Wattmetru analog și digital. Wattmetru multifuncțional cu izolație galvanică Cum se face un wattmetru dintr-un multimetru
Wattmetrele industriale sunt folosite pentru a măsura consumul de energie în producție. Cu toate acestea, în ciuda calității incontestabile a unor astfel de produse, nu este întotdeauna profitabil să achiziționați un dispozitiv pentru 100-200 USD. De exemplu, dacă doriți doar să verificați consumul de energie electrică al unui computer de acasă sau al unui bec.
Atunci aveți nevoie de un produs simplu, ieftin și destul de precis, bazat pe un microcontroler. Deoarece curentul este sinusoidal (aproape), este necesar să se măsoare componentele active și reactive. Ei bine, și pe parcurs, factorul de putere cu frecvența rețelei.
Schema generală este simplă:
1) Pe parcursul unui semiciclu (destul de des), măsurăm tensiunea și curentul sarcinii.
2) În același timp, măsurăm durata acesteia (pentru a determina frecvența)
3) Măsurăm distanța de fază dintre vârfurile de curent și tensiune (pentru a determina factorul de putere)
4) Facem calculele necesare și afișăm rezultatul pe ecranul LCD.
Ca rezultat obținem:
1) Tensiune de sarcină
2) Curent de sarcină
3) Putere maximă
4) Factorul de putere
5) Componentele active și reactive ale puterii
6) Frecvența rețelei
La nivel hardware, circuitul este implementat pe baza unui microcontroler din familia AVR ATmega88. Alimentarea este furnizată de o sursă de alimentare fără transformator.
ATENŢIE!!!
Circuitul nu este izolat galvanic de rețeaua de curent alternativ, așa că trebuie să fii extrem de atent când îl asamblați și îl utilizați.
Aveți grijă de dumneavoastră.
Deoarece toți parametrii nu se potrivesc simultan în ecranul LCD (WH0802), trebuie să organizați comutarea ciclică între ei. Există un buton de comutare de vizualizare pentru aceasta.
Intervalul de măsurare a curentului (și, prin urmare, a puterii) poate fi ajustat prin modificarea câștigului MCP601. În această configurație, domeniul este: 0...3300 W în trepte de 3,2 W.
Dispozitivul poate fi reprogramat cu ușurință pentru a măsura parametrii DC (pentru aceasta se folosește un șunt, nu un transformator de măsurare). Apoi veți avea nevoie de o sursă de alimentare externă, blocul de borne pentru care este deja furnizat. Corpul folosit este Z-100. Convenabil pentru că pentru șină DIN, are toate sloturile necesare și este ieftin.
Funcționare cu o lampă incandescentă de 60 W conectată în modurile de indicare a tensiunii și curentului, a puterii totale și a factorului de putere.
| Arhivă pentru articolul „Wattmetru AC pe ATmega88” | |
| Descriere:
Cod sursă (C), fișier firmware microcontroler, aspect PCB P-CAD 2006 |
|
| Dimensiunea fișierului: 263,03 KB Număr de descărcări: 283 |
Și având în vedere prețul ridicol al acestui dispozitiv - doar 8e, l-am cumpărat fără ezitare, ceea ce m-am bucurat ulterior. Fără modificări în design, acest wattmetru de uz casnic poate măsura parametrii electrici (curent alternativ, tensiune) fără a fi conectat la o rețea de 220V. Acest lucru se întâmplă datorită propriei surse de alimentare - două baterii mici de 1,5 V.
Wattmetrul de uz casnic este asamblat într-o carcasă frumoasă și durabilă. Da, nu Made in China, ci Europa adevărată - Hamburg. Iată ce scrie autocolantul de pe spatele dispozitivului.
Să-i verificăm capacitățile:
1. Măsurarea tensiunii rețelei în volți (V),
2. Măsurarea curentului de sarcină în amperi (A),
3. Măsurarea consumului de energie în wați,
4. Cantitatea totală de energie electrică consumată (KWh - kilowatt-oră) și costul energiei electrice consumate.
Un wattmetru de uz casnic poate măsura chiar și costul energiei electrice dacă introduceți prețul unui kilowatt-oră. Mai mult, dacă există o pană de curent în rețea, citirile vor fi în continuare reținute, datorită bateriilor de rezervă. Apropo, wattmetrul funcționează fără ele, dar pentru ca măsurarea să poată fi efectuată în mod autonom, acestea sunt necesare.
Desigur, vom dezasambla carcasa și vom privi înăuntru. Aici puteți vedea o placă mică cu un cip încorporat, care procesează semnalul preluat de la senzor și afișează informații pe afișajul LCD.
Senzorul este asamblat pe o placă separată, care are și o siguranță. Sunt sigur că, schimbând ușor circuitul, puteți face ca wattmetrul să măsoare chiar și curentul continuu și tensiunea.
