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. 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. el-shema.ru Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар. Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии. Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии. • Вычисления мощности устройств.• Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.• Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.• Проверка действия электрооборудования.• Учет потребления электроэнергии. Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды. Цифровые ваттметры производят измерение активной и реактивной мощности. На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер. Аналоговый вариант ваттметра разделен на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах. Аналоговые типы ваттметров имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы. Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток. При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени. Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов. Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы. Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока. В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики. По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор. В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк. Сзади на корпусе указаны характеристики прибора: • Рабочее напряжение 230 вольт.• Частота 50 герц.• Максимальный ток 16 ампер.• Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт. Включим в него настольную светодиодную лампу. На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули. У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель. В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский. На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность. Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры. В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества. Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать ваши затраты, рассчитав мощность потребления ваших устройств. Прибор служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью. Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер. • Постоянного от 1 до 1000 вольт.• Переменного от 1 до 700 вольт.Частота измеряется в интервале 40-5000 герц. • Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.• Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.• Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%. Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт. Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида. Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда. Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц. • Коэффициент мощности – 1.• Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.• Высота цифр на дисплее 20 мм.• Наибольший интервал показаний 9999.• Степень точности: 0,5.• Время проведения преобразования: менее 0,5 с.• Температура работы: от +5 до + 40 градусов.• Класс защиты корпуса и панели: IР 40.• Мощность потребления: 5 ватт.• Вес менее 1,2 кг. electrosam.ru 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. Внимание – будьте осторожны при подключении устройства к электросети и убедитесь, что питание выключено, прежде чем делать какие-либо соединения! 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. 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). 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 R=V/I – R = 2.5/0.042=59.5 Ом. Ближайшее стандартное значение резистора 56 Ом, что и было использовано. Вот несколько вариантов разных кольцевых трансформаторов и их подходящие нагрузочные резисторы: 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. 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 radioskot.ru Cтраница 4 Некоторую сложность представляет собой включение ваттметра для измерения потребляемой двигателем мощности. Так как двигатель создает равномерную нагрузку на все три фазы, то потребляемую им мощность можно измерить при помощи одного ваттметра в одной фазе, умножив его показания на три. [46] На рис. 12.3 показано включение одноэлементного ваттметра в однофазную цепь переменного тока. [48] Для трех возможных вариантов включения ваттметров по схеме на рис. 11.11 опережающую фазу следует определять так: при включении токовых обмоток ваттметров в фазы А к В опережающей будет фаза А, в фазы В и С - фаза В, в фазы А я С - фаза С. [50] В зависимости от схемы включения ваттметра последний может являться измерителем поглощающего чипа или измерителем проходящей мощности. [51] Допустим, что при включении ваттметра нагрузка трансформатора тока не превосходит допустимую, и мы используем этот ваттметр. [52] Заметим, что при включении ваттметра по схеме рис. 9 - 12 измеряется мощность, равная мощности приемника и мощности, затрачиваемой в последовательной обмотке ваттметра. [54] Нетрудно убедиться, что и включение ваттметра, показанное на рис. 5 - 20, г, соответствует измерению мощности, передаваемой слева направо. Показания ваттметра заведомо положительны, если слева стоит генератор, а справа потребитель, не имеющий своих источников энергии. В этом случае показания ваттметра могут быть как положительными, так и отрицательными. [55] На рис. 10.32 показана схема включения ваттметра с искусственной нейтральной точкой, позволяющая измерить активную мощность одной фазы симметричной трехфазной трехпроводной цепи. Искусственная нейтральная точка создается из трех одинаковых активных сопротивлений. При этом Гц служит добавочным сопротивлением, которое вместе с сопротивлением обмотки напряжения ваттметра Гу / должно равняться сопротивлению каждой из двух других фаз: гд Jf-rwr. Суммарная активная мощность в этом случае равна утроенному значению мощности, показываемой одним ваттметром. [56] На рис. 16.14 приведена схема включения ваттметра ( счетчика) в однофазную цепь, а на рис. 16.15 - включение двух ваттметров ( двухэлементного счетчика) в трехфазную трехпроводную цепь с трансформаторами тока и напряжения. В однофазных цепях всегда заземляются генераторные зажимы приборов, а в трехфазных - генераторные зажимы последовательных цепей и общая точка ( негенераторные зажимы) параллельных цепей. Для трехфазной цепи принцип включения такой же, как и для однофазной, поскольку нижняя часть схемы представляет как бы отражение верхней части в плоскости, проходящей через среднюю фазу. [57] На рис. 16.5 приведена схема включения ваттметров в цепь. [59] На рис. 3.11, а показано включение ваттметра, который измеряет мощность фазы А приемника. [60] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru Cтраница 1 Схема ваттметра состоит из двух цепей: последовательной ( токовой), в которую обычно входят неподвижные катушки, и параллельной, в которую входит рамка с последовательно включенным добавочным сопротивлением. [1] Схема ваттметра для измерения проходящей мощности коротких и ультракоротких волн, основанная на описанном принципе, изображена на рис. 4.20. Ваттметр состоит из отрезка линии /, волнозое сопротивление W которого разно полно ому сопоотиз-лению фидера, в который этот отрезок будет гключсн. Отрезок линии связан с двумя идентичными линиями 2 и Л, иягружен-ными нп противоположных концах сопротивлениями, равными кол-новому сопротивлению W2 этих линий. [2] Схема ваттметра для измерения активной мощности в трехфазной системе без нулевого провода приведена на рис. 32 а. При этом условии вращающий момент регистратора пропорционален активной мощности трехфазной системы. [3] Схема ваттметра калориметрического типа показана на рис. 6.12. Замкнутая водяная система состоит из охлаждаемого радиатора, насоса, водяной нагрузки и соединительных трубопроводов. Водяная нагрузка состоит из волноводной камеры с закрепленным внутри стеклянным конусом, заполненным водой. Вода протекает по замкнутому контуру с определенной скоростью. Форма конуса выбирается из условий полного поглощения энергии водяной нагрузкой. Конструктивно волноводная камера и водяная нагрузка выполняются в виде отдельного блока, называемого насадкой. Насадка к исследуемому генератору присоединяется с помощью волноводного перехода. Обычно приборы комплектуются набором волноводных переходов. Термопары, входящие в его состав, включены так, что развиваемые в них ЭДС направлены навстречу. [4] Основой схемы ваттметра является умножитель, собранный на двух парах смесительных ламп, соединенных двутактно. Прерывание измеряемого напряжения с частотой 10 гц обеспечивает стабильность и снижает погрешности за счет нелинейности характеристик ламп. [6] При составлении схемы ваттметра переменного тока необходимо иметь в - виду, что не только амплитуды управляющих величин должны быть пропорциональны току и напряжению контролируемой цепи, но и фазовый сдвиг между управляющими величинами должен быть тем же самым, что и между напряжением и током нагрузки. [8] Если в установке имеется переключатель схем ваттметров, то переключатель должен иметь соответствующую маркировку. Для проверки правильности маркировки на зажимы, предназначенные для поверяемых счетчиков, включают образцовые ваттметры по схеме, соответствующей проверяемой позиции переключателя схем, и сравнивают показания встроенных в установку ваттметров с показаниями ваттметров, включенных на зажимы установки, предназначенные для поверяемых счетчиков. Показания ваттметров сравнивают при нагрузках по току не менее 50 % номинальной. [9] При использовании перемножителей сигналов в схемах ваттметров достаточно в качестве выходного каскада включить низкочастотный фильтр. [11] На рис. 9 - 7 приведена схема ваттметра, использующего квадратичные участки сеточных характеристик ваккуумных триодов. [13] На рис. 11 - 16 дана схема ваттметра типа Д539 завода Точэлектроприбор для постоянного и переменного тока частоты 45 - 65 - 500 гц. [15] Страницы: 1 2 www.ngpedia.ru Обычный мультиметр в решении вышеозначенных задач не поможет, т.к. измерив, пусть даже одновременно (2-мя приборами), ток нагрузки и напряжение в сети мы сможем получить только S=UI, а все остальные параметры остаются недоступными, т.к. для их вычисления одних U и I недостаточно. Внимание! Из-за ограничений по размеру топика здесь не приводятся многие необходимые для полного понимания материала выкладки, формулы, описания и пр. вещи.
В прилагаемом архиве есть полная статья со всеми описаниями. Имеющиеся решения Для решения этих задач существуют специальные приборы – ваттметры и универсальные вольт-ампер-фазометры, но т.к. они являются спецтехникой, а не приборами широкого назначения, то их довольно сложно найти и стоят они порой недёшево. Кроме того, далеко не всегда такие приборы показывают все параметры сразу. В интернете встречаются очень простые и дешёвые конструкции, например, [2], но они очень узкоспециализированные (так, [2] измеряет только φ). В то же время все вышеописанные задачи вполне «по зубам» обычным МК AVR, которые гораздо более доступны и порой дешевле микросхем от AD. Тем более, что для создания универсального измерительного прибора без МК и прочих узлов всё равно не обойтись. Схема устройства, детали Схема электрическая принципиальная ваттметра приведена на рис. 1. Рис. 1. Схема электрическая принципиальная Полная схема есть в прилагаемом архиве.
Схема устройства состоит из 2-х частей – аналоговой (слева от DIP выключателей SW1) и цифровой (справа). Аналоговая часть состоит из измерительных трансформаторов напряжения (Т1), тока (Т2) и согласующих узлов.
Резистор R2 – потенциометр для точной настройки напряжения, поступающего на АЦП.
Т2 – токовый трансформатор Talema AC1025, нагруженный на шунт-резистор R1 номиналом 100 ом мощностью 0.125Вт. Такие параметры резистора рекомендованы фирмой-производителем трансформатора. Первичная обмотка – 2 витка обычного одножильного провода сечением 1-1.5 мм, этого вполне достаточно для бытовых нагрузок мощностью до 2 кВт и током до 10А. На характеристики и настройку схемы толщина этого провода не влияет. Узел R3, C1, C3, DA1.1 – формирователь средней точки для «поднятия» синусоид на полдиапазона АЦП. ОУ DA1 – в принципе любой. Я использовал и LM358, и rail-to-rail MCP601.
Делитель R4, R5, R6 – цепочка для измерения больших (от 4-5А) токов.
Диодные пары VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 и R7 – классическая защита входов АЦП от перенапряжения (точнее – от выхода синусоиды за границы 0..+5в). VD1-VD4 – желательно Шоттки. Можно также применить «специализированные» диодные сборки типа BAV199 (1 сборка содержит 1 пару диодов) или аналогичные.
Все потенциометры (R2, R3 и R5) желательно многооборотные. Они позволят провести наиболее точную настройку узлов схемы. Для измерения тока предусмотрено 2 канала – слаботочный (T2-R7-ADC2) и сильноточный (T2-R4-R5-R6-ADC3). Такое решение вызвано тем, что большие нагрузки (4-5А и выше) приводят к появлению на выходе ТТ напряжения, превышающего по амплитуде 4.5-5в. Вершины полуволн такого напряжения будут срезаны диодной парой VD3, VD4, что означает фактическую невозможность измерения тока выше указанных значений. Микропрограмма контроллера автоматически выбирает, который из двух сигналов использовать. Цифровая часть схемы – микроконтроллер AtMega16, стандартный алфавитно-цифровой ЖК дисплей типа HD44780 и пр. элементы. Схемы включения – стандартные для этих компонентов. При подключении дисплея следует руководствоваться документацией на конкретную модель, т.к. существуют разные их цоколёвки (распиновки). Мне известны 2. На схеме я привёл наиболее распространённую.
Единственное требование к дисплею – он должен быть русифицированным, т.к. все сообщения выдаются на русском языке. Резистор R8 – обычный (не многооборотный), служит для установки желаемого уровня контрастности изображения на LCD.
R9 и SB5 – подсветка. Номинал R9 не указан, т.к. разные модели LCD имеют разный ток подсветки. Его можно вычислить по закону Ома, используя значение тока подсветки для конкретного дисплея. Если дисплей без подсветки, то R9 и SB5 вообще не нужны. R11, VD6 – индикатор «Питание подано».
Никаких специальных настроек цифровой части не требуется. При исправных деталях, правильном монтаже и запрограммированном контроллере схема начинает работать сразу после подачи питания. Сам МК может быть модификаций AtMega 16/16A. Модификацию буквой L использовать нельзя – штатно она не работает на частоте 16MHz.
При программировании (прошивке) кроме заливки в контроллер файла wattmetr.hex также необходимо:
1. выставить режим кварцевого резонатора (CKSEL3..0=1111)
2. выставить CKOPT=0 (обязательно, т.к. кварц 16MHz)
3. выставить JTAGEN=1. Если этого не сделать, то LCD не будет корректно работать, ибо JTAG контроллер (4 старших бита PC) программно не выключается.
4. прошить EEPROM первоначальной конфигурационной информацией (файл wattmetr.eep). Все кнопки без фиксации. Их конструкция любая, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации. SB1-SB3 и VD5 используются только при настройке и калибровке прибора, поэтому их можно разместить непосредственно на плате, SB4 и SB2 используются ещё и для переключения режимов отображения информации на дисплее, поэтому её лучше вывести наружу либо для удобства калибровки продублировать (2 параллельно включённые кнопки – на плате и на корпусе). Для подключения дублирующих кнопок на плате сделаны специальные отводы для разъёмов.
Назначение кнопок и светодиода будет описано ниже, в разделах «Калибровка» и «Эксплуатация». Следует отметить, что на схеме отсутствует какой-либо преобразователь уровней UART (ножки 14, 15 контроллера). Это связано с тем, что тип и само наличие либо отсутствие такого преобразователя сильно зависит от того, к чему будет подключаться прибор. Если COM-порт, то это микросхема MAX232, если USB – то что-то типа FT232BM, если к другому контроллеру, то, может быть, преобразователи вообще не нужны и т.д. Моя авторская конструкция предполагает подключение к другому МК AVR, поэтому преобразователь в ней вообще отсутствует. Резистор R12 необходим для поддержания на входе Rx высокого уровня в отсутствие передачи (согласно правилам работы UART), либо когда этот интерфейс вообще не используется. Схемы узлов на MAX232, FT232 и пр. здесь не приводятся, их легко можно найти в документации на эти микросхемы. Также можно использовать USB шнуры от старых мобильников с нативным интерфейсом UART (типа PL2303). Но перед этим следует убедиться, что на выходе шнура лог. уровни ТТЛ, а не RS232.
Для тестирования работы интерфейса мною использовался узел на MAX232, собранный на другой плате. Этот узел я подключал к прибору стандартным аудиошлейфом от компьютерного CD/DVD привода. Питание схемы осуществляется от любого источника постоянного тока напряжением 5в. Например, от классического блока питания на однокристальном стабилизаторе LM7805 – рис. 2. Можно также использовать любой другой БП, дающий 5в, батарейку, порт USB компьютера и т.п. Рис. 2. Схема электрическа принципиальная блока питания Если предполагается запитывать схему от той же сети, куда включается измеряемая нагрузка (как, например, в быту, в квартире), то можно объединить трансформаторы T1 обеих схем. Т.е. использовать один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Так, я использовал один трансформатор с двумя вторичками по 15в каждая. Схема собирается любым удобным способом. К статье также прилагается чертёж печатной платы, созданный в широко известной программе Sprint Layout v5.0.
БП по рис. 2 был собран на готовой п/п заводского изготовления. Её чертёж также прилагается. После сборки прибор необходимо настроить и откалибровать — см. полный вариант статьи. Эксплуатация прибора Пользоваться предлагаемым устройством очень легко.
Сразу же после включения питания появляется приветственное сообщение, спустя 1 секунду прибор переходит в рабочее состояние и начинает отображать измеренные параметры на дисплее. Показания обновляются примерно раз в секунду.
