- Что это такое?
- Виды исполнения измерителей
- Мобильные
- Стационарные
- Бытовые
- Понятие о мощности и методы расчёта
- Для переменного тока
- Для постоянного тока
- Устройство и принцип работы
- Аналоговый
- Цифровой
- Сфера применения
- Разновидности и обозначения
- Низкочастотные
- Радиочастотные по поглощению
- Радиочастотные по прохождению
- Лучшие модели
- ROBITON PM-1
- HiDANCE 3680W AC Power Meter
- Espada TSL 1500WB
- TP-Link HS110
- Edimax SP 2101W
- МЕГЕОН 71016
- Energenie EGM-PWM
- Тонкости подключения и использования
Что это такое?
Ваттметр – это прибор, измеряющий потребляемую мощность. Часто это необходимо там, где сечение жил электрического кабеля соответствует общей нагрузке, выдаваемой потребителями, имеющимися на установке. С помощью ваттметра можно измерить энергопотребление как лампы, так и 1-3 чайников или стиральной машины.
Без измерения потребляемой мощности каждого из бытовых приборов, подключенных к старой электросети, новый, не имеющий запаса мощности, не выдержит нагрузки. Он воспламенится от перегрева и вызовет пожар.
Несогласованность между чрезмерно мощным источником и слаботочным потребителем также приводит к выходу последнего из строя. Ваттметр предназначен для предотвращения этих событий.
Виды исполнения измерителей
Ваттметры делятся на передвижные (переносные), стационарные (щитовые), лабораторные и бытовые. Все представленные варианты могут быть выполнены в аналоговом и цифровом классе устройств.
Мобильные
Сюда входят тестеры небольших размеров, для разовой проверки грузовых каналов. Такие устройства часто управляются с реальной изучаемой линии. Есть варианты, оснащенные аккумуляторами, или батареями. В зависимости от сети — чаще аналогового, автономного — цифрового класса.
Стационарные
Подключение ваттметра стационарного типа обычно осуществляется в силовых щитах в зданиях, домах, квартирах или в других точках центрального распределения электроэнергии. Отдельные стационарные измерительные приборы являются лабораторными приборами.
Первый предназначен для непрерывного контроля сетевого тока, второй — для одноразового, но очень точного измерения потребления электроэнергии отдельными нагрузками.
Стационарные ваттметры бывают аналогового и цифрового класса. Преимуществом первого является непревзойденная надежность, второго — удобство и функциональность. Обычный случай приборов, смонтированных в щите и с учетом потребления приборов, можно назвать классическими амперметрами.
К сожалению, они не определяют «мгновенных» значений, но дают представление об общей стоимости нагрузки на линию в киловатт-часах.
Бытовые
Приборы этого типа не очень точны, и обычно предназначены для измерения расхода одного, реже двух бытовых приборов. Классический вариант представляет собой переходник с индикатором, размещаемый между розеткой 220 В и потребительской вилкой.
Такой сменный ваттметр может, в зависимости от модели, также показывать «мгновенное» общее потребление или делить его на активные, реактивные, комплексные и общие киловатт-часы.
Понятие о мощности и методы расчёта
В бытовой сети протекает переменный ток напряжением 220 В (в промышленной сети — 380), но в большинстве электроприборов используется постоянный ток. Для этого к каждому такому устройству подключается блок питания (он может быть встроен в корпус потребителя).
Мощность — это физическая величина, измеряемая в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Для каждого электроприбора параметр рассчитывается по двум формулам.
Для переменного тока
Такие потребители, как обычные лампочки, инструмент с двигателем (дрели, болгарки, шлифовальные машины), работают от переменного тока. Чтобы узнать потребляемую ими мощность, нужно произведение напряжения и тока умножить на коэффициент cos φ. Это связано с тем, что электрические компоненты (катушки или обмотки двигателя) влияют на величину силы тока, меняя ее в разное время. Поэтому без инструментов невозможно будет измерить эффект.
Для постоянного тока
Расчет производится по формуле: ток (в Амперах, А) умножить на напряжение (Вольт, В). Пример: устройство использует 0,1 А и рассчитано на 15 В. Тогда потребляемый ток будет 0,1х15 = 1,5 Вт. Информацию о силе тока и напряжении можно найти на блоке питания, самом устройстве или в технической документации , который всегда предусмотрен производителем.
Устройство и принцип работы
В зависимости от конструкции измерительных цепей прибора ваттметры делятся на два типа.
Аналоговый
Аналоговые сигналы по своей природе непрерывны. Электродинамические измерители используются для измерения силы электрического тока, проходящего по цепи. Аналоговый гальванометр работает на основе электромагнитного взаимодействия между двумя катушками. Один из них — электродинамический статор — надежно закреплен в устройстве, прикрепленном к раме (нижней части корпуса).
Обмотка статорной части намотана толстым (диаметром до 1 мм и более) обмоточным эмалированным проводом. Ее сопротивление низкое. Он включен последовательно с нагрузкой, без дополнительных резисторов.
Ротор или подвижная катушка движется в поле статора. Он закреплен на оси, чтобы не создавать перекоса в зазоре статора при его отклонении в любую из двух сторон. Он намотан тонким эмалированным проводом, имеет гораздо большее сопротивление (и количество витков). Если бы он был намотан такой же толстой проволокой, то гальванометр визуально не оказывал бы никакого влияния.
Он подключен параллельно нагрузке через дополнительный резистор высокого сопротивления. Это, в свою очередь, предотвращает короткие замыкания в цепи, а между витками — и выход из строя гальванометра.
При подключении ваттметра к сети, а точнее, при включении сети через него, подвижная и неподвижная катушки генерируют собственные магнитные поля. Взаимодействуя с этими полями, катушка ротора поворачивается на определенный (расчетный) угол.
К оси шпули подвешена стрела с плоской пружиной. Возвращает саму стрелку в исходное (нулевое) положение — сразу после отключения ваттметра от сети. Направление стрелки совпадает с плоскостью подвижной катушки — они оба прикреплены друг к другу.
Конец неуравновешенной стрелки может упасть на пластину с наложенной и откалиброванной шкалой, касайтесь ее при движении по самой шкале. Чтобы исключить такое замедление стрелки, изготовитель прибора уравновешивает ее металлическим волоском (стременем), помещенным у самой оси, вокруг которой вращается сама катушка.
Стремя может быть заменено противовесом на конце его нижней части, соосным со стрелой — или одно дополняет другое.
Эта конструкция отдаленно напоминает микроскопическую шкалу или каплю в указателе уровня жидкости, которая находится в идеальном равновесии посередине. Сам противовес выпаивается из легкоплавкого металла или сплава.
Стрелка уравновешивается по уровню — в горизонтальном и вертикальном положении гальванометра. Если прибор упадет, балансир сломается, то такой гальванометр считается поврежденным и подлежит утилизации.
Важно! Градусы, на которые поворачивается катушка со стрелкой, соответствуют количеству вольт-ампер, проходящих сейчас через цепь. Некоторые модели приборов, например электрокардиометр, снабжены не гальванометром, а самописцем — распечатывают таблицы значений силы тока, напряжения и мощности или отображают график силы на рулоне бумаги.
Цифровой
Электродинамический гальванометр в таком ваттметре заменен цифровым блоком, работающим на основе предварительного измерения силы тока и напряжения. Последовательно с нагрузкой на вход устройства подключается датчик тока — аналог простого амперметра.
Параллельно — датчик напряжения (аналог обычного стрелочного вольтметра). Элементная база, из которой собираются эти датчики, включает в себя термопары, управляющие трансформаторы тока, термисторы и так далее.