Am uitat să spun - acest wattmetru de uz casnic funcționează ca un fel de dispozitiv de semnalizare - o siguranță. Puteți seta nivelul maxim de încărcare admisibil și, de îndată ce puterea depășește această valoare, wattmetrul va începe să sune.
Abia acum mi-am dat seama cât de mult îmi lipsea un astfel de aparat! Prin pornirea diferitelor dispozitive prin intermediul acestuia - motoare electrice, cuptoare cu microunde, invertoare de sudură și alte echipamente, puteți vedea imediat dacă dispozitivul funcționează normal. Și prin comutarea butonului de mod modul de măsurare este volți, amperi, wați; Puteți monitoriza o serie de parametri importanți fără multimetru. Datorită luminii de fundal albastre frumoase, parametrii sunt vizibili chiar și în întuneric. Cred că este exact cazul când este mai ușor și mai ieftin să cumperi un dispozitiv decât să-l lipizi.
Discutați articolul WATTMETER DE CASĂ
Problema economisirii energiei a devenit recent relevantă. Numărul de aparate electrice dintr-un apartament este în creștere, iar odată cu acestea cresc și facturile la electricitate. Prețul pe kilowatt este, de asemenea, în creștere. Interesant este că conform standardelor, într-un bloc cu 100 de apartamente
- În 1972, pentru un apartament cu 1 cameră au fost alocați 0,52 kilowați
- În 2005, conform calculelor, deja 0,75 kilowați
25% peste un sfert de secol - aproape 1% pe an.
Asamblam singuri wattmetrul din piese gata făcute
Am luat ca bază pentru wattmetru un modul gata făcut din China. Acest modul este foarte popular în rândul celor care se face pe cont propriu deoarece este măsurat imediat:
- puterea curentului
- Voltaj
- putere instantanee
- consumul total al perioadei
Dar acest modul gata făcut are și anumite dezavantaje - nu ia în considerare sarcina reactivă. Din acest motiv, este imposibil să se măsoare corect puterea totală a unui dispozitiv cu o componentă reactivă mare. Cu toate acestea, faptul că aproape toate contoarele de energie electrică de uz casnic măsoară doar puterea activă atenuează acest dezavantaj. La urma urmei, se dovedește că măsuram doar ceea ce plătim în chitanțe.
Corpul dispozitivului a fost realizat dintr-o cutie de joncțiune de 100x100 de la Tyco. Găurile sunt pur și simplu tăiate pe ambele părți. O priză Legrand Valen este introdusă în capac și în partea inferioară a dispozitivului. Aveam și un ștecher gata făcut cu un cablu în depozit, care a intrat și el în uz. Am conectat firele la wattmetru conform diagramei situate pe corpul dispozitivului. Este greu de confundat ceva acolo, puterea este furnizată la contactele centrale, sarcina este furnizată la cele exterioare.
Salutare tuturor! Astăzi ne vom familiariza cu un astfel de dispozitiv simplu numit wattmetru. Dispozitivul are un design încorporat și poate fi încorporat în dispozitiv sau operat direct fără instalare. Un wattmetru este conceput pentru a măsura puterea activă a unui dispozitiv consumat conectat la acesta.
Ce poate face acest model de wattmetru, în afară de măsurarea puterii:
1. Măsurați parametrii: tensiune, curent, putere activă, cantitate de energie.
2. Semnal despre suprasarcină (depășirea valorii pragului de putere, iluminarea intermitentă), semnalând că parametrii dispozitivului setați de utilizator sunt depășiți (puteți seta pragul de putere).
3. Salvarea datelor în memoria nevolatilă și resetarea lor dacă se dorește.
Vreau să subliniez că aparatul măsoară doar puterea activă, de fapt, ca orice contor electric instalat în casa ta. Puterea reactivă nu este luată în considerare. Puterea reactivă este produsă de sarcini capacitive și inductive.
Caracteristici de calcul al puterii active.
Puterea activă este calculată ca: P = U * I * COS, unde COS este factorul de putere.Pentru sarcini pur rezistive (cum ar fi lămpi cu incandescență, elemente de încălzire etc.), factorul de putere este de obicei aproape de 1. Pentru sarcini inductive și capacitive, factorul de putere poate varia de la 0 la 1.
Wattmetrul este controlat de un singur buton.
1. Controlul luminii de fundal.
O apăsare scurtă pe buton aprinde sau stinge lumina de fundal. Starea de iluminare de fundal este salvată atunci când alimentarea este oprită, adică este salvată în memoria nevolatilă.2. Setarea puterii de prag.
Apăsați și mențineți apăsat butonul timp de 3 secunde până când pe ecran apare „SET CLR”. Cifra care poate fi schimbată va începe să clipească. Apoi, prin apăsări scurte pe buton puteți modifica valoarea. Pentru a reveni la starea inițială, trebuie să țineți apăsat butonul mai mult de 5 secunde.3. Resetați citirile de energie.
Apăsați butonul și țineți-l apăsat mai mult de 5 secunde până când numărul de energie începe să clipească pe ecran. Apăsarea scurtă a butonului din nou resetează valoarea energiei. După setare, puteți reveni la starea inițială ținând apăsat butonul mai mult de 5 secunde.Elementul de măsurare este situat în interiorul wattmetrului, nu sunt necesare șunturi sau transformatoare suplimentare. De asemenea, dispozitivul nu necesită putere suplimentară. Veți găsi diagrama de comutare a dispozitivului pe peretele din spate al wattmetrului. Inscripția „LOAD” indică sarcina conectată.
Citirile de pe dispozitiv sunt afișate printr-o matrice de cristale lichide și au un aspect foarte stilat. Matricea are o lumină de fundal cu LED albastru.
Dispozitivul este precis, economic și are un afișaj mare cu două linii. Foarte convenabil pentru monitorizarea citirilor din rețea și a energiei consumate de dispozitivele conectate. Incredibil de ușor de conectat și instalat.
Există, de asemenea, un model similar de wattmetru pe Aliexpress. Wattmetru cu transformator de curent. În modelul discutat mai sus, șuntul este încorporat în carcasă, iar curentul maxim de măsurare este de până la 20 A. În modelul cu transformator de curent, transformatorul de măsurare în sine este situat în afara carcasei și nu are o conexiune directă. Este suficient să treceți firul prin el în care doriți să măsurați curentul. Avantajul acestei versiuni a wattmetrului este un curent de sarcină mai mare de până la 100A, care poate fi util.
Ei bine, dezavantajul este un preț puțin mai mare.
Caracteristicile wattmetrului.
Tensiune de măsurare: AC 80~260VFrecventa: 45 – 65 Hz
Precizie de măsurare: clasa 1.0
Curent de măsurare: AC 0~20A
Putere de măsurare: 0 ~ 22 kW
interval de măsurare a energiei: de la 0 la 9999 kWh
Temperatura de functionare: -10°C~65°C
Umiditate de funcționare: 35~85%RH
Dimensiune: 90x50x25 mm (valori rotunjite. Vezi poza de mai jos pentru valori exacte).
Domeniul de livrare:
Wattmetru - 1 buc.Manual (în engleză și chineză) - 1 buc.
Una dintre cele mai importante caracteristici ale unui circuit electric este puterea acestuia. Folosind acest parametru, se determină cantitatea de muncă pe care o realizează curentul electric într-o anumită unitate de timp. Toate dispozitivele incluse în circuit trebuie să aibă o putere corespunzătoare puterii rețelei specifice. Pentru a măsura puterea curentului electric, se folosește un dispozitiv special de măsurare - un wattmetru.
Este necesar în principal în rețelele de curent alternativ, determinarea puterii dispozitivelor pornite, precum și pentru testarea rețelelor și a secțiunilor individuale ale acestora, monitorizarea și monitorizarea modului de funcționare a echipamentelor electrice și contabilizarea energiei electrice consumate.
Clasificarea wattmetrelor
Înainte de măsurarea puterii cu un wattmetru, curentul și tensiunea sunt mai întâi măsurate în zona studiată. Pentru a obține informații rezumative clare, aceste date ar trebui convertite utilizând wattmetre, care pot fi analogice sau digitale.
Multă vreme, cele mai multe măsurători au fost efectuate cu dispozitive analogice, care, la rândul lor, au fost împărțite în categorii de indicare și înregistrare. Ele afișează valoarea puterii active la o anumită secțiune a circuitului. Un reprezentant tipic este considerat a fi un dispozitiv indicator cu o scară semicirculară și o săgeată rotativă. Scara este marcată cu o gradare corespunzătoare valorilor puterii în creștere, pe care o măsoară în .
Un alt tip, un wattmetru digital, se referă la instrumente de măsură capabile să performeze. Toate aceste dispozitive sunt echipate cu un afișaj, care, pe lângă putere, afișează citirile de curent, tensiune și consumul de energie pe o anumită perioadă de timp. Cele mai avansate dispozitive sunt conectate și permit transmiterea datelor primite către un computer situat la distanță de locul de măsurare.
Principiul de funcționare al unui wattmetru analogic
Baza proiectării celor mai comune wattmetre analogice este sistemul electrodinamic. Dispozitivele de acest tip fac posibilă efectuarea celor mai precise măsurători și obținerea rezultatelor necesare.
Principiul de funcționare al unui wattmetru de tip analogic se bazează pe două bobine care interacționează. Prima bobină este staționară; designul său folosește un fir gros de înfășurare cu un număr mic de spire și rezistență scăzută. Această bobină este conectată în serie cu consumatorul.
A doua bobină este în mișcare. Pentru înfășurarea acestuia se folosește un conductor subțire cu un număr mare de spire și rezistență ridicată. Această bobină este conectată în paralel cu consumatorul și este echipată cu rezistență suplimentară pentru a proteja împotriva scurtcircuitelor înfășurării.
Când wattmetrul este conectat la rețea, câmpurile magnetice apar în înfășurările bobinelor sale, interacționând între ele. Datorită acestei interacțiuni, se generează un cuplu care deviază înfășurarea în mișcare cu unghiul calculat. Acest indicator este influențat de produsul dintre curent și tensiune la un anumit moment în timp.
Cum funcționează un wattmetru digital?
Principiul de bază al funcționării unui wattmetru digital este măsurarea preliminară a curentului și a tensiunii în secțiunea de testare a circuitului. Un senzor de curent este conectat în serie la consumatorul de sarcină, iar un senzor de tensiune este conectat în paralel. Principalul element structural al senzorului este transformatorul de măsurare.
Un wattmetru de uz casnic, utilizat pe scară largă acasă, funcționează pe același principiu. Un astfel de dispozitiv trebuie doar conectat la o priză pentru a începe procesul de măsurare.
Baza dispozitivului este un microprocesor, care primește parametrii măsurați de curent și tensiune, după care se calculează puterea. Rezultatele obtinute sunt afisate pe ecran si transmise simultan catre dispozitive externe. Microprocesorul în sine conține elemente, inclusiv microcontrolere, care vă permit să controlați automat modurile de operare și să comutați de la distanță limitele de măsurare. Cu ajutorul lor, sunt indicate simbolurile cantităților măsurate.
Când lucrați cu convertoare de nivel de putere mare și medie, calibrați dispozitivul digital folosind un calibrator de putere CC. Autocalibrarea wattmetrului este efectuată de un calibrator de curent alternativ. Toate componentele și elementele sunt alimentate printr-o sursă de curent continuu construită în interiorul dispozitivului de măsurare.
Tensiunea care vine de la convertorul de recepție, conectat la priză, este amplificată de amplificatorul de curent continuu - amplificator de curent continuu - la valori care fac funcționarea ADC - unitatea de convertor analog-digital - mai stabilă. Apoi, tensiunea proporțională cu puterea măsurată este convertită într-un interval de timp umplut cu impulsuri ale frecvenței de referință.
Numărul acestor impulsuri, proporțional cu puterea măsurată, va fi afișat pe dispozitivul de citire digitală. Datele primite pot fi introduse într-un dispozitiv special conceput pentru prelucrarea informațiilor.
Schema de conectare a dispozitivului de măsurare
Precizia datelor obținute va depinde de cât de corect este conectat wattmetrul într-o anumită secțiune a circuitului. Circuitul corect pentru conectarea unui wattmetru este următorul: bobina de curent staționar a dispozitivului de măsurare este conectată în serie la consumatorii de sarcină sau de energie electrică.
Bobina de tensiune în mișcare este conectată în serie cu o rezistență suplimentară, iar apoi întreaga secțiune este conectată în paralel cu sarcina. Partea mobilă a wattmetrului are un anumit unghi de rotație, calculat prin formula: α = k2IхIu = k2U/Ru, în care I și Iu sunt curenții bobinelor seriale și, respectiv, paralele ale dispozitivului.
Deoarece circuitul folosește rezistență suplimentară, circuitul paralel al dispozitivului va avea o rezistență aproape constantă (Ru). În acest caz, unghiul de rotație va fi egal cu: α = (k2/Ru)хIхU = k2IхU = k3P. Adică, puterea circuitului va fi determinată exact de acest parametru.
Wattmetrul are o scară de măsurare aplicată uniform, realizată într-o variantă unilaterală, când dispunerea diviziunilor începe de la zero la dreapta. Când curentul electric din bobina fixă își schimbă direcția, provoacă o schimbare a sensului de rotație și a cuplului bobinei în mișcare. Dacă wattmetrul este conectat incorect și direcția curentului este diferită, dispozitivul electronic nu va funcționa.
Din aceste motive, nu trebuie să confundați terminalele care sunt folosite pentru conectare. Înfășurarea în serie are un terminal pentru conectarea la sursa de alimentare, numit terminal generator. Un circuit paralel este numit și circuit generator și are propriul terminal necesar pentru a conecta secțiunea la firul conectat la bobina serie.
Cu conexiunea normală, curenții din bobinele dispozitivului de la bornele generatorului sunt direcționați către bornele non-generatorului.