состоящий из конденсатора и резистора, отвечает за питание электроники. Тут нет приличной защиты этого источника питания (не считая резистора).

Упаковка и внешний вид

Заказ прибыл в стандартном мелком пакете, внутри — пузырчатая пленка, в которой картонная коробка с ваттметром (упакован еще в полиэтиленовую пленку).

Сзади видим наклейку с характеристиками питания ваттметра, также размещены знаки качества TUV и GS, якобы прибор проверен на безопасность и всё хорошо Тем не менее, продавец по моей просьбе отправил сканы сертификатов. Насколько им доверять я не могу сказать, но это лучше, чем ничего.

Схема подключения P06S-100 и P06S-20

По схеме вход сети 220 В подключается к выводам 3 и 4, а выход, то есть нагрузка – к выводам 1 и 4.

Полезное: Автомобильный датчик парковки заднего хода

Подключить оба модуля очень просто – они оснащены прочным винтовым соединением, две клеммы которого (обозначенные как L и N) используются для подключения источника питания. В версии 20 A приемник энергии подключен между клеммой L и клеммой «1» (шунт на N-проводе). В случае исполнения с трансформатором (подключенным к клеммам «1» и «2») важно направление монтажа трансформатора на кабеле – на нем есть стрелка, которая должна указывать в направлении «ноль» (L -> N).

Кнопка, представляющая собой микровыключатель, выступающий через отверстие в корпусе, немного примитивна. Другой проблемой является отсутствие знака CE, ведь без этого знака товар не может быть допущен к торговле в ЕС. Трудно сказать относится ли это к данному экземпляру, но версия на 20 А имеет явно худший дисплей – у нее очень малые углы обзора, а при включении подсветки он становится практически неразборчивым. В версии P06S-100 дисплей имеет отличную читаемость, как без подсветки, так и с подсветкой:

Устройство не имеет сертификатов, а производитель в некоторых моделях даже не указывает точность измерений. Вот параметры:

• Разрешение дисплея: напряжение: 1 В, мощность: 0,01 Вт (до 100 Вт), ток: 0,01 А (до 10 А),
• Коэффициент мощности: 0,01 (1%),
• Измеряемая энергия: 0,01 кВт / ч (до 1000 Вт).
• Частота обновления данных: 1 Гц

Значения в скобках являются пределом самого низкого диапазона измерения, более высокие значения могут быть измерены, но с уменьшенным разрешением.

Настройки

Ваттметр имеет 4 кнопки.

• OK — сохранить установки / сбросить значение максимально измеренной мощности, силы тока;
• VALUE H/+ — переключение режимов измеряемых параметров в верхней части дисплея (сила тока, напряжение, мощность и т.п);
• DISPLAY M/- — переключение отображаемых показаний в средней части дисплея (время работы устройства, общее количество кВт*ч, общая стоимость и т.п);
• SET — вход в режим изменения времени, стоимости одного кВт*ч.

Для установки стоимости одного кВт*ч необходимо нажимать кнопку DISPLAY, пока не отобразится COST kWh, затем 5 секунд удерживать кнопку SET до появления звукового сигнала, кнопками H/+ и M/- установить стоимость в рублях. Переключение между разрядами осуществляется кнопкой SET, кнопка OK завершает ввод. Замечу, что отображается знак евро, на рубли изменить нельзя, но ведь это не имеет особого значения. Есть возможность установить еще и ночной тариф (стоимость и время, когда он начинает действовать).

Для сброса счетчика времени, общих кВт*ч и стоимости нужно нажимать кнопку VALUE, пока не появится значение силы тока (A), затем нажать и удерживать OK до появления сигнала (спасибо за информацию Юрию).

Тестирование цифрового ваттметра

Следующим тестом стал лабораторный источник питания мощностью 0,5 кВт, нагруженный активной нагрузкой 150 Вт.

Как видите, устройства немного отличаются по показаниям, но в принципе такие расхождения допустимы.

Наконец, еще пару измерений коэффициента мощности с волнами тока и напряжения:

Лампа: PF = 0,99; = 8 °

Трансформаторный паяльник: PF = 0,90; = 346 °

Как видите, похоже коэффициент мощности рассчитан правильно.

Современные интеллектуальные ваттметры

Такие приборы широко применяются в исследовательских лабораториях, занимающихся усовершенствованием принципов энергосбережения.

