Энергомер или как измерить эффективность розетки
В современном мире любой вид энергии любит учет, будь то потребление пищи или простая лампочка накаливания (если еще остались такие). На упаковках с едой пишут состав и примерное содержание энергии в килокалориях, а на любом электроприборе принято указывать его потребление. И если с простой осветительной лампой все более менее понятно, то посчитать например потребление электрического водонагревателя или скажем пылесоса уже сложнее. Да и как быть с приборами которые работают в спящем режиме, с одной стороны он практически не «едят», а с другой все же что-то да потребляют. Вот как раз для таких замеров и потребуется хитрый прибор под названием «Энергомер».
Как заявлено на этикетке прибора он создан для измерения потребляемой мощности электроприборов а так же для простоты расчетов нагрузки на розетку.
Ну чтож, проверим как он работает. Вставляем в розетку, и пока прибор включается и происходит загрузка программы в микроконтроллер, на экране можно видеть все возможные символы. Включение происходит не долго, но и не моментально, где-то секунду или две.
Дальше энергомер сразу показывает напряжение в розетке а так же частоту переменного тока в ней.
Для удобства в энергомере есть часы с отображением дня недели, настройка которых происходит по нажатию на кнопку «SET», по началу конечно с непревычки жмешь на неё часто и сразу попадаешь на редактирование времени. Я бы сделал вход в режим редактирования с небольшой задержкой, для устранения этого неудобства, ну да ладно, прибор звезд с неба не хватает 🙂
Переходим к непосредственно замерам.
Первым подопытным будет осветительная лампа. Мы недавно переехали в свою квартиру и я сразу везде ставил светодиодные лампы, фактически у нас нет ни одной лампы в стандартных цоколях. Самая распространенная – с цоколем G10 и тому подобные. К счастью у меня нашелся микрософит для съемок в софтбоксе и в нем старая галогеновая лампа на 50 Вт. Вот на нем и будем экспериментировать.
Для начала посмотрим потребление с галогеновой лампой:
Как видно, потребляет она 46,5 Вт⋅ч что близко к заявленному номиналу в 50 Вт⋅ч, соответсвенно в моем случае она «кушает» 16 копеек в час днем (тариф 3,35 р за кВт⋅ч днем).
Следом меняем лампочку на диодную:
При схожей, на взгляд, светоотдаче (к сожалению замерить не чем) потребление у LED лампы уже 5,9 Вт.ч что так же близко к заявленным производителем показателям и «прожорливость» такой лампы уже чуть меньше 2-х копеек в час.
И вот тут уже интересный факт. У меня дома всего 39 ламп, 24 из них диммируемые и если предположить что я включу их все на полную яркость то совокупное потребление электроэнергии составит 230 Вт⋅ч что эквивалентно двум лампам накаливания по 100 Вт и еще одной, например в туалете на 30 Вт, хотя не помню были ли лампы на 30 Вт… Тоесть в принципе все включенные лампы будут «есть» 77 копеек в час и если оставить их включенными круглосуточно то за месяц они смогут уменьшить мой бюджет всего на 573 рубля. Это может послужить в принципе доводом, например в споре с теми кто постоянно выключает за вами свет мотивируя это целями экономии. Ну да ладно, слава богу меня по поводу лампочек никто не «теребит» 🙂
Хорошо, с энергоэффективностью лампочек разобрались, теперь можно сравнить и технику поинтереснее.
Для начала замерим Apple MacBook Pro 13″, это не самое последнее поколение, но для теста пдойдет 🙂
Ноут был почти разряжен, каюсь, не запомнил сколько точно был процент заряда батареи, но максимальная мощность потребления зарядного устройства составила 64,5 Вт⋅ч. И вот тут выявилась интересная особенность – блок питания не «шарашит» сразу на полную, а начинает отдавать энергию постепенно, в момент подключения первая цифра которая была зафиксирована прибором, была меньше десяти и потом начала подниматься. Поднималась ступенями, не знаю прибор ли с задержкой мерил или блок питания так отдавал энергию, но признак наличия минимальных «мозгов» у блока питания присутствует.
Для контраста давайте сравним со старым ноутбуком ASUS. По работоспособности это как старые Жигули и летающая тарелка и в сравнении по производительности ASUS намного проигрывает MacBook’у. Одно время включения, запуска нужной программы и открытия в ней файла может отличаться на порядок, что же у них с энергоэффективностью?
Слева на фотографии указано потребление блока питания в выключенном состоянии, в принципе батареи в ноутбуке давно уже вышли в тираж и зарядить его никогда не удастся на 100%, получается выключенный ноутбук, но с включенным в сеть блоком питания будет потреблять 36 Вт⋅ч. А если старичка включить, то потребление начинает скакать от 70 до 100 Вт⋅ч, в зависимости от нагрузки. В принципе при максимальной загрузке разница почти в 2 раза, что существенно в процентном соотношении, но не так существенно по потреблению в цифрах. Но вот по эффективности работы он проигрывает уже побольше и работать за ним можно лишь, выполняя несложные работы, иначе нервы себе дороже 🙂
Другой древний но интересный девайс это, как тогда их называли, Ultra Mobile Portable Computer от SONY выпуска что-то около 2007-го года. У него 1 гигабайт оперативной памяти и 1,33 GHz процессор, кажется какой-то Celerone плюсом ему то, что я заменил HDD на SSD.
При любых раскладах блок питания потребляет в районе 20-30 Вт⋅ч, я думаю тут хорошую роль играет аккумулятор, так как он до сих пор еще живой и демпфирует скачки нагрузки.
Ну и для более яркого примера, я замерил свой домашний-рабочий iMac 2009-го года выпуска.
И тут уже интересней. Потребляет он достаточно заметно. Практически в 4 раза больше своего меньшего яблочного собрата, ну оно и понятно, с таким экраном-то. Тут целых 27 дюймов. А вот сюрприз был в том, что в спящем режиме. Вернее даже не в спящем а выключенном, он ест аж целых 5 Вт⋅ч. Есть повод выключать его теперь, а то раньше он был всегда включен в сеть =)
В принципе современная электронника «ест» не так много электричества и все зависит от того какая вычислительная нагрузка ложится на это устройство в данный момент, плюс многое зависит от блока питания и его поведения, выдает ли оно постоянно одну мощность или подстраивается под своего потребителя, хотя с современными импульсными блоками питания это не так актуально как, например с древними трансформаторами.
Кстати к слову об умных зарядных устройствах. Многим известный iMax B6 ведет себя практически так же как и зарядник от Apple, он так же плавно повышает отдаваемую мощность, ну и затем естественно постепенно её снижает по мере зарядки аккумулятора.
Тут самый мощный из имеющихся у меня LiPo аккумуляторов: 2S 30C 5200mAh и в пике потребляемой мощности при зарядке в режиме 5 Ампер, зарядное устройство потребляло не более 60 Вт⋅ч.
С техникой более менее разобрались, пора переходить к тяжелой артиллерии.
Для начала проверим потребление у чайника.
Чайник у нас тоже с минимальными мозгами. У него есть микроконтроллер который нагревает воду в зависимости от выбранной программы.
В спящем режиме он потребляет очень мало, всего 0,02 Вт⋅ч а при активации программы уже 0,5 Вт⋅ч.
А вот при активации нагревательного элемента он уже «ест» на полную – 1,9к Вт⋅ч.
Нагрев до нужной температуры происходит за счет периодических включений/выключений. Причем мне кажется что кипячение до 100 градусов происходит через проход сначала первых двух а потом уже до финала, до кипятка. Чайник сначала греет на полную, потом выключает нагрев (в этот момент он потребляет всего 8 Вт⋅ч) а потом снова включает нагрев и так до нужной температуры.
Ну и с утюгом и пылесосом все предельно ясно. «Едят» столько, сколько и заявлено. Утюг максимум 4 кВт⋅ч, а пылесос максимум 1,2 кВт⋅ч.
В итоге прибор достаточно интересный и может пригодиться там, где нужно определить потребляемую мощность прибора или проходящий через розетку ток. Я не делал замеры силы тока, так как мне было больше интересно с экономической точки зрения. И вот тут уже можно с легкостью отвечать на вопросы сколько тратится денег на то или иное действие. Например мне интересно посчитать чистую стоимость печати на 3D принтере а так же сколько стоит искупаться в ванной при нагреве воды водонагревателем. Выгодно ли воду греть при помощи электричества дома или горячее водоснабжение дешевле? Я к сожалению не могу пока провести эти тесты, это будет лишь позже. Принтер мне еще не приехал из далекого Китайского магазина, а водонагреватель неправильно подключили нерадивые ремонтники. Но в будущем я обязательно получу ответы на эти вопросы.
От себя хочу сказать спасибо Даджету за предоставленный на тест прибор и пожелать ребятам успехов в гик-отрасли 🙂
PS. Если кого заинтересовал прибор, то вот ссылка на него: Энергомер от Даджет’а.
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