Устройство имеет два т.н. «профилей отображения» — наборов одновременно отображаемых параметров: 1.1-я строка дисплея – U, I, S; 2-я – P, cos(φ),φ.
2.1-я — U, I, S; 2-я – P, Q, φ.
Набор профилей и их состав фиксированы, никаких средств модификации не предусмотрено.
Для смены профиля необходимо нажать кнопку SB4 и держать её до появления на дисплее надписи «Профиль изменён». После появления этой надписи кнопку отпустить. «Заводские» настройки содержат активным 1-й профиль. Запомнить текущий профиль, чтобы прибор при включении сразу его использовал, можно кнопкой SB2. Кнопку SB2 необходимо держать до появления надписи «Профиль запомнен». При калибровке прибора текущий профиль не меняется, однако при сбросе настроек в заводские, текущим становится профиль 1. Автоматически выбор профиля не сохраняется. Это сделано с целью экономии ресурса EEPROM.
На состав информации, выдаваемой по UART выбор профиля никак не влияет. Следует также обратить внимание на следующую особенность – ТТ с первичной обмоткой по функционированию и конструктивно похож на антенну радиоприёмника. По такому принципу работают устройства поиска скрытой в стенах проводки и родственные конструкции. В связи с этим при отсутствии нагрузки прибор иногда показывает «мусор» — какой-то наведенный помехами ток и мощности. На результаты измерений при подключенной нагрузке эти наводки не проявляются.
Никаких средств по борьбе с этим явлением не предусмотрено. Интерфейс обмена данными по UART Предлагаемый прибор имеет возможность выдачи результатов измерений через стандартный последовательный интерфейс UART. Т.о. можно использовать его в составе более сложных устройств либо подключать его к компьютеру для автоматизированного сбора информации.
Параметры обмена данными – 38400, 8N1.
Протокол обмена очень прост – по однобайтовой команде 0xAA контроллер выдаёт блок информации размером 15 байт — см. полный вариант статьи в архиве. Для иллюстрации работы с прибором мною разработано демонстрационное Windows приложение WinAppWattmeter.exe для ПК. Оно написано на C# и работает в среде WinXP и выше. Необходимо наличие платформы .NET 2.0 и одного COM-порта (физического либо виртуального USB), куда следует подключить прибор. Исходники компилируются в среде VS.NET 2005 и выше. Версии VS Express и .NET Compact не проверялись.
Скриншот приложения: Технические характеристики, достоинства и недостатки прибора Достоинства: 1.Полная гальваническая развязка от измеряемой сети.
2.Возможность питания от любого источника – БП, батарейки, USB порт компьютера и т.п.
3.Широкий диапазон настроек.
4.Доступная элементная база.
5.Большой спектр измеряемых величин.
6.Возможность передачи результатов измерений в другие вычислительные системы (например, в ПК). Недостатки: 1.Нелинейность ТТ ведёт к погрешностям измерения тока на всём диапазоне. Это существенно затрудняет оценку точности измерений (какие-то диапазоны токов измеряются точно, остальная часть с погрешностями, причём разными). Эти диапазоны сильно зависят от коэффициентов, регулируемых в режиме калибровки прибора, поэтому не являются фиксированными. Например, можно откалибровать так, что на малых нагрузках типа зарядок для мобильников, паяльников или квартирных лампочек показания будут правильными, а более мощные (утюги, фены, электрические плиты, духовки, микроволновки, стиральные машины) будут измеряться с ошибками.
2.Сам ТТ может оказаться труднодобываемой и дорогостоящей деталью.
3.При отсутствии нагрузки прибор иногда показывает какой-то ток, наведенный в первичной обмотках ТТ и, как следствие, какие-то мощности и пр. параметры.
Детальные технические характеристики прибора не приводятся, т.к. имеются довольно широкие возможности по его настройке и регулировке. Используемая модель ТТ потенциально позволяет измерять токи до 25А, но для полного использования этого диапазона необходимо дорабатывать входной (аналоговый) каскад схемы и микрокод.