В качестве примера интеллектуальной розетки-ваттметра к рассмотрению предлагается модель TP-Link HS110, пользующаяся большой популярностью у потребителя. Ее работа характеризуется следующим образом:

• управление и снятие показаний по потребленной мощности возможно на расстоянии;
• предусмотрена дистанционная коммутация домашних потребителей электроэнергии;
• удаленный мониторинг энергопотребления позволяет пользователю выбрать оптимальный режим работы отопления, а также поможет выставить нужный уровень потребляемой мощности.

Несмотря на все достоинства умных измерителей энергии, включаемых в розетку, у них имеются и определенные недостатки: высокая стоимость интеллектуальных изделий и зависимость их функциональности от надежности действующего канала связи.

Измерительный блок на базе P06S-100

А вот простой самодельный измерительный блок на основе модуля P06S. Некоторое время назад заказали измерительный модуль P06S-100. Он полежал немного в тумбочке, пока не захотелось проверить, сколько тока и мощности потребляет 3D-принтер. А заодно и другая бытовая электроника.

Все было собрано в корпусе из пластикового вентиляционного канала. Из деталей использовались:

• модуль P06S-100,
• вентиляционный канал,
• автоматический выключатель Legrand B6,
• 2 разъема с заземлением,
• 2 переключателя с подсветкой,
• 2 линии подключения,
• компьютерная розетка с катушками и конденсаторами,
• предохранитель.

Были сделаны внутренние соединения 2,5 мм2 кабелем, который остался после монтажа электрической сети.

В конце сделаны розетки и подключен предохранитель автомат на 6 А. По ценам в местном магазине электротоваров это обошлось в 2000 рублей.

Также есть тут розетка с лампочкой для проверки приборов. Устройство работает правильно, причём независимо от того, как оно подключено к нулю и фазе: L и N.

Напряжение помех в сети будет накапливаться на измерительном резисторе, и для измерительной схемы оно всегда будет иметь одинаковое значение, независимо от того, находится ли оно на шине L или на N.

Подводя итог можно сказать, что оба ваттметра работают правильно и подходят для долгосрочного мониторинга потребления электроэнергии устройством. Однако следует учитывать, что устройство не было проверено ни одной авторитетной лабораторией и практически не имеет функций безопасности. Да, между клеммами L и N имеется изолирующий слот, а варистор VDR 10D471K подключен параллельно к этим клеммам. Однако нет предохранителя, который сгорел бы после активации варистора.

Но несмотря на эти недостатки, успешно используем такой счетчик, встроенный в электрический щиток, уже 4 года, для контроля энергопотребления внешних потребителей на приусадебном участке. Распределительное устройство расположено на стене здания, а многофункциональный цифровой ваттметр пережил вторую зиму и работает без нареканий. Просто вы должны помнить, что это не точный лабораторный инструмент, и его показания следует рассматривать как приблизительные.

Виды мощности электросетей

В промышленности и быту используются цепи постоянного и переменного движения тока. Для каждой из них применяют свой метод получения результата. В линиях непрерывной подачи энергии ватты вычисляются перемножением текущего напряжения на амперы потребления. Для периода времени, в формулу добавляется прошедшее его количество:

В отношении переменных сетей все сложнее. В них различают несколько видов мощности, важных для получения итоговых результатов измерения:

• Мгновенная. Формула нахождения для синусоидальных сетей, наподобие классических бытовых электролиний — Pватт = Uвольт × Iампер × cos φ, где φ — угол сдвига фаз. Если вид электрического сигнала отличается, — «мгновенное» количество ватт вычисляют по сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Другой способ получения значения — знание проводимости цепи, или ее активного сопротивления. Математически взаимосвязь выражается формулами: Pватт = I2 × r, где I — сила тока в амперах, а r — сопротивление в оммах,
• Pватт = U2 × g, где U — напряжение вольт, g — проводимость в сименсах (обозначение См, или S в документации).

Активная мощность. Наиболее важная характеристика импульсных цепей потребления. Среднее количество затраченной энергии, преобразовавшееся в конечную работу за период времени. Выражается формулой:

Реактивная мощность. В цепях переменного тока находится элементы, нагружающих линию, но не приводящих к результативному уходу энергии в другие состояния. То есть, количество электронов остается прежним. Нюанс, непосредственно имеющий значение в том, что движение реактивного тока импульсное. Когда он идет в катушки индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей, он «как бы» покидает цепь. Возвращаясь от них, общий поток энергии системы насыщается добавочными частицами. Математически связь между реактивной Q, полной S и активной мощностью P описывается следующим выражением:Кроме СИ в ваттах, результат измерения Q обозначают в варах (вольт-амперах реактивных).

Полная мощность. Берется из корня сумм квадратов активной и реактивной мощностей. Математически описывается следующей формулой: