Ваттметр схема подключения: назначение, типы, подключение, применение, параметры

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:

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.

Основная погрешность:

• 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.

Производство – ЗИП-Научприбор.

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.

Назначение ЦП8506-120:

• 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.

Ещё одно видео о встраиваемом ваттметре:

БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

Недавно зашёл (случайно) в один секонд хенд, и пока приятель искал себе старые джинсы по цене новых, на глаза мне попался интересный девайс – цифровой измеритель потребляемой мощности. Втыкается он в розетку, и уже к нему подключаем различные бытовые приборы и другую нагрузку мощностью до 2,5 кВт. Устройство предназначено для измерения мощности, тока и напряжения электроэнергии и контроля количества потребляемой электроэнергии от сети.    А учитывая смешную цену данного устройства – всего 8уе, купил не задумываясь, чему впоследствии был рад. Без всяких изменений в конструкции, данный бытовой ваттметр может измерять электрические параметры (переменный ток, напряжение) без подключения к сети 220В. Это происходит за счёт собственного питания – две маленькие батарейки по 1,5В.    Бытовой ваттметр собран в красивом и прочном корпусе. Да не маде ин чина, а настоящая европа – Гамбург. О чём и говорит наклейка на обратной стороне корпуса прибора.    Проверяем его возможности:  1. Измерение напряжения сети в вольтах (V),   2. Измерение тока нагрузки в амперах (A),  3. Измерение потребления мощности в ваттах,  4. Общее количество потребленной электроэнергии (KWh – киловатт-час) и стоимость потребленной электроэнергии.    Бытовой ваттметр может даже измерять стоимость электроэнергии, если вы введёте цену одного киловатт-часа. Причём если в сети пропадёт питание, показания всё равно запомнятся, за счёт резервных батареек. Кстати ваттметр работает и без них, но чтоб измерение можно было проводить автономно – они необходимы.    Конечно мы разберём корпус и заглянем внутрь. Здесь видна небольшая плата с залитым чипом, который выполняет обработку сигнала, снимаемого с датчика и вывод информации на ЖКИ дисплей.     Датчик собран на отдельной плате, на которой имеется и плавкий предохранитель. Уверен, что немного изменив схему, можно добиться от ваттметра измерения даже постоянного тока и напряжения.    Забыл сказать – данный бытовой ваттметр работает как своеобразный сигнализатор – предохранитель. Можно задать максимально допустимый уровень нагрузки, и как только мощность превысит это значение ваттметр начнёт подавать звуковые сигналы.    Только теперь я понял, как мне не хватало подобного прибора! Включая через него различные устройства – электродвигатели, ламповые усилители, микроволновые печи, сварочные инверторы и другую аппаратуру, можно сразу видеть нормально ли работает устройство. А переключая кнопкой mode режим измерений – вольты, амперы, ватты; можно без всякого мультиметра контролировать целый ряд важных параметров. Благодаря красивой синей подсветке, параметры видны даже в темноте. Думаю это именно тот случай, когда проще и дешевле прибор купить, чем спаять.    Форум по ваттметрам    Обсудить статью БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР

Давно нужно было создать простой измеритель на Arduino, который бы измерял расход электроэнергии. В то время, как есть в продаже немало доступных по цене счетчиков энергии одной фазы, 3-х фазные счетчики не столь распространены и, как правило, довольно дорогие. Поэтому решено было сделать самодельный. Конечно, для идеально точных измерений нужно измерить потребляемый ток и напряжение, но для этого устройства конструкцию упростили до измерения только тока, что уже дает неплохую оценку потребления киловатт-часов на стандартных электросетях (будем считать что отклонение от нормы напряжения невелико). Этот прибор измеряет ток через каждую фазу с помощью ТТ (трансформатора тока), а затем делает несколько вычислений, чтобы показать на ЖК экране ток, мощность, максимальную мощность и киловатт-часы, затраченные на каждую фазу.

Компоненты для сборки 3-фазного счётчика

1. Arduino Uno
2. ЖК-экран
3. 3 x CTs – Talema AC1030
4. 3 х 56 Ом нагрузочные резисторы
5. 3 х 10µF конденсаторы
6. 6 х 100к резисторы делителя

Внимание – будьте осторожны при подключении устройства к электросети и убедитесь, что питание выключено, прежде чем делать какие-либо соединения!

Процесс изготовления

Сначала нужно начать монтаж компонентов для создания датчиков тока, что производят сигнал, который Arduino может понять. Ардуино имеет только аналоговые входы напряжения, которые измеряют 0-5 В, так что надо преобразовать токовый выход из ТТ в опорное напряжение, а затем масштабировать его в 0-5 В диапазоне напряжений. Если вы собираетесь устанавливать измеритель мощности где-то постоянно, то можно сразу припаять резисторы и конденсатор непосредственно на каждый ТТ, чтобы они не могли отвалиться.

Принципиальная схема подключения ТТ к Arduino

После подключения всех компонентов, нужно подключить датчики к линии, которую вы хотите контролировать. Для подключения к обычной 3-х фазной питающей сети, подсоедините каждый ТТ на каждую из фаз, как показано на схеме. Каждый ТТ должен иметь только один фазный провод, проходящей через его сердечник.

Выбор трансформатора тока

Важный элемент измерителя – трансформатор тока. Здесь используется Talema AC1030, который может выдержать 30 А номинальный, и 75 А максимальный ток. При 220 В, теоретически он может распознавать до 16 кВт в течение коротких периодов времени, но чтобы постоянно быть под нагрузкой – примерно 6 кВт. Чтобы рассчитать максимум мощности – умножьте ток на напряжение (обычно 220 В).

Расчет нагрузочного резистора

Далее нужно рассчитать нагрузочный резистор R3, который преобразует ток в опорное напряжение. Это делается путем деления первичного тока на коэффициент трансформации ТТ. Оно должно быть около 500-5000 к 1. В этой схеме он работал на 42 А с соотношением витков 1000:1, что дает вторичный ток 0.042 А. Аналоговое опорное напряжение на Arduino составляет 2,5 В, и чтобы определить сопротивление используем формулу

• Murata 56050C – 10A – 50:1 – 13 Ом
• Talema AS-103 – 15A – 300:1 – 51 Ом
• Talema AC-1020 – 20A – 1000:1 – 130 Ом
• Alttec L01-6215 – 30A – 1000:1 – 82 Ом
• Alttec L01-6216 – 40A – 1000:1 – 62 Ом
• Talema ACX-1050 – 50A – 2500:1 – 130 Ом
• Alttec L01-6218 – 60A – 1000:1 – 43 Ом
• Talema AC-1060 – 60A – 1000:1 – 43 Ом
• Alttec L01-6219 – 75A – 1000:1 – 33 Ом
• Alttec L01-6221 – 150A – 1000:1 – 18 Ом

Ещё необходимо 2 разделительных резистора, чтобы получить 2.5 вольта опорного напряжения к Arduino. Они должны быть одинаковыми, поэтому в данной схеме используются два резистора по 100 к.

Загрузка прошивки

Теперь можно прошить Arduino, если вы еще не сделали это сразу. Вот архив с кодом. Для проверки работоспособности и точности использовалось пару ламп накаливания – их потребление довольно близко к тому, что указано на этикетке, то есть 100 Вт лампочка использует очень близко к 100 Вт реальной мощности, так как это почти полностью резистивная нагрузка. Теперь необходимо настроить коэффициенты масштабирования, поиграйтесь с различными значениями, глядя что отображается на экране счетчика энергии.

Когда счетчик энергии будет откалиброван и коэффициенты масштабирования будут загружены на Ardunio, ваш 3-фазный измеритель готов к подключению.

После запуска, вы увидите 3 типа данных на экране ваттметра с последующим переключением по току, мощности, максимальной мощности и киловатт-часам потребленной энергии. В верхней строке появится фаза 1 и фаза 2, а в нижней строке отображается значение данных фазы 3.

   Форум по микроконтроллерам

   Обсудить статью ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР

Как устроен ваттметр

Ваттметры используются для определения мощности электрического тока. Они устанавливаются на электровелосипеды и другие виды персонального электротранспорта с целью точного анализа характеристик электрического тока и расхода энергии. Зная, как пользоваться ваттметром, можно отслеживать всевозможные параметры мотор-колес и АКБ. Такие анализаторы мощности предоставляют информацию о работе транспортного средства и помогают повысить его эффективность.

С помощью таких анализаторов мощности легко контролировать:

1. емкость аккумуляторной батареи;
2. реальную мощность и КПД мотор-колес;
3. при дополнительном подключении температурного датчика – нагрев мотор-колеса и контроллера с целью исключения риска их перегрева;
4. ток, проходящий через мотор-колесо или контроллер;
5. эффективность их работы;
6. процесс подзарядки и разряда АКБ;
7. присутствие пиковых токов, способных спровоцировать повреждение комплектующих;
8. утечки тока;
9. наличие перепадов напряжения, вызванных определенными компонентами;
10. эффективность рекуперации в случае торможения электромотором;
11. изменение потребления энергии при помощи педалями.

Ваттметры позволяют определять самые экономичные режимы работы электротранспорта, помогают бережно эксплуатировать АКБ, чтобы продлить ее ресурс. Полученная при помощи таких приборов статистика позволяет смоделировать e-bike или другой электротранспорт с оптимальными параметрами, чтобы избежать нерациональных расходов на излишнюю мощность и вес компонентов.