Диапазон измеряемых напряжений также зависит от используемого трансформатора. Если обычный, «из блока питания», то это «стандартный» диапазон порядка 180-250в, а если взять какой-то специально изготовленный трансформатор, то можно измерять и 380 вольт. Диапазоны значений величин, обусловленные используемыми типами данных и алгоритмическими особенностями микрокода – U=1..999в, I=1мА..65А, S/P/Q – каждая 1..999 соответствующих единиц.
Ток потребления схемы составляет 28-30 mA без учёта тока подсветки дисплея. Этот ток разный у разных моделей LCD. Его типовое значение – 100-120 мА.
Также, ток может немного отличаться от приведенных значений при использовании разных моделей LCD и ОУ. Фотографии В завершение несколько фотографий устройства. Список прилагаемых материалов Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – микропрограмма контроллера с исходниками CvAVR. Также в архиве есть готовый файл микрокода wattmetr.hex и файл заводских установок (EEPROM) — wattmetr.eep.
WinAppWattmeter.zip – демонстрационное приложение с исходниками (.NET 2.0, С# под VS.NET 2005+). Там же готовый exe файл (без вирусов).
Plata\*.* — чертежи печатных плат в формате .lay (Sprint 5).
Также в архиве есть полный вариант статьи в формате MS Word 2003.Скачать архив со всеми материалами Литература, ссылки 1. Л.А. Бессонов, Теоретические основы электротехники, изд. 9, в 2-х томах. Москва, «Высшая школа», 1996.
2. Электронный фазометр Он же — Радио №5, 1990 г., стр.56
3. Atmel AVR465: Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection.
4. Цифровой ваттметр на МК — radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/
5. Трансформатор тока
6. Современные промышленные датчики тока. «Современная электроника», октябрь, 2004 г.
7. Измерение действующего значения напряжения electronics-lab.ru Cтраница 2 На рисунке 27 - 4 изображена схема теплового ваттметра. [16] Электрическая схема счетчика во многом совпадает со схемой ваттметра: в ней, так же как и в схеме ваттметра, содержатся две цепи - последовательная и параллельная. Первая включается последовательно с нагрузкой, по ней протекает ток нагрузки. Вторая включается параллельно нагрузке, к ней приложено напряжение, действующее на нагрузке. [18] Электродинамические ваттметры применяются в качестве индикаторов в схемах выпрямительных ваттметров, предназначенных для измерений на частотах до 1 МГц достаточно больших мощностей. В таких ваттметрах выпрямители питают обмотки электродинамического измерителя постоянным током. [19] Электродинамические ваттметры применяются в качестве индикаторов в схемах выпрямительных ваттметров, предназначенных для измерений на частотах до 1 Мгц достаточно больших мощностей. В таких ваттметрах выпрямители применяют для питания обмоток электродинамического измерителя постоянным током. [20] Схема включения термопреобразователей для измерения мощности приведена на рис. 4.7. Она отличается от схемы выпрямительного ваттметра только тем, что вместо диодов содержит два одинаковых бесконтактных термопреобразователя - TI ц Тг, а разность термоэдс измеряется магнитоэлектрическим милливольтметром. Сопротивления схемы термоэлектрического ваттметра подбираются по такому принципу: токи в термопреобразователях i и 12 должны быть ничтожно малы по сравнению с токами i и i v, а ток iv должен быть мал по сравнению с током (, проходящим через нагрузку. [21] Электрическая схема счетчика во многом совпадает со схемой ваттметра: в ней, так же как и в схеме ваттметра, содержатся две цепи - последовательная и параллельная. Первая включается последовательно с нагрузкой, по ней протекает ток нагрузки. Вторая включается параллельно нагрузке, к ней приложено напряжение, действующее на нагрузке. [23] Дальнейшее уменьшение веса установки возможно за счет фа-зовращательного устройства, малогабаритных автотрансформаторов с коммутатором, нагрузочных и регулирующих устройств, применения ваттметров с пределами 1 25 - 2 5 - 5 а, 150 - 300 - 450 е - Количество зажимов может быть уменьшено за счет специальных вилок и применения переключателя схем ваттметров. [24] Схема