Далее идет АЦП — микросхема, преобразующая аналоговый сигнал в цифровой. Эти данные передаются на микросхему микропроцессора. Процессор сам определяет количество (ре)активной мощности. Обработанная информация передается в оперативную и флэш-память и доступна для чтения внешними устройствами. В более дорогих моделях ваттметров они передаются через COM или USB-порт — и во всех моделях выводятся на дисплей.
Сфера применения
Измерение потребляемой мощности устройств — обычная задача для ваттметров. Она решается внутри промышленности в ряде отраслей, где производится электроэнергия, строятся машины и механизмы различного назначения, обслуживаются и ремонтируются бытовые и промышленные электроприборы и электроустановки.
Мед-ваттметр – это электромеханический или полностью электронный счетчик киловатт-часов, устанавливаемый на входе в каждый дом, квартиру, офис, магазин или этаж производственного предприятия.
А вот ваттметр — это более совершенная версия электросчетчика. Это один из самых эффективных инструментов для мастера по ремонту бытовой электроники (вплоть до компьютеров) и радиолюбителя.
Задача такого специалиста — рассчитать, сколько энергии может сэкономить то или иное устройство без потери функциональности и скорости.
Область применения ваттметров:
- определить мощность юнитов;
- испытание электрических цепей и цепей — частичное или полное;
- испытания электроустановок;
- испытания приборов и оборудования на отказ;
- учет потребителей и учет электроэнергии.
В последнем случае ваттметр выполнен в виде удлинителя с несколькими розетками, подключаемыми через сам прибор, кнопки управления, а также цифровую шкалу или полноценный ЖК-экран. Это комплексное решение — подключается к сети, сразу готово к использованию.
Читайте также: Cветовой поток светодиодных ламп (таблица)
Разновидности и обозначения
По частоте тока, мощность которого измеряется, ваттметры делятся на следующие группы:
- низкочастотный и постоянный ток;
- радиочастота (потребляемая и поглощаемая мощность);
- оптический.
Низкочастотные
Ваттметры низкочастотные применяются в сетях переменного тока и электроустановках постоянного тока. Так переменные ваттметры делятся на однофазные и трехфазные. Для определения реактивного эффекта в сети используются так называемые теплосчетчики.
Если вам попадется цифровой ваттметр, он считает активную и реактивную мощность. Такие ваттметры маркируются буквой С, рядом с ними стоит число, определяющее класс точности прибора, пределы измеряемой мощности и модель, например Ц301, Д8002, Д5071.
Радиочастотные по поглощению
Для измерения поглощаемой мощности на радиочастотах используется внушительный набор ваттметров. По типу они делятся из-за наличия нескольких видов и разновидностей датчиков, с которых считываются показания.
Для радиочастот в качестве датчиков подходят термопара, термистор и пиковый детектор, гальваномагнитные и пондеромоторные компоненты. Однако радиочастотное излучение часто отражается, такой ваттметр измеряет поглощаемую мощность, а не мощность, реально попадающую на датчик.
Термисторные ваттметры включают термисторный или болометрический приемный преобразователь. К нему подключен измерительный мост. Для нагрева термистора используется обычный источник переменного тока. Термистор меняет сопротивление при нагреве. Температура нагреваемого термистора определяется уровнем мощности падающего на него сигнала.
Взяв разницу между переменным током, который нагревает сам термистор, и падающей ВЧ-мощностью, можно рассчитать реальную измеряемую мощность.
Во время измерения пропадающий от термистора ВЧ-эффект вместе с переменным током не приводит к значительному изменению сопротивления термистора. Он стабилен за счет работы измерительного моста, реагирующего на изменения термистора теплового потока.
Вся эта схема раньше работала за счет ручных регулировок — теперь задачу регулировки взял на себя цифровой модуль, автоматически возмущающий вышеуказанные параметры. Термисторные ваттметры работают при рассеиваемом в приборе токе до нескольких милливатт.
Этот предел превышен за счет делителей входной мощности, которые одновременно вызывают еще большую недостоверность измерений, например — М3-22А, М3-28.
В калориметрических ваттметрах вместо термистора используется специальный нагрузочный элемент, от которого тепло передается преобразователю, установленному на термисторе. В качестве посредника выступает рабочая среда – очищенная вода или жидкость, которая может ее заменить.
Эта жидкость течет с постоянной скоростью и проходит через входной загрузочный элемент, преобразователь и элемент, отводящий избыточное тепло, например агрегаты М313, МК3-68/70.
В термоэлектрических ваттметрах используется термопара — одна или несколько — с прямым и непрямым нагревом. В процессе измерения мощности нагретый спай термопары еще больше нагревается от мощности сигнала, с которого прибор снимает показания.
Схема генерирует тепловое напряжение. Это напряжение и есть сигнал, поступающий на АЦП цифрового ваттметра или на аналоговый гальванометр, например ваттметры М3-51/56/93 термоэлектрические.
«Пиковые» ваттметры чувствительны к мощности импульсного сигнала, но измерение мощности такого сигнала является неточным. Такое устройство легко сделать из переменного вольтметра, подключив нагрузочное устройство с сопротивлением, соответствующим волновому сопротивлению фидера.
Конечным узлом является электронный счетный блок со шкалой мощности. Примерами ваттметров с пиковым детектором являются M3-3A/5A.
Радиочастотные по прохождению
Первым преобразователем (преобразователем) в таких устройствах является направленный разветвитель — узел, выделяющий малую часть тока из основного канала. Он поступает во вторичный преобразователь — например, через детектор огибающей сигнала или термопару.
Полученный сигнал отправляется на АЦП или гальванометр. Для частот 150–1620 кГц использование разветвителей затруднено. Вместо них используются датчики тока и напряжения. Такими деталями являются трансформаторы напряжения и тока.
Полученные значения умножаются друг на друга на разность фаз. Примером использования такого устройства является определение мощности, отправляемой передатчиком на антенный кабель. В диапазоне СВЧ — 300-3000 МГц в стенке волновода используются термисторные, гальваномагнитные и термоэлектрические датчики. Примером такого устройства является М2-23/32 или NAS.
Лучшие модели
Стоит более подробно рассмотреть самые популярные модели.
- Робитон ПМ-1 — бюджетный прибор для контроля энергопотребления одного потребителя. Универсальное устройство — можно включить и сразу начать работать. Он покажет, сколько электроэнергии израсходовал тот или иной бытовой прибор за определенный период времени. Он подходит для электрических плит и водонагревателей. Прибор не работает при околонулевой температуре на улице.
- Измеритель мощности переменного тока HiDANCE 3680W измеряет ток нагрузки и напряжение сети, определяет коэффициент и потребляемую мощность. Это многофункциональное цифровое устройство, предназначенное для расчета энергоэффективности помещения. Он отличается высокой точностью, работает в нескольких режимах, но требует повторного введения стоимости киловатта энергии после отключения нагрузки.
- Espada TSL 1500WB предназначен для проверки нагревателей на эффективность прямо в магазине. Имеет двухтарифный режим, оповещение о превышении тока, разрешенного техпаспортом. Подсвечивает экран в темноте, быстро и очень точно, но сложно поменять батарейку или аккумулятор.
- Мегаон 71016 — китайская модель, непрерывно считывает все показатели, измеряет концентрацию углекислого газа в закрытых помещениях и помещениях.
- Brennenstuhl PM 231 помимо реальной мощности измеряет напряжение, ток и частоту. Это безопасно для детей, но шрифт на экране слишком мелкий.
- TP-Link HS110 — удаленный мониторинг и управление через интернет, позволяет отключать подключенные устройства или ограничивать мощность.
- Edimax SP 2101W позволяет настроить работу потребителей по расписанию. Это умная замена штекера».
- Energenie EGM-PWM — полное дистанционное управление, без «привязки» к ПК.
- Киловаттметр Д305 – трехфазная полупрофессиональная модель, предназначенная для расчета энергоэффективности цехов и цехов предприятий. Это аналоговая версия, измеряющая передаваемую мощность до 40 кВт.
- D365 имеет мощность до 120 кВт.
- HN-PM1 — это модель без дисплея с модулем Wi-Fi. Монтируется на DIN-рейку в щитке.
ROBITON PM-1
Стандартный блок, объединяющий в одном корпусе контакт потребителя, розетку, экран для вывода информации и три клавиши управления.
Устройство определяет:
- мощность устройства нагрузки;
- количество потребляемой энергии;
- вся стоимость киловатт-часов за расчетное время.
Основные преимущества – доступный и достаточно точный прибор для повседневного использования.
Минус — сложная процедура сброса значений.
HiDANCE 3680W AC Power Meter
Более продвинутый ваттметр позволяет использовать несколько полезных функций: определять коэффициент мощности тестируемого устройства — Power Factor (он же cos φ). Также он показывает все остальные параметры — силу тока и мощность.
Достоинства: аккуратная сборка, достаточный функционал, большой экран.
Минус — после сброса нужно заново вводить цену за кВтч.
Espada TSL 1500WB
Электронный ваттметр для частного и коммерческого использования. Основное отличие от аналогов — возможность учета дневного и ночного тарифов. На экране есть подсветка. Кроме того, функция сигнализации превышения максимально допустимого тока или мощности.
Достоинства: простой и понятный интерфейс, надежность, большой экран, малая погрешность измерения.
Минус — сложно поменять источник питания.
TP-Link HS110
«Умный» ваттметр от известной компании, производящей электронику и сетевое оборудование. Управление и контроль осуществляются извне. Может использоваться для подключения ПК, смартфона и других устройств. Пользователь сможет не только измерять значения силы тока, силы тока и напряжения, но и отключать потребитель энергии, а при необходимости включать его снова.
Достоинства: простота использования, относительно невысокая цена.
Минус — в доме должен быть стабильный интернет.
Edimax SP 2101W
Ваттметр рассчитан на непрерывную работу с одним потребителем. Это «умная» розетка, которая может работать по определенной программе или управляться владельцем вручную. При возникновении чрезвычайной ситуации пользователю будет автоматически отправлено сообщение.
Достоинства: отлично подходит для систем умного дома, большая память позволит хранить результаты измерений в течение 12 месяцев.
Недостатки — высокая цена.
МЕГЕОН 71016
Ваттметр с информативным ЖК-экраном и световыми элементами. Показания рассчитываются в режиме реального времени. Дополнительная функция — показывает концентрацию СО2 в воздухе.
Достоинства: небольшой размер, можно вставлять трехконтактные евророзетки, аккуратная сборка.
Недостатки: высокая цена при покупке в обычном магазине.
Energenie EGM-PWM
Ваттметр в стильном черном корпусе сочетает в себе измерительный блок и систему анализа потребительского поведения. Самостоятельно строит диаграммы, графики. Имеется порт для подключения к ПК или другому устройству.
Достоинства: простое управление, можно работать с отопительным оборудованием.
Минус — высокая цена.
Тонкости подключения и использования
Ваттметр имеет два входа — по две клеммы на каждом. Схема включения ваттметра не предусматривает последовательного включения подвижной катушки и параллельного включения неподвижной. При неправильном подключении цепи вы сожжете устройство, устроите короткое замыкание в сети, это вызовет пожар.
По правилам обмотки включаются по их сопротивлению — это значит, что действующий в данный момент ваттметр не может вносить заметных искажений в количество ватт, потребляемых потребителем, подключенным через прибор.
Определить показания можно по количеству потребляемой электроэнергии на манипуляторе, умножив значение, которое показывает ваттметр, на время активности потребителя.