Как работает ваттметр

Рассмотрим, как устроен ваттметр, и как он работает. В приборах аналогового типа взаимодействуют 2 катушки:

1. Неподвижная, с малым количеством витков, толстым проводом и незначительным сопротивлением. Она последовательно подключается к потребителю.
2. Подвижная, с большим количеством витков тонкого провода и значительным сопротивлением. Она параллельно подключается к потребителю и имеет дополнительное сопротивление (для профилактики КЗ обмоток).

При включении ваттметра в сеть в катушках появляются магнитные поля. Они взаимодействуют, и образующийся момент вращения отклоняет подвижную обмотку с закрепленной стрелкой на расчетный угол. По градуированной шкале определяется значение мощности.

В цифровых ваттметрах вначале замеряются напряжение и сила тока. Для этого к потребителю последовательно подсоединяется датчик тока и параллельно – датчик напряжения. Замеренные мгновенные значения напряжения и тока через преобразователь подаются к внутреннему микропроцессору, где и рассчитывается мощность. Результат отображается на дисплее и подается на внешние устройства.

Электродинамические ваттметры подходят для цепей переменного и постоянного тока, а индуктивные модели – только для переменного.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как правильно заряжать литий-титанатный аккумулятор, чтобы не сокращать его ресурс.

Бытовой ваттметр

Характеристики

ИНСТРУКЦИЯ

Режим 2. Суммарная мощность (кВт*ч)
Функция электросчетчика. Может быть удобно воткнуть устройство на недельку между интересующим устройством и розеткой, после чего сделать примерные расчеты в деньгах.

Режим 3. Напряжение и частота
Также здесь отображается частота сети. Для теста подключился к выходу ИБП, отключил его от сети и получил те же 50 Гц ровно.

Режим 4. Ток и коэффициент мощности
Измеритель переменного тока, амперметр. Прибор не показывает значения выше ~16 ампер.

Режим 5. Минимальная мощность
Минимальное значение мощности за период измерения.

Режим 6. Максимальная мощность
Максимальное значение мощности за период измерения.

Режим 7. Цена
Установка стоимости электроэнергии
Для установки стоимости нужно удерживать кнопку Cost на 3 секунды. Потом нажать кнопку Function, чтобы отредактировать значение. Цена сбрасывается в ноль при сбросе устройства, что очень неудобно. Установка значений производится кнопками Up и Down, и это единственное их предназначение, ни в каких других режимах они не работают, разве что могут включить устройство после автоматического отключения.

Замерил потребление энергии от утюга мощностью 1200 вт. получил следующие результаты:

Накопительный водонагреватель Oasis:

Разборка устройства

ВЫВОД

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

СХЕМА ПРОСТОГО ВАТТМЕТРА

Если нужно сделать прибор для измерения потребляемой мощности бытовой техники. Не обязательно усложнять схему микроконтроллерами, ЖК индикаторами и прочими дорогими радиокомпонентами. В этой конструкции не понадобятся даже транзисторы. Достаточно часть тока от потребителя через небольшой трансформатор подать на диодный выпрямитель, а дальше на стрелочный индикатор, чтоб иметь достаточно точный индикатор мощности до 1 киловатта. При необходимости можно увеличить этот диапазон хоть до 10 кВт.

Измеритель мощности переменного тока

Основа работы устройства — трансформатор тока, который по сути то же самое что обычный трансформатор. Одна обмотка у него 3000 витков тонкой проволоки, намотанной на железном сердечнике — это вторичная обмотка. Первичная обмотка представляет собой пару витков сетевого шнура. Отношение тока, протекающего через первичную сторону и вторичную обмотки, является обратным соотношением числа витков. Линейность будет правда не идеальной, но для средней точности пойдёт. В конце концов 540 ватт потребляет устройство или 580 — не слишком важно. Однополупериодный выпрямитель представляет собой конденсатор небольшой ёмкости и германиевые диоды, прямое падение напряжения при переходе измряется индикатором на 100 мкА. Выбрать предел измерений 1000 Вт и 100 Вт можно подключив резистор параллельно стрелочной головке.

При испытаниях и настройке (подбирая сопротивления), использовалась 100 Вт лампа накаливания и прожектор на 500Вт. То есть подключайте нагрузку, мощность которой вы знаете заранее, и по ней выставляйте нужные показания индикатора. Готовый ваттметр можно разместить в любой пластиковой коробочке, или же встроить в сетевой фильтр. В этом случае нужно будет найти небольшой стрелочник, типа индикатора уровня записи от старого магнитофона.