Схема измерителя мощности переменного тока

marazmPRO2 › Блог › Ваттметр 60V 100A из Китая

Речь пойдёт о китайском измерительном устройстве, назвать его ваттметром это не совсем правильно, потому как устройство многофункциональное и замеряет не только ватты, но и амперы, ватт/ч, ампер/ч…Устройство по сути представляет из себя мультиметр который измеряет всё и сразу
, да и помимо измерений делает расчёты потреблённой энергии, может точно рассчитать емкость аккумулятора (как при его зарядке так и при разрядке).

Ваттметр включается в разрыв цепи постоянного тока с напряжением до 60Вольт и способен пропустить через себя огромный ток до 100Ампер (я кратковременно пропускал более 300А но прибор при таком токе отключается), зачастую такой ток не возможно измерить обычным мультиметром (тестером), можно конечно использовать токовые клещи с функцией измерения постоянного тока (у меня есть Mastech MS2108) но тогда точность измерений будет не велика.

Итак, как я сказал включать прибор нужно последовательно в цепь между источником напряжения (тока) и потребителем.

сторона SOURCE

— сторона подключения источника тока (вход) сторона
LOAD
— сторона подключения нагрузки (выход)

Стороны подписаны на самом устройстве, а вот провода никак не отмаркировнны и к тому же имеют не прилично маленькую длину.

Проблему я решил сразу, разобрав корпус и перепаяв провода на более длинные и на концы сделал крокодилы для удобства (фото нет, но всё видно на видео)

В первую очередь применяю я такое устройство для замера ёмкости аккумуляторов. Иногда только так можно определить остаточную ёмкость старого АКБ, и понять сколько он потерял А/ч за срок службы. Так же по показаниям амперметра можно сразу определить заряжается ли АКБ или процесс заряда уже закончен и ток заряда упал до нуля или процесс заряда даже не начат. За время использования прибора было восстановлено пять АКБ и двум был поставлен не утешительный диагноз. Помимо замера ёмкости АКБ я прибором проверяю истинную мощность тех или иных устройств, например тех же китайских ламп или блоков питания…пару раз даже возвращал деньги за св. диодные лампы которые не соответствовали мощности из описания.

Так же устройство имеет функцию фиксации всех максимальных значений, но не имеет функции отключения нагрузки при падении напряжения источника питания. Это было бы удобно при том же разряде АКБ и проверке его на остаточную ёмкость, а так приходится «ловить» нижнее значение напряжение АКБ (обычно 10В) дабы не подвергнуть АКБ глубокому разряду. Так же в устройстве не предусмотрен таймер, поэтому засекать время нужно самому.

Из недостатков могу отметить только короткие провода, которые неудобны для подключения и наверное отсутствие какого либо предохранителя. Дело в том что были случаи когда по неосторожности я замыкал нагрузочные провода тем самым создав КЗ с током под 300А (источник был АКБ на 70А/ч), горели провода и думал что всё хана прибору, но к с частью при устранении КЗ прибор заново загружался и продолжал радовать своей безотказной работой, но всё же иметь какой либо предохранитель не помешало бы.

Как подключить

От правильности подключения ваттметра в конкретной части электроцепи зависит точность полученной информации. Надлежащая схема подключения ваттметра будет выглядеть таким образом: неподвижную катушку ваттметра последовательно соединяют с нагрузкой либо потребителями электричества.

Подвижная катушка подключается с вспомогательным сопротивлением, а после весь участок параллельно подключают к нагрузке. Подвижный участок рассматриваемого приспособления обладает определенным углом поворота.

Так как в схеме применяется добавочное сопротивление, электроцепь приспособления обладает фактически постоянным сопротивлением. Мощность определяется непосредственно по такому показателю.

В таком устройстве равномерным образом наносится шкала измерений, которая изготовлена в 1-стороннем варианте, когда положение делений продолжается от 0 вправо. Когда электрический ток изменит собственное направление, подобное ведет к изменениям в направлении поворота и вращению активной катушки. Когда подсоединение рассматриваемого приспособления произведено неверно и направление тока другое, электроприбор не будет работать.

Вам это будет интересно Измерения напряжения мультиметром

Из-за этих факторов нельзя путать зажимы, используемые для подсоединения. Последовательная обмотка обладает зажимом, который подключает к источнику питания. Параллельную электроцепь называют генераторной, обладает собственной клеммой для подключения фрагмента к проводу, который связан с последовательной катушкой.

Важно! При надлежащем подсоединении, токи в катушке ваттметра от генераторного направляются к негенераторному зажиму.

Подсоединение ваттметра

Microchip PIC18F252

Каждый, наверное, когда-нибудь задумывался над вопросом, сколько потребляет тот или иной бытовой электроприбор. Например, сколько энергии потребляет телевизор в дежурном режиме? Как изменяется энергопотребление холодильника в различных режимах работы? Для этих целей вам потребуется ваттметр переменного тока, и в статье мы подробно рассмотрим конструкцию одного из вариантов прибора (Рисунок 1).