ваттметра с неуравновешенным мостом представлена на рис. 9 - 9, а. Измерение выполняют следующим образом. Сначала, до включения энергии СВЧ, мост приводят в равновесие на постоянном токе. Для этого, изменяя сопротивление резистора RI в цепи питания моста, добиваются нулевого показания на шкале микроамперметра в диагонали моста. Это свидетельствует о равенстве сопротивления терморезистора всем остальным сопротивлениям плеч. [26] Краснодарским заводом ЗИП изготовляются ваттметры в пластмассовых корпусах ( см. фиг. Переключение схемы ваттметра Д343 производится переключателем ( фиг. [27] Для измерения электрической мощности разработаны схемы ваттметров, работа которых основана на использовании нелинейных характеристик некоторых преобразователей. Ваттметр типа Т-141 имеет значительную инерционность и не позволяет выявить потребление энергии преобразователем в процессе сварки, который протекает, как правило, доли секунды. Для этой цели более целесообразно использовать датчики Холла. Такой датчик может быть использован в качестве перемножающего устройства действующих значений тока и напряжения. [28] InSb, смонтированная последовательно с центральным стержнем чашеобразной ( бронированной) магнитной цепи. Схема ваттметра ( рис. 3 - 4 - 4) содержит трансформатор тока Т2, трансформатор напряжения Т, усилители на полупроводниках А и Аг и милливольтметр постоянного тока. [30] Страницы: 1 2 www.ngpedia.ruБольшая Энциклопедия Нефти и Газа. Ваттметр на схеме
СХЕМА ПРОСТОГО ВАТТМЕТРА
Измеритель мощности переменного тока
Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры
Сфера использования
Ваттметры используют для:
Разновидности
Конструктивные особенности и принцип работы
Рассмотрим некоторые варианты приборов (ваттметров) различных вариантов исполнения и различных фирм производителей.
Бытовые приборы китайского производства
Рассмотрим работу прибора. Вставляем его в розетку.
Цифровой ваттметр многофункциональный СМ 3010
Замеры напряжения:
Погрешность измерения
Измерительное устройство ЦП 8506 – 120
Технические данные
ТРЁХФАЗНЫЙ ВАТТМЕТР
Компоненты для сборки 3-фазного счётчика
Процесс изготовления
Выбор трансформатора тока
Расчет нагрузочного резистора
Загрузка прошивки
Включение - ваттметр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Включение - ваттметр
Схема - ваттметр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Схема - ваттметр
Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой
Нередко требуется измерить мощность того или иного мощного (и не очень) электрооборудования. Кроме того, иногда полезно знать одновременно и ток нагрузки I, и напряжение U, и не просто мощность (всё равно какую), а и полную P, и активную S (их нередко путают и не всегда уточняют, которая из них имеется в виду в том или ином случае). Также в ряде специфических случаев требуется знать коэффициент мощности сети, равный P/S (он же косинус φ (фи) — угла сдвига фаз между напряжением и током), реактивную мощность Q и сам φ.
Блок питания. Трансформатор физически один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Одна обслуживает сам БП, 2-я (2 жёлтых провода справа) – измерительный Т1.
Макетная плата устройства. Замечание (ещё раз): это – макетный экземпляр. По чертежу Sprint п/п не изготавливалась, т.к. планируется эксплуатация прибора в составе другого изделия, которое пока в разработке. Поэтому на две колодки, второй дисплей и светодиод слева просьба внимание не обращать. К описываемому прибору они отношения не имеют.
Паяльник на 25W. Профиль отображения 2.
Без нагрузки. Профиль отображения 2. Ловим наводки и глюки на обмотку ТТ. Результат – «левый» ток 68 мА со всеми вытекающими.
То же самое, что и выше, но без наводок. Профиль отображения 2.
Утюг 1кВт. Профиль отображения 1. Отрицательная активная мощность :) — режим «коррекции» отключен. Светится второй слева светодиод – признак использования канала высокого тока (ножка 19 (PD5) контроллера). Задан порог – 4А.Схема - ваттметр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Схема - ваттметр
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: