Розетка для учета расхода электроэнергии

Измеритель потребления электроэнергии в розетку: преимущества и характеристики

По установленному в квартире электросчетчику энергии сложно определить, какое ее количество потребляется отдельным прибором, подключенным к домашней сети. Знать эту величину пользователям необходимо для того, чтобы навести порядок в системе учета потребителей, эксплуатируемых постоянно. Решить проблему поможет портативный электронный прибор, включаемый прямо в розетку и называемый ваттметром.

Общая информация

Розетка-измеритель мощности Энергомер

Ваттметр или счетчик электроэнергии переходник в розетку представляет собой компактное независимое устройство, предназначенное для измерения мощности, потребляемой конкретной нагрузкой. Помимо этого на табло современных измерителей потребления электроэнергии в розетке отображаются следующие параметры:

• величина действующего напряжения в сети;
• расчетное время работы данного потребителя;
• ориентировочная стоимость расходуемой энергии за определенный промежуток времени.

Счетчик потребления электроэнергии бытовой подключается параллельно нагрузке и поэтому забирает на себя ее часть из электросети.

Величина отбираемой измерительным прибором мощности настолько мала, что не учитывается при подсчете общего расхода энергии.

• приборы учета тока и напряжения;
• аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
• микроконтроллер;
• наборное поле и индикатор, необходимые для ввода-вывода данных.

Все эти составляющие при совместной работе обеспечивают требуемую функциональность прибора для измерения потребленной электрической энергии.

Принцип работы ваттметра

Все произведенные прибором операции выводятся на дисплей

Работа устройства основывается на электронном алгоритме подсчета электроэнергии в ваттах, производимом путем умножения показаний измерителей тока и напряжения. Каждое из них регистрируется отдельным модулем, входящим в состав прибора, а затем полученные величины обрабатываются в АЦП и перемножаются в соответствующем виде.

Представление информации в цифровой форме упрощает все вычислительные операции и позволяет выводить итоги на экран дисплея.

Микроконтроллер, встроенный в портативный счетчик, управляет работой всех частей электронной схемы и обеспечивает выполнение следующих операций:

• измерение величины, расходуемой в единицу времени мощности (в киловаттах);
• вычисление и вывод на индикатор показателя действующего напряжения в сети (в Вольтах);
• индикацию тока в линии нагрузки (в Амперах);
• учет времени непрерывной работы потребителя.

В некоторых «продвинутых» моделях ваттметров предусмотрена приблизительная оценка стоимости электрической энергии, потребленной за определенный временной промежуток. Ее значение также выводится на экран встроенного дисплея.

Внешний вид и характеристики ваттметров

Кнопка P предназначена для установки режимов работы прибора

Внешне прибор для измерения расхода электричества напоминает компактный переходник в розетку, на лицевой панели которого имеется поле с наборными кнопками и электронный дисплей. Для приведения его в рабочее состояние достаточно воткнуть прибор в розетку и выставить текущее время. По завершении этих операций ваттметр переходит в режим автоматического учета потребления электрической энергии.

Технические характеристики электронного прибора можно представить в следующем виде:

• Напряжение питания – 190-270 Вольт.
• Максимальная мощность в нагрузке 3,6 кВт.
• Потребляемый ток – до 16-ти Ампер.
• Дискретность показаний по мощности – 0,1 Ватта.
• Точность измерения (погрешность снятия показаний) – 1 %.
• Максимальная величина учитываемой прибором энергии – до 10000 кВт/час.

Потребление электроэнергии на собственные нужды не превышает 0,5 Ватта, а температурный диапазон, в котором прибор работает удовлетворительно – от плюс 5 до 40 градусов по Цельсию.

Плюсы и минусы измерителей потребления энергии

Измеритель энергии прост в обращении

К достоинствам электронных устройств типа «розетки счетчики электроэнергии» можно отнести:

• доступность для любого пользователя;
• возможность оценить каждый имеющийся в доме бытовой прибор по его энергоемкости;
• простота обращения.

Кроме того, по выводимым на индикатор показаниям пользователь получает полное представление о параметрах действующей электросети.

На основе считанных с электронного табло данных удается оценить затраты на электричество за фиксированный промежуток времени.

• наличие ограничения по максимальной нагрузке (не более 3,6 кВт);
• невозможность применения адаптера в неотапливаемых помещениях.

Большинство образцов электроприборов, подключаемых к домашней сети, укладываются в максимальный показатель по мощности.

Способы применения счетчика электроэнергии и особенности эксплуатации

Мини-устройства отразят работу каждой розетки в отдельности

Согласно инструкции по применению компактного электросчетчика, обращение с ним сводится к следующим простейшим операциям:

1. Измеритель вставляется в розетку.
2. К сети через него подключается тестируемый прибор.
3. После сброса начальных настроек на экране появится учитываемая счетчиком информация.

В процессе эксплуатации цифрового прибора необходимо внимательно следить за исправностью розетки, от качества соединений которой зависит работоспособность счетчика электроэнергии.

После пропадания электричества в сети изделие придется переустанавливать вновь, поскольку счет показаний прервется. В некоторых моделях эти значения сохраняются во внутренней памяти устройства. При желании их можно будет вызвать на индикатор набором на кнопочном поле соответствующей комбинации (смотрите инструкцию).

«Умная» розетка

Электронная розетка с таймером

Первые образцы так называемых «умных» или смарт розеток появились у хозяев личных загородных хозяйств, вынужденных контролировать состояние задействованного в доме оборудования. Современные умные измерители, основной функцией которых является учет расхода электричества, позволяют:

• Программировать время включения и выключения бытовых приборов.
• Автоматически запускать важные процессы еще до возвращения хозяина с работы, экономя на расходе электроэнергии.
• Отключать оставленные по недосмотру включенными приборы, а также защищать дом от проникновения посторонних лиц.

Эти устройства используются в тех областях, где востребована защита от забывчивости и принятие необходимых мер в отсутствие хозяина. Для этого в них предусмотрена опция, позволяющая управлять домашним оборудованием через смартфон с установленным на нем специальным приложением.

Еще один вариант удаленного управления предполагает отправку коротких СМС сообщений на определенный номер. После посылки соответствующей команды автоматически включаются музыкальный центр или подобная ему техника, создающая впечатление присутствия в доме хозяина. Современные модели бытовых ваттметров представляют собой дальнейшее развитие принципа умной розетки, поскольку обладают всеми ее признаками.

Современные интеллектуальные ваттметры

Розетка с встроенным ваттметром

В состав современных интеллектуальных ваттметров, устанавливаемых в розетку, входит электронный модуль, обеспечивающий надежную связь с владельцем дома посредством Интернета. Управление осуществляется на расстоянии через мобильный смартфон или другой девайс. За счет этого функционал умных ваттметров существенно расширился. С их помощью удается дистанционно отключать работающее в доме оборудование при возникновении нештатных или аварийных ситуаций.

Такие приборы широко применяются в исследовательских лабораториях, занимающихся усовершенствованием принципов энергосбережения.

В качестве примера интеллектуальной розетки-ваттметра к рассмотрению предлагается модель TP-Link HS110, пользующаяся большой популярностью у потребителя. Ее работа характеризуется следующим образом:

• управление и снятие показаний по потребленной мощности возможно на расстоянии;
• предусмотрена дистанционная коммутация домашних потребителей электроэнергии;
• удаленный мониторинг энергопотребления позволяет пользователю выбрать оптимальный режим работы отопления, а также поможет выставить нужный уровень потребляемой мощности.

Несмотря на все достоинства умных измерителей энергии, включаемых в розетку, у них имеются и определенные недостатки: высокая стоимость интеллектуальных изделий и зависимость их функциональности от надежности действующего канала связи.

Источник

Цифровой ваттметр в розетку со счетчиком энергии: обзор устройства и определение нижнего предела функционирования

Ваттметр (измеритель мощности электрического тока) кажется элементарным прибором, но на самом деле он должен выполнить непростую математическую задачу.
Ведь это только в школьном учебнике физики для получения мощности просто надо перемножить ток на напряжение!
А по жизни ток может иметь гораздо более сложную форму, чем синус или постоянный ток; причем фаза тока и напряжения могут не совпадать, и всё это надо как-то учесть.
Современные цифро-аналоговые процессоры (можно назвать микроконтроллерами) позволяют эту задачу решить прямым вычислительным способом: взять величину тока и напряжения за каждый дискрет времени, перемножить их и просуммировать за некоторый интервал времени; в результате чего получить мощность и ещё кучу разнообразных параметров.
В этом обзоре будет рассмотрена одна из многочисленных разновидностей такого рода приборов:

(изображение с Алиэкспресс)

Этот цифровой ваттметр куплен на Алиэкспресс у этого продавца, цена на дату обзора — $12.5 (может меняться).

И ещё несколько слов, поясняющих, почему точное значение мощности нельзя получить, просто взяв и перемножив ток на напряжение даже для чисто активной нагрузки.

Обычные измерительные приборы (вольтметры, амперметры, мультиметры) не измеряют непосредственно величину среднеквадратичного значения измеряемого параметра (тока или напряжения), которая нужна для расчёта мощности.

Они измеряют обычно величину среднего выпрямленного значения параметра (тока или напряжения), и на этой основе перемасштабируют в среднеквадратичное значение.

Такой способ — вполне корректен для «идеального» синуса, но в наших розетках нет идеального синуса!

Вот пример осциллограммы напряжения в розетке (взят из обзора блока выпрямителя и фильтров для УНЧ):

Для такого рода напряжения не будет полного совпадения значения, измеренного «обычным» вольтметром, с реальным среднеквадратичным значением.

Иными словами, такая форма напряжения может создать некоторую погрешность метода, причём в данном случае даже затруднительно предсказать знак погрешности.

А ещё в добавок может быть сдвиг фазы между током и напряжением, если в нагрузке присутствует реактивная составляющая.

И вот здесь на помощь приходят цифровые ваттметры, которые могут всё замерить и посчитать, «как надо»! Причём, смогут замерить не только основной параметр (мощность), но и сопутствующие: ток, напряжение, коэффициент мощности (он же — знаменитый «косинус фи»). И, дополнительно — расход энергии и даже денег. 🙂

Внешний вид, конструкция и схемотехника ваттметра

Внешний вид ваттметра представлен на следующих фото:

Ваттметр вставляется прямо в розетку, а в него вставляется питаемое устройство, чью мощность потребления надо измерить. Пользование таким ваттметром удобно и практично!

Собственно, за это такие приборы и называют в народе «ваттметрами в розетку». Звучит немного жаргонно, но суть отражает верно. 🙂

Экран ваттметра — буквенно-цифровой жидкокристаллический, без подсветки.

Обновление экрана происходит примерно раз в 2 секунды. Это — время накопления и усреднения мощности. Производитель мог бы легко реализовать и более быстрое обновление, но это привело бы к «мельтешению» показаний.

На задней стороне прибора находится шильдик с его параметрами:

Всё здесь ясно и понятно, за исключением третьей строки: «Wide voltage range: 230V —-250V».

Ну какой же он «Wide»?! Это не «Wide», а убожество какое-то! Неужели он при стандартном напряжении 220 Вольт не сможет работать?!

Как оказалось, сможет. А вопрос о нижней границе работоспособности прибора будет происследован в обзоре отдельно.

Половинки ваттметра скреплены тремя шурупами и тремя защёлками. Удерживают прибор в собранном виде они очень прочно, но и разборка каких-то больших технологических сложностей не представляет.

Электронная часть прибора состоит из двух плат.

Плата на левой половине отвечает за индикацию, а плата на правой половине — за измерения и вычисления.

С той её стороны, которая обращена к нам, видно несколько важных элементов схемы.

Зелёненький «бочонок» слева вверху платы — это никель-металлогидридный аккумулятор из 3-х элементов ёмкостью 20 мАч на напряжение 3.6 В. Сразу надо сказать, что он — не для работы прибора, а только для подпитки с целью сохранения параметров при отключении от питающей сети.

То есть, прибор с ним включится (по нажатию кнопки), но ничего замерить не сможет (если подать на него какое-то небольшое напряжение).

Под ним — пара электролитов (фильтрация питания), а далее под ними — большой желтый «сухой» конденсатор.

Посмотрим на него в другом ракурсе:

Номинал желтого конденсатора — 0.68 мкФ, он работает реактивным гасителем лишнего напряжения для системы питания самого ваттметра.

Последовательно с ним подключен резистор 33 Ом (справа от конденсатора); он служит для предотвращения резких бросков тока в момент включения ваттметра в розетку.

А слева от конденсатора — шунт в виде скобы из толстой проволоки. Он нужен для замера протекающего в нагрузку тока.

Ещё на этой стороне платы находится кварц, необходимый для тактового генератора аналого-цифрового процессора, расположенного на обратной стороне платы. Вот ей сейчас и займёмся.

Главная микросхема на плате (U3) — специализированный цифро-аналоговый процессор BL6523GX, спроектированный для измерения мощности.

Его структурная схема (взята из datasheet):

Рассматривать эту схему не будем, чтобы не утяжелять обзор.

Ещё одна микросхема (U2), поменьше, — это ATMHK220 24CO2N. Она работает в качестве флеш-памяти с последовательной передачей данных.

Последняя, самая маленькая микросхема (U3, 78L05) — стабилизатор питания 5 В.

Режимы ваттметра

Посмотрим на органы управления ваттметра:

На передней панели имеются 5 кнопок: 4 большие кнопки и одна полускрытая кнопка — RESET.

Кнопкой RESET рекомендую пользоваться при каждом включении прибора в розетку, иначе он может показывать белиберду. После нажатия RESET прибор работает стабильно, проблем нет.

Из остальных кнопок самая главная — это FUNCTION. С помощью этой кнопки пользователь определяет, какую информацию он желает посмотреть.

При нажатии на эту кнопку последовательно переключаются по кругу следующие режимы отображения:

• Время работы (с ненулевой мощностью) + мощность + стоимость (если была установлена цена за КВт*час);
• Время работы + суммарное потребление энергии (накопление);
• Время работы + напряжение в сети;
• Время работы + потребляемый ток + коэффициент мощности (косинус фи);
• Время работы + минимальная потребляемая мощность за время работы;
• Время работы + максимальная потребляемая мощность за время работы;
• Стоимость за КВт*час (просмотр и установка).

Остальные три кнопки как раз используются для установки цены за КВт*час.

Как выглядит экран ваттметра в режимах показа напряжения и тока, можно посмотреть на следующих фото (режим мощности был показан выше):

Теперь перейдём к оценке «профпригодности» ваттметра — его тестированию.

Тестирование ваттметра

Первым делом проверяем точность измерения прибором напряжения и тока. Для этого проводилось сравнение показаний с мультиметром DT9205A:

Если взять за основу показания мультиметра, то ваттметр слегка занижает показания по напряжению (на 0.7%). Учитывая ограниченную точность обоих приборов, можно считать, что расхождений нет.

По току расхождение составило чуть больше: 1.5% с тем же знаком (ваттметр показал меньше).

Соответственно, при измерении мощности эти две погрешности сложатся, и погрешность измерения мощности должна будет составить 2.2%. Но эта цифра — только ориентировочная (с учетом возможной погрешности мультиметра).

Конечно, по-хорошему надо бы проверять тестируемый ваттметр не с помощью вольтметра и амперметра, а с помощью образцового ваттметра, сертифицированного Ростестом. Но извиняйте: чего нет, того нет.

Теперь подсовываем прибору простую активную нагрузку — лампу накаливания 25 Вт:

Эх, как же он приятен — тёплый ламповый свет! Но речь в данном случае о том, что номинальная мощность лампы подтвердилась с высокой точностью.

Теперь — небольшая таблица с пробными замерами различной аппаратуры, которая покажет, в том числе, как «дурят нашего брата»:

Тестируемая аппаратура	Номинальная мощность	Измеренная мощность	Измеренный коэффициент мощности
Паяльник	25 Вт	27.3 Вт	0.97
Светодиодная лампа «Старт»	10 Вт	8.3 Вт	0.59
Светодиодная лампа «Старт»	15 Вт	11.8 Вт	0.59
Микроволновка в простое	—	1.8 Вт	0.44
Микроволновка (в режиме 800 Вт)	1200 Вт	1274 Вт	0.91
Зарядка смартфона	10 Вт	11.1 Вт	0.54
Системный блок компьютера (выключен)	—	2.7 Вт	0.35
Системный блок компьютера (включен, в простое)	—	45 — 67 Вт	0.54
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Linpack)	—	95 — 98 Вт	0.75
Системный блок компьютера (нагрузочный тест OCCT-Большой набор)	—	105 — 111 Вт	0.76

Немного обсудим полученные результаты.

Микроволновка показала результат заметно выше указанной на ней самой номинальной мощности. Учитывая высокий КПД магнетрона, можно предположить, что и на нагрев продуктов пошло не заданные 800 Вт, а значительно больше.

Это — пример обмана в пользу потребителя, но одновременно потребителю надо задуматься и о достаточной «прочности» электропроводки.

Интересной была попытка замерить мощность микроволновки в режиме «320 Вт». Микроволновка периодически то включалась на полную мощность (1274 Вт), то периодически снижала мощность почти до нуля, чтобы в среднем получилось 320 Вт.

Со светодиодными лампами обман получился уже в обратную сторону, т.е. лампам мощности недодали.

В тесте компьютера надо иметь в виду, что это был не игровой компьютер, а компьютер офисного типа. Игровой компьютер будет потреблять значительно больше, особенно в моменты наиболее жарких баталий.

В общем, ваттметр помог совершить много интересных открытий касательно имеющейся в доме аппаратуры.

Последний вопрос в тестировании ваттметра — нижний предел его работоспособности по напряжению.

Для выяснения этого вопроса был использован трансформатор ТПП-282-127/220-50 с множеством отводов от первичной обмотки (своего рода замена ЛАТР-у).

Эксперименты с подключением к разным отводам трансформатора показали, что ваттметр работоспособен при напряжении 112 Вольт и выше (по показаниям самого ваттметра). При более низких напряжениях прибор включался, но ничего не измерял (показывал нулевые ток, напряжение и мощность).

Таким образом, ваттметр будет работоспособным даже при значительных колебаниях напряжения в питающей сети.

Итоги и выводы

Протестированный «ваттметр в розетку» показал точность, вполне достаточную для бытовых применений (без претензий на что-то более высокое). И это — главное.

Естественно, у него есть множество недостатков, простительных за его цену.

У него нет возможности передать данные в компьютер или смартфон; нет и возможности запротоколировать график потребления мощности по времени.

Мне лично ещё не понравилось, что у него нет возможности вывести на экран одновременно мощность, напряжение и потребляемый ток. Чтобы их увидеть, надо поочерёдно переключаться между экранами.

И, конечно, отсутствие подсветки экрана — тоже не украшение.

Но, с учётом цены, право же, всё это — мелочи. 🙂

Купить ваттметр можно на Алиэкспресс по этой ссылке.

Кроме протестированного варианта ваттметра в таком же корпусе выпускается ваттметр на основе другого процессора. Он не тестировался, но, вероятно, должен показать аналогичные характеристики.

Источник