Разрабатывать такие приборы для постоянного тока не имеет смысла ввиду того, что в этом случае все очень просто вычисляется с помощью известных законов и математических формул, при этом из измерительных приборов потребуется только амперметр. Для переменного тока все немного сложнее и раньше аналоговые ваттметры для переменного тока, хоть и обеспечивали высокую точность, были сложны в производстве, не говоря уже о цифровых ваттметрах и возможности сборки подобных приборов в домашних условиях. Современные технологии и элементная база позволяют проектировать многофункциональные устройства при минимальных затратах. Дешевые микроконтроллеры (МК) с богатой периферией и мощными вычислительными способностями заметно упрощают создание различных систем автоматизации и управления. Интегрированная прецизионная аналоговая периферия, а в некоторых МК и подсистема цифровой обработки сигналов, дают возможность разрабатывать многофункциональные измерительные приборы.

Цифровой ваттметр, конструкцию которого мы рассмотрим, предназначен для измерения потребляемой мощности устройств, подключенных к сети переменного напряжения 207 – 235 В / 50 Гц. Основным элементом ваттметра является 8-разрядный PIC микроконтроллер компании Microchip серии PIC18F252, который с помощью внешних АЦП выполняет измерение протекающег через нагрузку тока, напряжения на нагрузке, вычисляет действующее значение напряжения (эффективное значение) в сети, действующее значение тока и среднее значение потребляемой мощности. Все указанные параметры отображаются на двухстрочном символьном ЖК индикаторе.

Прибор не имеет отдельного источника питания. Используется встроенный сетевой блок питания, благодаря чему микроконтроллерная часть прибора полностью изолирована от аналоговых узлов, находящихся под напряжением сети.

Лучшие модели

На рынке существует большое количество таких измерительных приборов от европейских и отечественных производителей. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Необходимо детально исследовать наиболее популярные модели.

Вам это будет интересно Особенности использования схем сварочного аппарата

ROBITON PM-1

Устройство, которое помогает контролировать расходование электрической энергии из электросети 1 потребителем. В нем совмещается в 1 корпусе вилка, розетка, электроблок и монитор, считывающий полученные данные.

Дает возможность вычислять мощность единичной, подсоединенной через устройство, нагрузки. Ваттметр определяет число используемой энергии за конкретный временной период и рассчитывает цену использованного электричества.

Плюсы:

• компактные размеры, простота, адекватная цена;
• возможность работы с любыми бытовыми устройства;
• возможность определения числа энергии, которая потребляется нагревателем.

Минусы:

• плохо продумано обнуление;
• работает лишь в тепле.

ROBITON PM-1

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Компактное бытовое электронное приспособление с расширенным функционалом. Дает возможность определять силу напряжения переменного тока. Рассчитывается потребляемая мощность и ее коэффициент.

Присутствует функция определения цены используемой энергии. Устройство комфортно во время тестирования быттехники, электроприборов и нагревателей любого типа в целях расчета экономической эффективности.

Плюсы:

• яркий дизайн, аккуратная сборка цифрового прибора;
• высокоточные измерения, наглядно отображается результат;
• большое количество режимов.

Минусы:

• необходимо снова вводить стоимость после обнуления информации;
• приваренные штыри увилки.

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Espada TSL 1500WB

Легкий для освоения и использования ваттметр, который тестирует быттехнику по уровню потребленной энергии. Крайне комфортен, чтобы проверять потребление электроэнергии в процессе выбора обогревателя. Устройство в кратчайший период времени показывает реальную мощность, траты и цену электроэнергии.

Помогает рассчитывать теплоэффективность и траты на протяжении отопительного сезона. Предусматривается опция введения информации при 2-хтарифном счётчике. Изделие сигнализирует о нештатной ситуации либо превышении силы тока, мощности.

Плюсы:

• высокоточное изделие, скорость измерений;
• подсвечивается монитор, большие цифры;
• расчёт цены электричества.

Минусы:

• непостоянная подсветка;
• трудно менять источник питания.

Espada TSL 1500WB

TP-Link HS110

Прибор контролирует и осуществляет замеры на дистанции посредством сети с помощью смартфона либо иного электроприбора. Предусматривается опция автоподключения либо выключения потребителей энергии.

Мониторинг на дистанции потребления электроэнергии дает возможность выбирать надлежащий режим функционирования быттехники либо отопительных систем. Ваттметр помогает выставлять требуемую мощность.

Плюсы:

• опция контроля на расстоянии;
• компактные размеры, функционирует с любой бытовой техникой;
• адекватная стоимость.

Минусы:

• восприимчивость к качеству сети.

TP-Link HS110

Список использованных компонентов

Печатная плата

Проект печатной платы тоже выполнен в среде SoloPCB. Проектирование прибора в качестве портативного устройства было хорошей идеей, при этом контур печатной платы был спроектирован в Autocad и затем экспортирован в среду SoloPCB (Рисунок 5).

Печатные проводники силовых линий (фаза, нейтраль, заземление), соединяющие входной (AC IN) и выходной (AC OUT) разъемы, сделаны широкими, насколько это возможно, все блокировочные конденсаторы расположены как можно ближе к микросхемам. Шины аналоговой (AGND) и цифровой «земли» (DGND) выполнены отдельными. Все компоненты расположены на верхнем слое.

Примечание:

При проектировании схемы и печатной платы в среде SoloPCB некоторые элементы, которые отсутствовали в библиотеках, были созданы вручную. Библиотека этих элементов входит в состав архива с проектными файлами, который вы сможете скачать в секции загрузок.

Классификация ваттметров

До того, как выполняется измерение мощности ваттметром, на исследуемом участке предварительно измеряется сила тока и напряжение. Для того чтобы получить наглядную итоговую информацию, эти данные следует преобразовать с помощью ваттметров, которые могут быть аналоговыми и цифровыми.

Большая часть всех измерений в течение длительного времени проводилась аналоговыми устройствами, в свою очередь разделяющихся на категории показывающих и самопишущих. Они отображают значение активной мощности на заданном участке цепи. Типичным представителем считается показывающий прибор с полукруглой шкалой и поворачивающейся стрелкой. На шкалу нанесена градуировка, соответствующая величинам нарастающей мощности, которую он измеряет в ваттах.

Другой тип – ваттметр цифровой относится к измерительным приборам, способным выполнять замеры не только активной, но и реактивной мощности. Все подобные устройства оборудованы дисплеем, на который кроме мощности, выводятся показания силы тока, напряжения, расхода электроэнергии за определенный период времени. Наиболее совершенные приборы подключаются и позволяют выводить полученные данные на компьютер, расположенный удаленно от места проведения измерений.

Программа микроконтроллера

Как мы заметили выше, микроконтроллер считывает значения напряжения и тока каждую 1 мс и накапливает 40 измерений каждого параметра, что соответствует двум периодам для частоты 50 Гц. Затем выполняется вычисление действующих значений и потребляемой мощности. Период 1 мс генерируется с помощью встроенного таймера Timer A, работающего в 16-битном режиме с выработкой сигнала прерывания по переполнению.

После получения всех выборок выполняется вычисление действующих (среднеквадратичных) значений напряжения и тока по формуле:

Следует заметить, что полученные выборки содержат также фазовое соотношение между напряжением и током. Таким образом, активная мощность переменного тока, которая вычисляется по формуле (V×I×cosθ), может быть получена вычислением средней мощности с использованием следующей формулы:

Все вычисленные значения отображаются на экране ЖК индикатора. Для работы с индикатором применяется библиотека lcd.h для компилятора CCS C.

Виды

Изначально требуется замерять напряжение, после силу тока, а тогда, отталкиваясь от показателей, мощность. С учетом предназначения различаются следующие разновидности ваттметров:

• Измеритель мощности. Применяют, чтобы вычислить количество ватт в оптическом либо радиодиапазоне.
• Киловаттметр. Используют в процессе проведения замеров больших параметров (примерно 100Кв).
• Милливаттметр. Чтобы измерять малые показатели (менее единицы).
• Варметр. Он показывает реактивную мощность электроцепи.
• Ваттварметр. Дает возможность узнать сведения об активной и реактивной мощности в электроцепи переменного тока.

Вам это будет интересно Выбираем сварочный аппарат

По типу измерения, преобразования показателей и получению информации рассматриваемые приспособления делятся на цифровые и бытовые.

Цифровой

Основой функционирования цифрового ваттметра становятся общие измерения. В этих целях на входе устанавливают: последовательно нагрузке — индикатор тока, параллельно — индикатор напряжения. Они выполняются на основе термисторов, спецтрансформаторов, термопар и прочих.

Мгновенные показатели замеряемых величин при помощи цифрового преобразователя будут переданы на интегрированный процессор. Тут будут произведены требуемые замеры и выданы в качестве итоговых данных на монитор и подсоединенные наружные приспособления.

Цифровой прибор

Бытовой

Самыми популярными и точными бытовыми ваттметрами считаются устройства электродинамической системы.

Принцип функционирования предполагает взаимосвязь 2 катушек. Одна неподвижна и обладает толстой обмоткой с малым количеством витков. Другая будет подвижной, намотка изготовлена из тонкого провода. Обладает большим количеством витков, потому сопротивление будет высоким.

Подключается параллельно нагрузке и оснащается вспомогательным сопротивлением (чтобы исключить короткое замыкание).

Во время подсоединения устройства к электросети, в них формируются электромагнитные поля. В процессе взаимодействия создается вращение, отклоняющее подвижную катушку с подключенной стрелкой на конкретный угол.

Бытовое устройство