Ваттметр для измерения мощности: назначение, типы, подключение, применение
Один из параметров, который характеризует состояние электрической сети – это ее мощность. Она отражает величину работы, выполняемую электрическим током в единицу времени. Мощность устройств, включаемых в электрическую цепь, должна быть в рамках мощности сети. Иначе возможны неприятные сюрпризы – от выхода из строя оборудования до короткого замыкания и пожара.
Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.
Применение Ваттметров
Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.
Применяют ваттметры для:
- Определения мощности приборов;
- Тестирования электрических сетей, и их отдельных участков; (как показывающие приборы);
- Контроля работы оборудования; .
Типы ваттметров
Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.
В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).
Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.
Видео о ваттметре из Китая:
Устройство и принцип действия
Аналоговые ваттметры
Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.
Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.
Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).
При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.
Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.
Цифровые ваттметры
В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.
Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.
Рисунок — Схема подключения Ваттметра
Подключение Ваттметра
Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).
Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.
Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:
Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.
Пределы измерения тока Iп:
- на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.
Пределы измерения напряжения Uп:
- постоянный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 В.
- переменный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 В.
Пределы измерения мощности соответственно Uп* Iп
Пределы измерения частоты от 40 до 5000Гц.
- приведенная погрешность измерения тока, напряжения и мощности на постоянном токе ±0,1%;
- приведенная погрешность измерения тока и напряжения на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1500Гц ±0,1%;
- приведенная погрешность измерения мощности на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1000Гц ±0,1%;
- относительная погрешность измерения частоты в диапазоне частот от 40 до 5000Гц ±0,003%;
Габаритные размеры 225х100х205 мм. Масса не более 1кг. Потребляемая мощность не более 5Вт.
Ваттметры многофункциональные СМ3010 выпускаются по ТУ 4221-047-16851585-2014, соответствуют требованиям ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011.
Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).
Предназначены для измерения активной, реактивной, активной и реактивной трехфазных трехпроводных цепей переменного тока, отображения текущего значения измеряемой мощности на цифровом индикаторе и преобразования его в аналоговый выход-ной сигнал (далее – выходной сигнал).
Измеренные значения отображаются в цифровой форме на встроенных индикаторах. Отображение измеренных величин на цифровых индикаторах производится в единицах измеряемой величины, поступающей непосредственно на вход устройства, или в единицах измеряемой величины, поступающей на вход трансформаторов тока и напряжения с учетом коэффициентов трансформации, в ваттах, киловаттах, мегаваттах, варах, киловарах, мегаварах. Цифровые индикаторы имеют по четыре значащих разряда.
- для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных трехпроводных электрических цепях переменного тока частотой от 45 до 55 Гц
Краткие технические характеристики ЦП8506-120 (Ваттметр)
Варметр щитовой цифровой трехфазный:
- Коэффициент мощности: для ваттметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
- Габаритные размеры: 120х120х150 мм
- Высота знака: 20 мм
- Максимальный диапазон отображения: 9999
- Класс точности: 0,5
- Время преобразования: не более 0,5 с
- Рабочая температура: +5 … +40 град С (О4.1), -40…+50 град С (УХЛ3.1)
- Степень защиты по передней панели: IP40
- Потребляемая мощность: 5ВА
- Масса: не более 1,2 кг
Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)
Предназначен для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.
Габариты не более (205±1,45)х(290±1,6)х(135±2,0) мм.
Класс точности 0,2.
Ваттметры Д5085 предназначены для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.
Ваттметры Д5085 предназначены для эксплуатации в условиях умеренного климата в закрытых сухих отапливаемых помещениях, при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности до 80 % (при 25 °С ).
Ваттметры Д5085 -04.1 (тропическое исполнение) предназначены для эксплуатации в условиях как сухого, так и влажного тропического климата в закрытых помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом при температуре окружающего воздуха от 1 до 45 °C и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С (по ГОСТ 15150-69).
Технические данные
Ваттметры Д5085 соответствуют классу точности 0,2 по ГОСТ 8476-78.
Номинальный коэффициент мощности ваттметра – 1,0.
Номинальный ток параллельной цепи ваттметра Д5085 равен (5 ± 0,1) mА. Нормальная область частот ваттметра от 45 до 500 Гц, рабочая область частот – 500-1000 Гц.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением напряжения на ± 20 % от номинального значения либо от пределов нормальной области напряжений, при неизменном значении измеряемой мощности равен ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением частоты от верхней границы нормальной области до любого значения в рабочей области частот, не превышает ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.
Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах рабочих температур на каждые 10 °С изменения температуры, равен ±0,2% от конечного значения диапазона измерений. Нормальная температура – 20±2 °С, если на лицевойчасти прибора не оговорено иное значение.
Ваттметр для дома — лучшие модели
Чтобы узнать, сколько потребляют электроприборы энергии, можно использовать формулы. Однако фактическое значение мощности может отличаться от расчётного. Например, стиральная машинка будет «брать» больше тока при отжиме, когда барабан крутится максимально быстро. Та же ситуация и с другими потребителями – холодильником или телевизором.
Чтобы получить информацию о том, какую мощность в среднем потребляют все электроприборы, не тратя время на расчёты, используют ваттметры. Приборы отличаются друг от друга принципом работы и наличием дополнительных опций.
Понятие о мощности и методы расчёта
В бытовой сети течёт переменный ток 220 В (в промышленной – 380), но большинство электроприборов потребляет постоянный. Для этого к каждому такому устройству прилагается блок питания (он может быть встроен в корпус потребителя).
Мощность – физическая величина, измеряемая в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Для каждого электроприбора параметр вычисляется с помощью двух формул.
Для переменного тока
Такие потребители как обычные электрические лампочки, инструмент с мотором (дрель, болгарка, станки для заточки), работают от переменного тока. Чтобы узнать потребляемую ими мощность, нужно произведение напряжения и силы тока умножить ещё и на коэффициент cos φ. Это связано с тем, что электрические компоненты (катушки или обмотки мотора) влияют на значение силы тока, изменяя его в разные моменты времени. Поэтому без приборов измерить мощность не получится.
Для постоянного тока
Расчёт производится по формуле: следует умножить силу тока (в Амперах, А) на напряжение (Вольт, В). Пример: устройство потребляет 0,1 А и рассчитано на 15 В. Тогда потребляемая мощность будет равна 0,1х15=1,5 Вт. Узнать информацию о силе тока и напряжении можно на корпусе блока питания, самом устройстве или в технической документации, которую всегда предоставляет завод-изготовитель.
Что такое ваттметр
Представляет собой измерительный прибор, собранный (как правило) в едином корпусе и подключаемый между розеткой и потребителем энергии.
При включении пользователь сможет узнать:
- фактическую силу тока в цепи;
- значение напряжения;
- частоту – для переменного тока;
- какая потребляется мощность.
При желании можно узнать коэффициент Power Factor (он же cos φ). Большинство приборов показывает и время, в течение которого производились измерения, что поможет при необходимости сделать расчётную таблицу или построить графики изменения величин.
Разновидности
Основной критерий – род тока – постоянный или переменный. Универсальные бытовые приборы, позволяют работать с любыми потребителями.
Нужно вставить ваттметр в розетку, а в само устройство – ту технику, параметры которой нужно установить. Ваттметры применяют при тестировании и ремонте электросети или для вычисления, какой прибор слишком много «берёт» энергии.
Чем измерительные устройства отличаются друг от друга:
- точностью – большинство аппаратов достаточно точны, но информацию о классе (о проценте погрешности) можно узнать в паспорте изделия;
- диапазоны измерений – на потребители какой мощности рассчитаны измерительные устройства. Простые ваттметры могут не «потянуть» стиральную машинку или крупный станок;
- дополнительные функции – подсветка экрана, возможность дистанционного управления и программирования, наличие встроенной памяти.
Если необходимо производить замеры на улице, то следует выяснить, при какой температуре воздуха допускается работа ваттметра.
Для чего необходим в бытовых условиях
Использовать ваттметр потребуется, чтобы оптимизировать затраты на электроэнергию. Особенно это важно для крупных квартир и загородных домов. Большое количество потребителей не позволит точно определить, какие из них слишком прожорливы и требуют замены.
Интеллектуальные ваттметры, обладающие дополнительными функциями, позволят не только производить замеры, но и управлять конкретным прибором. Например, электрическим котлом. Это можно делать дистанционно или путём программирования измерительного устройства.
Модели, часто используемые в быту
Условно измерительные устройства делят на бытовые и «интеллектуальные». Первая группа – относительно простые аппараты с минимумом дополнительных функций. Вторая категория «умных» ваттметров позволяет не только определять параметры потребляемой энергии, но и передавать значения на смартфоны, отключать или снова включать потребители и даже измерять концентрацию углекислого газа в помещении.
ROBITON PM-1
Стандартный прибор, объединяющий в едином корпусе розетку для потребителя, сетевую вилку, экран для вывода информации и три клавиши управления.
Прибор определяет:
- мощность нагрузочного устройства;
- количество потребляемой энергии;
- полную стоимость киловатт*часов за расчётное время.
Основные плюсы – недорогой и достаточно точный прибор для применения в быту.
Минус – сложная процедура обнуления значений.
HiDANCE 3680W AC Power Meter
Более совершенный ваттметр позволяет использовать дополнительные полезные функции: определить коэффициент мощности для тестируемого прибора – Power Factor (он же cos φ). Также демонстрирует все остальные параметры – силу тока и мощность.
Плюсы: аккуратная сборка, достаточная функциональность, крупный дисплей.
Минус – после сброса необходимо вновь вводить цену за квт*час.
Espada TSL 1500WB
Электронный ваттметр для бытовых и коммерческих нужд. Главное отличие от аналогов – есть возможность учёта дневного и ночного тарифов. Есть подсветка экрана. Дополнительно – функция сигнализации о превышении максимально допустимых силы тока или мощности.
Плюсы: простой и понятный интерфейс, надёжность, крупный экран, небольшая погрешность измерений.
Минус – затруднена смена источника питания.
TP-Link HS110
«Умный» ваттметр от известной компании, производящей электронику и сетевое оборудование. Управление и мониторинг осуществляется удалённо. Можно использовать для подключения ПК, смартфон и другие устройства. Пользователь сможет не только произвести измерения значений мощности, силы тока и напряжения, но и отключить потребитель энергии, а если потребуется – включить вновь.
Плюсы: удобство работы, сравнительно низкая цена.
Минус – в доме должна быть стабильная интернет-связь.
Edimax SP 2101W
Ваттметр предназначен для постоянной работы с одним потребителем. Представляет собой «интеллектуальную» розетку, которая может работать по определённой программе или управляться владельцем вручную. Если возникнет аварийная ситуация, то пользователю автоматически отправится сообщение.
Плюсы: отлично подходит для систем типа «умный дом», ёмкая память сохранит результаты измерений 12 месяцев.
Минусы – высокая цена.
МЕГЕОН 71016
Ваттметр с информативным ЖК-экраном и подсвечивающими элементами. Расчёт показаний производится в режиме реального времени. Дополнительная функция – показывает концентрацию СО2 в воздухе.
Плюсы: малый размер, можно вставлять трехштырьковые евророзетки, аккуратная сборка.
Минус: высокая цена при покупке в обычном магазине.
Energenie EGM-PWM
Ваттметр со стильным чёрным корпусом объединяет в себе измерительный прибор и систему для анализа поведения потребителя. Самостоятельно выстраивает диаграммы, графики. Есть порт для подключения к ПК или другому устройству.
Плюсы: несложное управление, возможна работа с отопительным оборудованием.
Минус – высокая цена.
Итоги
Для бытовых нужд можно выбрать любой функциональный ваттметр, исходя из собственных финансовых возможностей. Приобретение «интеллектуальных» приборов будет оправдано, если в доме есть значительное количество потребителей, которые нуждаются в дистанционном управлении. Или для коммерческих организаций, стремящихся оптимизировать расходы на электроэнергию.
Цифровой ваттметр в розетку со счетчиком энергии: обзор устройства и определение нижнего предела функционирования
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.
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.
Ваттметр
Думаю, все вы курсе, что электрический ток может выполнять работу. Например, вскипятить воду в электрочайнике, перемолоть кофе в кофемолке, согреть курицу в микроволновке и так далее. Все эти бытовые приборы являются нагрузкой для домашней сети. Но, как вы знаете, некоторые приборы «крутят» счетчик очень быстро, а некоторые приборы почти не потребляют электрический ток.
Если включить чайник и лампочку накаливания в вашей комнате и оставить на час, то чайник «съест» электроэнергии намного больше, чем та же самая лампа накаливания. Дело в том, что чайник обладает большей мощностью, чем лампочка. В этом случае можно сказать, что мощность чайника будет больше, чем мощность лампы в единицу времени, например, за секунду. Чтобы точно измерить, во сколько раз чайник потребляет электрической энергии больше, чем лампочка, нам нужно измерить мощность чайника и лампочки.
Ваттметр — это прибор, который измеряет потребляемую мощность какой-либо нагрузки. Выделяют три группы ваттметров:
- низкой частоты и постоянного тока
- радиочастотные ваттметры
- оптические ваттметры
Так как наш сайт посвящен электронике и электротехнике, то мы будем в этой статье рассматривать только ваттметры постоянного тока и низкой частоты. Под низкой частотой подразумевается частота в 50-60 Герц.
Мощность постоянного тока
Итак, вы уже все в курсе, что любая нагрузка для электрического тока потребляет какую-либо мощность. Мощность постоянного тока выражается формулой:
P — это мощность, которая выражается в Ваттах (Вт,W)
I — сила тока, которую потребляет нагрузка, выражается в Амперах
U — напряжение, которое подается на нагрузку, выражается в Вольтах
Поэтому, чтобы найти мощность какой-либо нагрузки, которая подсоединена к постоянному току, достаточно перемножить значение силы тока и напряжения. Например, на этом фото мы видим вентилятор от компьютера, который подцепили к лабораторному блоку питания. Его мощность, как не трудно догадаться, составила P=IU=0,18 Ампер x 12 Вольт =2,16 Ватт.
Ваттметры для постоянного тока
Вы ведь не будете каждый раз таскать с собой громоздкий блок питания или два мультиметра, которые будут измерять и ток и напряжение? Поэтому, в настоящее время ваттметры представляют из себя законченные приборы, которые очень легко соединяются с потребляемой нагрузкой. На Алиэкспрессе я находил вот такие ваттметры для постоянного тока, которые показывают сразу и ток, и напряжение, и потребляемую мощность нагрузки. К проводам, где написано SOURCE цепляем источник постоянного тока, а к проводам LOAD цепляем нагрузку. Все элементарно и просто!
Некоторые из них идут в комплекте со шунтом
Схема подключения источника постоянного тока и нагрузки в таком ваттметре выглядит так
Ну и самый бюджетный вариант — это взять ампервольтметр и просто умножать значения тока и напряжения
Вот такой вольтамперметр рассчитан на максимальные параметры 100 Вольт и 50 Ампер. То есть, теоретически, он может измерять мощность до 5 кВт.
Мощность переменного тока
Мощность переменного тока вычисляется по формуле:
cos φ — коэффициент мощности
Что еще за косинус фи? И что он вообще означает? Есть такие радиоэлементы как конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, электромеханические реле различные двигатели и прочие радиоэлементы, которые обладают какой-либо емкостью или индуктивностью.
Если вспомнить осциллограмму переменного напряжения из нашей домашней розетки, то она будет выглядеть вот так:
Если же запитать какую-нибудь нагрузку, типа лампочки накаливания, то у нас в дело пойдет также такой параметр как сила тока. Так как лампочка накаливания не обладает никакой емкостью или индуктивностью, то сила тока у нас будет синфазно меняться с напряжением. Синфазно — это означает одинаково, синхронно. Например, синхронное плавание. Там участники все делают вместе и одинаково.
Так вот, такой параметр как сила тока и напряжение на лампочке тоже действуют синфазно. Ниже красной синусоидой я показал силу тока, которая «бежит» через лампочку:
Видите? Она начинается в этом же месте, где и напряжение. Сила тока достигает максимума, и напряжение тоже достигает максимума в это же самое время, следовательно и мощность в этот момент тоже максимальная (P=IU). Сила тока равняется нулю и напряжение тоже равняется нулю в том месте, где пересекаются эти синусоиды, значит и мощность в этот момент тоже будет равняться нулю.
Но весь прикол в том, что каким-то чудом радиоэлементы, обладающие индуктивной или емкостной составляющей (конденсаторы, катушки, трансформаторы и тд) умудряются сдвигать синусоиду силы тока.
Предположим, будем питать от сети мой трансформаторный блок питания.
И у нас осциллограмма силы тока уже будет принимать примерно вот такой вид:
Что здесь произошло? Так как первичная обмотка трансформатора обладает индуктивностью, то эта самая индуктивность сдвинула осциллограмму силы тока. Более подробно можете прочитать в статье активное и реактивное сопротивление.
В зависимости от значения индуктивной или емкостной составляющей, сила тока может либо опережать либо отставать от напряжения. А чтобы измерить на сколько, для этого в обиход ввели фи ( φ), которая показывает этот сдвиг в градусах.
Короче говоря, не будем рассматривать тригонометрию, скажу просто, что для расчета мощности берут косинус значения этого угла.
Ваттметр цифровой на сетевое напряжение
В гостях у нас китайский ваттметр, приобретенный на распродаже в Алиэкспрессе.
Ну что же, давайте познакомимся с ним поближе.
Первая строка на ваттметре — это часы. Они начинают счет только тогда, когда в розетку ваттметра включена какая-либо нагрузка. Нагрузкой в нашем случае может быть любой электробытовой прибор: утюг, паяльник, светильник и так далее
Строкой ниже, с помощью кнопки «Energy», мы можем выводить параметры электрического сигнала, такие как:
— коэффициент мощности (Power Factor) или cos φ (косинус фи,безразмерная величина, то есть измеряется чисто в цифрах)
Третья строка — это расчет стоимости электроэнергии. Измеряется в Киловаттах умноженных на Час (КВатт х час). Самая частая ошибка — это когда пишут кВатт/час. Запомните, там знак не деления, а умножения! Вот за эти киловатт-часы мы и платим денежку провайдерам электрической энергии ;-).
Сейчас никакая нагрузка не включена в розетку ваттметра. Смотрим на дисплей:
Ничего себе, почти 240 вольт.
Можно замерить частоту. 50 Герц — так и должно быть.
Так как в розетке нашего ваттметра нет никакой нагрузки, следовательно и сила тока также будет равняться нулю:
Ну и мощность также будет равняться нулю
Косинус фи и реактивная нагрузка
Например, мой самопальный простой блок питания, включенный в сеть и не питающий никакую нагрузку, все равно потребляет энергию, так как является трансформаторным. Напряжение сразу идет на первичную обмотку трансформатора.
Его не следует оставлять включенным в розетку, так как он все равно хоть и немного потребляет ток.
Включаю свой трансформаторный блок питания в сеть 220 Вольт. Итак, напряжение в розетке 236,8 Вольт:
К блоку питания я подцепил лампочку на 12 вольт. Итого, нагруженный блок питания у нас потребляет 0,043 Ампера.
Power Factor — коэффициент мощности, он же косинус фи. Сейчас он у нас равен 0,42, так как нагрузка индуктивная.
Проверяем все это дело по формуле P=IU cos φ=0,043х236,8х0,42= 4,28 Ватт. Почти все сходится с небольшой погрешностью.
Косинус фи и активная нагрузка
Давайте проведем еще один опыт. Возьмем лампу накаливания на 220 Вольт и подцепим ее через ваттметр в сеть. Так как лампочка накаливания у нас не обладает ни индуктивностью, ни емкостью, то на графике синусоида силы тока и напряжения будет примерно выглядеть вот так. То есть синхронно:
Фи в этом случае равен нулю (сдвига фаз между ними нет). Вспоминаем школьный курс тригонометрии и помним, что косинус нуля — это единичка!
Проверяем на опыте.
Power Factor, он же косинус фи, высвечивает единичку. Все верно!
Замеряем потребляемую силу тока:
Считаем по формуле: P=IU cos φ=0,115х233,5х1= 26,9 Ватт. Все также сходится с небольшой погрешностью 😉
Немного отходя от темы, давайте еще напоследок глянем, какую мощность потребляет светодиодная лампа
Всего 6 Ватт! А светит она даже получше 25 Ваттной, которую я использовал в опытах. Вывод делайте сами.
Где купить ваттметр
Как я уже сказал, брал на Али. Выбирайте любой понравившийся на сетевое напряжение