Меню

Контроль по потреблению тока



Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

практика применения датчиков тока

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

слева – измерение малых токов; справа - измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Подключение датчика постоянного тока

подключение датчика переменного тока

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

самодельный датчик тока

Видео по теме

Источник

Измерение качества электрической энергии

  1. Измерение качества электрической энергии
  2. Государственные стандарты
  3. Принцип работы анализатора качества электроэнергии
  4. Кто проводит исследования?
  5. Цели проверки
  6. Классификация проверок
  7. Многофункциональные измерительные приборы
  8. Показатели частоты
  9. Медленные отклонения в напряжении
  10. Колебания в напряжении сети
  11. Быстрые одиночные отклонения напряжения
  12. Несинусоидальность
  13. Коэффициент несимметрии

Измерение качества электрической энергии

Измерение качества электрической энергии осуществляется с помощью специальных устройств и приборов. Во время исследования фиксируется значения трансформаторов, вторичных токов и напряжения сети. Существуют различные виды анализаторов электроэнергии. В процессе проверки выявляются параметры энергосистемы, которые анализируются на соответствие ГОСТам и нормативной документацией.

Государственные стандарты

ГОСТ определяет ряд показателей качества электрической энергии:

  • отклонения частоты;
  • провалы напряжения и колебания;
  • напряжение импульсивное;
  • несимметричность внутри трехфазных систем;
  • несинусоидальность кривой.

Отклонения от установленных значений указывает на проблемы в работе оборудования. В таких ситуациях наблюдается снижение мощности и надежности оборудования, повышение расхода энергии и нерациональности использования ресурсов.

Принцип работы анализатора качества электроэнергии

Прибор выполняет функцию проверки величин и уровень соответствия требованиям. Принцип его работы основан на измерителе электрических величин. Аппарат фиксирует значения тока и напряжения за короткие интервалы времени.

Современные технологии позволяют получить исчерпывающую информацию о работе системы:

  • постоянное отклонение напряжения;
  • пиковые нагрузки и токи;
  • природа переходных процессов в сети;
  • фиксация времени с наибольшими потреблениями электрической энергии;
  • искажения кривых тока;
  • падения и провалы.
Читайте также:  Изменение тока в индуктивной нагрузке

Анализаторы выпускаются в мобильной и стационарной форме. Они могут использоваться систематически или эпизодически, в зависимости от поставленной цели. Комплексная проверка корректности работы оборудования – это залог длительной и эффективной работы техники на предприятии. Своевременное выявление неполадок позволяет устранить неисправность до возникновения серьезных проблем.

Контроль за работой техники осуществляется с целью выявления дефектов в электрической сети и их устранения. Для выполнения задания требуется подсоединить анализатор к системе. Места контроля – это точки подключения к потребительской сети. При работе с простыми системами допускается подсоединение в местах, расположенных максимально близко к этим точкам.

Полученная информация обрабатывается с помощью математических алгоритмов. Это позволяет достигнуть ряда целей:

  • рассчитать параметры работы;
  • проанализировать качество электроэнергии;
  • установить количество энергии.

Показатели измеряются на определенном отрезке времени. Низкое напряжение – это самая частая причина плохого качества энергии. Это значение анализируется дважды в год. Другие нормы определяются один раз в 12 месяцев.

Кто проводит исследования?

Право проводить измерения имеют лаборатории с аттестатами Ростехнадзор. В службах квалифицированные работники, использующие сертифицированное оборудование. Точность результатов гарантируется высоким качеством используемой измерительной техники.

Оборудование проходит многочисленные проверки, перед началом эксплуатации. Класс точности, определяется соответствующими специалистами и технологами.

Цели проверки

Полученные результаты позволяют добиться соблюдения заданных в договоре поставщика параметров. Анализ обеспечивает получение данных для составления развернутого отчета о работе системы. Экспертиза выявляет перечень отклонений или их отсутствие. Полученный документ дает основания, для предъявления поставщику обоснованных претензий о несоответствии качества энергии общепринятым нормам. В результате вторая сторона договора устранит все проблемы, и выявленные нарушения в оговоренный промежуток времени.

Измерения обеспечивают расчет коэффициента рациональности использования электричества. Благодаря этому производство выходит на технологичный уровень работы с минимальным расходом ресурсов. При необходимости, из электрической сети устраняются объекты, работающие неэффективно или во вред всей системе.

Проводить исследования стоит для реальных и запланированных систем энергоснабжения. Экспертизу приурочивают к энергетическому аудиту промышленного объекта. Итоги проверки, дают данные для повышения уровня энергетической эффективности в промышленной сфере.

Полученные значения сохраняются и используются при проведении следующего аудита. Специалисты сравнивают данные и делают соответствующие выводы о работе системы.

Классификация проверок

В зависимости от цели контроль качества распределяется на 4 вида:

  • оперативный;
  • инспекционный;
  • диагностический;
  • коммерческий учет.

Виды анализа имеют свои особенности, характеристики и целевое назначение. Необходимость проведения той или иной инспекции определяется узкими специалистами на основе общепринятых стандартов работы электрических сетей.

Диагностический вид контроля, предназначен для решения спорных вопросов между поставщиком и потребителем. Он проводится в местах распределения электричества между двумя сторонами договора. На основе полученных данных, создается официальный отчет, позволяющий доказать невыполнение правил соглашения. После рассмотрения отчета, виновная сторона будет обязана устранить нарушения и повысить качество электроэнергии.

Инспекционный контроль проводится сертифицированными службами с целью выявления отклонений от официальных требований и нормативов. Аудит является обязательным для всех сторон договора и проводится с определенной периодичностью.

При возникновении дефектов проводится оперативный контроль. Он выявляет реальные и потенциальные угрозы понижения качества электричества в сети. В результате проверки проводятся мероприятия по устранению нарушений работы и профилактические процедуры.

Коммерческий учет, предназначен для рассмотрения ставок и тарифов поставщика. Анализ осуществляется в местах раздела электросети между двумя сторонами договора. Исследование назначается при необходимости определения уровня надбавок и скидок за предоставленное качество ресурса.

Многофункциональные измерительные приборы

Современные многофункциональные приборы обеспечивают получение результатов не только в цифровом формате, но и в денежном эквиваленте. Модели отличаются рядом показателей:

  • задачи;
  • область применения;
  • функционал.

Модели нового поколения ускоряют процесс получения значений по прогнозированию, фиксации, устранению и предотвращению возникновения новых проблем в работе системы. С помощью специальных аппаратов, специалисты определяют механические и электрические параметры.

Отсутствие контроля приводит к частым неполадкам, сбоям энергосистемы и чрезмерным расходам электричества. Общего показателя эффективности работы сети недостаточно для проведения глубинного анализа. Большие предприятия обращаются в сертифицированные службы для осуществления контроля над всеми компонентами рабочей зоны.

Важно анализировать нагрузки в динамике. Это позволит выявить уровень износа электросети и своевременно провести мероприятия по устранению потенциальных угроз. При выявлении вины поставщика, потребитель будет лишен необходимости брать на себя обязанность по решению проблем.

Показатели частоты

Отклонения в диапазоне от 50 Гц и выше допускаются при серьезных авариях. По нормативам, показатель не должен превышать 0,4 Гц во время работы сети. При использовании автономных генераторов требования смягчаются (±1 Гц и ±5 Гц).

Эти сети не способны поддерживать высокую стабильность. В процентном соотношении предельно допустимое значение составляет 10%. Нормальный показатель не превышает 5%.

Медленные отклонения в напряжении

Интервал изменений превышает 1 минуту. При анализе определяется промежуток времени, на протяжении которого напряжение отклонялось на 10% от номинального показателя (220 и 380 для бытовых сетей). Дискретность при этом составляет 10 минут. Замеры проводятся на протяжении недели.

Колебания в напряжении сети

Основу оценки этого значения составляет понятие фликера. Он характеризует то, как человек воспринимает мерцания света от источника. Выделяют длительную и кратковременную фазу – 2 часа и 10 минут соответственно. Обе величины не должны превышать 1,38 и 1,0 в разрезе недельных измерений. Для расчета показателей применяются сложные формулы.

Быстрые одиночные отклонения напряжения

Одиночные колебания – это случайные изменения. Возникновения отклонений свидетельствуют о переключении электроустановок или незначительных нарушениях в работе сети (сбои или далекие короткие замыкания в системе). Эти колебания относят к провалам перенапряжения и напряжения. В таблице определены общепринятые нормативные показатели.

Несинусоидальность

Наличие импульсивного тока в сети, приводит к ряду изменений в системе параметров. Наблюдается изменение кривой напряжения, которая раскладывается на основную и частотную. Возникновение гармоник может нарушить работы полупроводниковых приборов. Для устранения такой угрозы следует контролировать уровень этого параметра.

Коэффициент несимметрии

Это один из основных параметров при оценке качества работы в трехфазных и двухфазных сетях. Превышение коэффициента, наблюдается при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Параметр регламентирован ГОСТом и используется при проведении любых проверок сети.

Не все процессы происходят систематически. Существует ряд характеристик, которые фиксируются в случайных ситуациях. Для их возникновения требуются определенные условия и совпадения по сопутствующим изменениям.

Прерывание напряжения случается во время аварий или плановых ремонтных работ. Провалы возникают при подключении оборудования высокой мощности, или коротких замыканиях. Перенапряжения фиксируются по ряду причин:

  • короткие замыкания;
  • резкое снижение нагрузки;
  • обрывы нейтральных проводников;
  • замыкания на землю.

При воздействии молний происходят импульсивные перенапряжения.

Минимальный интервал измерений составляет неделю. За 7 дней прибор собирает достаточное количество информации для подготовки точных результатов. Математический алгоритм исключает риск ошибки и позволяет автоматизировать процесс измерений. В результате пользователь получает усредненные значения и определяет основные проблемы в работе сети.

Источник

Системы мониторинга и контроля параметров электросети предприятия

Компания «JANITZA GbmH» предлагает комплексное решение для анализа эффективности энергопотребления предприятия на базе анализаторов мощности компании Janitza.

Анализаторы мощности

Анализ энергопотребления невозможен без постоянного мониторинга потоков энергии в системе электроснабжения. В системах энергоменеджмента и управления себестоимостью, а так же в системах контроля качества электросети не обойтись без универсальных измерительных устройств. Решение компании «Инжэлектрокомплект» на базе приборов UMG96RM компании Janitza предназначено для решения подобных задач.

  • Энергоэффективность в компактном корпусе.

UMG 96RM очень компактный и мощный анализатор электроэнергии. Устройство оборудовано мощным инновационным микропроцессором.

Частота сканирования всех каналов измерения в 20 кГц позволяет производить непрерывное измерение и сбор нескольких сотен измеряемых значений с высокой точностью.

Современная микропроцессорная технология, компоненты со строгими допусками, опыт производства, проектирования и собственного программирования в несколько десятков лет гарантируют высокую точность измерения и надежность UMG 96RM.

Малая глубина монтажа позволяет произвести интеграцию даже там, где пространство сильно ограничено, например, в распределительных шкафах. Монтаж и затраты на подключение могут быть существенно уменьшены благодаря простой конструкции.

С помощью UMG 96RM детализация потребления энергии и профиля нагрузки становиться простой задачей в рамках исследования энергии. Данный анализ необходим для контроля энергоэффективности и безопасности систем распределения энергии.

Читайте также:  Формула эдс силы тока мощности

Всё более и более важным для промышленных предприятий является привязка стоимости энергии к специфическим продуктам, а также возможность определения спадов и распределения стоимости за электроэнергию (отклонение от тренда), чтобы учитывать их в индивидуальных процессах и потребителях.

Анализаторы мощности

  • Автоматизированные системы управления

Автоматизированные системы управления производством и потреблением энергии по стандарту EN16001 являются необходимыми для непрерывного достижения энергоэффективности и уменьшения затрат. Универсальные измерительные приборы серии UMG 96RM — важная составная часть автоматизированных систем управления производством и потреблением энергии, которая позволит добиться уменьшения штрафов наряду с другими преимуществами.

Анализаторы мощности

Более высокая степень прозрачности может быть достигнута посредством внедрения многоступенчатой и масштабируемой системы измерения. Только посредством непрерывного измерения приборами с высокой точностью, возможно, провести анализ временно возникающих событий и найти правильное решение.

UMG 96RM предоставляет необходимую информацию о недостаточном качестве энергии и позволяет принять меры для решения проблем энергосистемы. Как результат — предотвращение остановок производства, значительное увеличение срока службы производственных ресурсов, а также улучшение устойчивости для инвестиций, связанных с ними.

UMG96RM

Анализаторы мощности

Компактный и мощный многофункциональный прибор UMG 96RM для измерения энергии. Устройство измеряет и записывает данные о потреблении электроэнергии. Фиксирует стандартные характеристики качества энергии, такие как ток, напряжение, частота, мощность и многие другие характеристики, например гармоники, до 40-й включительно, и др.

Высокая точность измерения, компактный дизайн, обширные измеряемые данные, различные протоколы для интеграции в системы передачи данных и компактный дизайн делают UMG 96RM непревзойденным в его классе.

Точность измерения: 0,2 %(V), класс kWh = 0,5

Высокая частота выборки 20 кГц, точность измерения 0.2 % (V), Класс энергии 0.5 (кВтч) для измерения качества энергии.

8-тарифный счётчик активной и реактивной энергии

Измерение энергии в 4 квадрантах, с 4 тарифами активной и реактивной энергии в каждом, гарантирует точное и надежное получение данных энергии для отдельных потребителей или для полного электропитания.

Богатые коммуникационные способности: Ethernet, Profibus, ModBus, M-Bus .

Простая интеграция на уровне систем (АСКУЭ, PLC, SCADA, BMS) гарантирована множеством интерфейсов и протоколов. Программное обеспечение GridVis, которое входит в комплект поставки, является основой для автоматизированных систем управления производством и потреблением энергии и исследования качества мощности.

Большая память для записи данных

Объём памяти измеряемых данных в 256 MB и определяемая пользователем конфигурация записи позволяет хранить записанные данные в течение длительного времени.

Анализ Фурье с 1 по 40-ю гармоники!

Измерение гармоник с 1-й по 40-ю, отображение информации о качестве мощности, помехах и «загрязнённости» электрической сети.

Разъёмы с винтовыми клеммами

Разъёмные винтовые клеммы под винт позволяют произвести простой и удобный монтаж в местах с ограниченным доступом.

Подсветка дисплея

Большой, высококонтрастный ЖК-дисплей с подсветкой гарантирует простое управление и отличное считывание информации даже в плохих условиях.

UMG 96RM доступен в различных вариантах оснащения, для различных применений и удовлетворения потребностей рынка. Различия между вариантами прежде всего в интерфейсах, протоколах и конфигурации входов и выходов. Стандартное устройство уже оборудовано быстрым интерфейсом RS485 с протоколом Modbus и 2 цифровыми выходами. Все последующие варианты имеют 4 цифровых входа, 6 цифровых выходов, встроенные часы, батарею и память как стандартное оснащение.

Profibus и цифровые входы/выходы

Profibus часто используется в системах, где UMG 96RM должен быть интегрирован в среду автоматизации (контроллеры ПЛК).

Вход для измерения температуры и аналоговый выход

Множество входов и выходов позволяют произвести эффективное внедрение устройства в информационные системы. Система распределения низкого напряжения, трансформатор или стойка сервера могут быть защищены от превышения температуры посредством входа для датчика температуры.

Промышленная шина M-Bus позволяет осуществлять сбор данных потребления от различных приборов учёта, таких как вода, газ, тепло или электрический ток. UMG 96RM может быть внедрён в систему сбора данных через M-Bus соединение без особых затрат.

4-й вход для трансформатора тока

Рост нелинейных нагрузок приводит к увеличению «загрязнений» энергосистемы и частым перегрузкам нейтрального проводника из-за гармоник тока. Нейтраль можно постоянно контролировать посредством 4-го входа для измерения тока.

Ethernet (TCP/IP)

Все чаще и чаще коммуникации промышленных систем переходят от стандартных шин к Ethernet (TCP/IP). Ethernet интерфейс UMG 96RM гарантирует простоту интеграции в сеть передачи данных, а также быстрое и надёжное создание архитектуры коммуникаций.

Ethernet (TCP/IP) + цифровые и аналоговые входы/выходы

Наряду с прозрачностью электрической сети умные системы управления энергией также выполняют активное управление потоками мощности и энергии. Кроме того UMG 96RM предлагает множество конфигураций для входов/выходов для интеллектуальной интеграции и задач управления.

Анализаторы мощности Анализаторы мощности

  • Внешнее питающее напряжение с широким диапазоном.
  • Аккумуляторный отсек позволяет быстро заменить батарею, во время работы устройства.
  • Ethernet подключение для быстрой и безопасной интеграции в сеть или USB- разъём для конфигурации устройства.
  • Большое количество цифровых входов и выходов (до 4 входов и 6 выходов) позволяет интегрировать второстепенные точки измерения также просто, как и UMG 96RM интегрируется в систему передачи данных.
  • 4ый вход для измерения тока позволяет контролировать ток в нейтрали или измерять 4 независимые однофазные нагрузки.

Анализаторы мощности

Малая глубина монтажа позволяет произвести интеграцию даже там, где пространство сильно ограничено, например, в распределительных шкафах. Монтаж и затраты на подключение могут быть существенно уменьшены благодаря простой конструкции.

Программное обеспечение:

Программное обеспечение GridVis для программирования и визуализации электрической сети, которое входит в комплект поставки, позволяет осуществить простую и быструю настройку устройства. Индивидуальная визуализация источника энергии возможна при помощи топологии. При просмотре в режиме реального времени измеряемые данные могут записываться на ПК в одно и то же время. Кроме того GridVis предлагает удобные возможности представления и анализа исторических данных из базы данных. Автоматическое считывание измеряемых параметров и управление данными особенно важно для средних и больших проектов. Информация может сохраняться в различных типах баз данных.

Анализаторы мощности

  • Визуализация измеряемых значений
  • Автоматическое считывание кольцевого буфера приборов
  • Хранение измеряемой информации в базе данных
  • Графическое представление измеряемых величин в режиме реального времени
  • Настраиваемая топология со свободно выбираемыми значениями
  • Настройка измерительных приборов
  • Графическое программирование пользовательских программ или написание при помощи исходного кода Jasic®
  • Настройка, визуализация, обработка и анализ данных
  • Разработка обширных автоматизированных систем управления производством и потреблением энергии
  • Визуализация источников энергии при помощи топологии
  • Документирование качества мощности со свободным выбором периода времени
  • Анализ причин ошибок сети
  • Центр обработки стоимости энергии, то есть простое и точное вычисление стоимости электричества
  • Стабилизация источника энергии при помощи функции сигнализации превышения заданных пределов, например перенапряжения или кратковременное прерывание
  • Улучшение качества мощности, например анализ гармоник для обнаружения неисправностей
  • Анализ профиля нагрузки, к примеру, прогнозирование потребления для улучшения контракта с поставщиком энергии.

По материалам компании Janitza electronics GmbH

Источник

Простое устройство мониторинга энергопотребления

Сейчас все больше и больше людей интересуются темой мониторинга потребляемого электричества.
В некоторых случаях эти знания имеют очень большое значение (например, для вашего загородного дома выделили 8кВт мощности и вам необходимо понять, насколько близко вы находитесь к разрешенному пределу и т.п.).
Есть уже готовые изделия, одно из них уже было героем обзора на Хабре.

Но мы не из тех, кто ищет легких путей и сделаем вот такое устройство:

В руки попал вот такой датчик:

Остальные компоненты будем использовать наиболее доступные и приоритет будем отдавать тем, что уже имеются в наличии.

Датчик, фото которого приведено выше — неинвазивный датчик тока (до 100А). Выход датчика — токовый.
Напрямую к аналоговому входу ардуинки этот датчик подключать нельзя (точнее можно, но пользы это не принесет никакой).
Чтобы получать адекватые значения измеряемой величины нам необходимо добавить несколько элементов и подключить датчик по следующей схеме:

Обоснование схемы и расчет номиналов элементов приводится по следующей ссылке.

Таким образом, значение тока сможем измерить, но наша цель — измерить потребляемую мощность.
Воспользуемся известной формулой: P=U*I.

И вроде бы как все значения в правой части известны. Но значение напряжения, к сожалению, может колебаться в достаточно больших пределах и по-хорошему следует еще и его измерять для получения более точных результатов.

Читайте также:  Где применяются генераторов переменного тока

Учитывая это замечание, сразу можно сказать, что прибор не будет отличаться большой точностью и скорее будет являться некоторым индикатором с возможностью оценки измеряемых значений, но с погрешностью, зависящей еще и от величины напряжения. В случае, если у вас установлен стабилизатор питания — эта погрешность уменьшается.

С подключением датчика разобрались, теперь нужно разобраться с остальными комплектующими.

От моих первых шагов по освоению ардуинки остались микросхема ATmega168 и ЖК-дисплей 12х2 с поддержкой кириллицы — их и будем использовать.

На этапе прототипирования выяснилось, что ATmega168 есть, а вот кварца с парой конденсаторов к нему — нет. Но, как все знают, атмега может спокойно работать на частоте 8МГц с внутренним осциллятором.

Этот режим работы совершенно нормальный, но точность внутреннего осциллятора невысока. Для создаваемого устройства это не критично.

Чтобы включить этот режим работы МК, необходимо поправить фьюзы. Фьюзы можно изменить с помощью среды Arduino, но делается это только в момент прошивки бутлоадера.

Составляющие успешной прошивки:

  1. Ардуинка с прошитым скетчем Arduino ISP
  2. Ардуинка с DIP-панелькой для «подопытного» МК (или беспаечная макетка, где собрана ардуинка с минимальным «обвесом»)
  3. Несколько проводков для соединения ардуинок (или ардуинки и макетки)
  4. Правильная запись для «новой платы» в файле boards.txt

atmega168ic8mhz.name=ATmega168 (internal clock 8MHz)

atmega168ic8mhz.upload.protocol=stk500
atmega168ic8mhz.upload.maximum_size=14336
atmega168ic8mhz.upload.speed=19200
atmega168ic8mhz.upload.using=arduino:arduinoisp

atmega168ic8mhz.bootloader.low_fuses=0xe2
atmega168ic8mhz.bootloader.high_fuses=0xdd
atmega168ic8mhz.bootloader.extended_fuses=0x00
atmega168ic8mhz.bootloader.path=arduino:atmega
atmega168ic8mhz.bootloader.file=ATmegaBOOT_168_pro_8MHz.hex
atmega168ic8mhz.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega168ic8mhz.bootloader.lock_bits=0x0F

atmega168ic8mhz.build.mcu=atmega168
atmega168ic8mhz.build.f_cpu=8000000L
atmega168ic8mhz.build.core=arduino:arduino
atmega168ic8mhz.build.variant=arduino:standard

Внимание, если у вас МК уже с ардуиновским бутлоадером, то обновлять бутлоадер нужно с использованием кварцевого резонатора.

Прошивка прошла успешно, МК заработал на внутреннем осцилляторе.

Теперь надо было подумать, как подключить дисплей и кнопки.

Задачка совсем несложная и можно подключить так, как делается во всех примерах (см.ссылки ниже).

Дисплей подключаем в 4-х битном режиме (для экономии используемых цифровых пинов).
Один из выводов дисплея отвечает за контрастность. Захотелось иметь возможность регулировать контрастность из скетча. Сказано-сделано: подключаем этот вывод к свободному пину с ШИМ (дополнительно ставим электролитический конденсатор на 10мкФ — для сглаживания).

Поскольку планировалось использовать две кнопки, то самым простым решением было бы повесить каждую кнопку на свой цифровой пин и мониторить их состояние, но это как-то тривиально.

Решил задействовать для кнопок всего один пин (аналоговый).

Схема очень простая — кнопки включаются последовательно друг за другом, параллельно каждой кнопке — свой резистор. Последовательно этой конструкции — еще один резистор. Вся эта цепь включена между «землей» и «питанием». Таким образом получается делитель напряжения.

Особенность схемы (и подобранных резисторов) такова, что позволяет отслеживать нажатие любой из кнопок и «бонусом» — факт нажатия двух кнопок сразу, чем мы и воспользуемся при написании скетча.

Сначала собрал прототип на беспаечной макетной плате:

Написал небольшой скетч, который опрашивал датчик, производил необходимые вычисления и выводил данные на дисплей — все заработало так, как ожидалось.

Единственной неожиданностью оказалось то, что датчик, который не подключен к проводу, ток в котором хотим измерить, дает ненулевые значения — имеется небольшая «постоянная составляющая» (обусловлена неидеальностью элементов между датчиком и аналоговым входом МК). Поэтому решено в скетч добавить простенький механизм «автокалибровки» для ее устранения.

Теперь можно переходить к реализации «в железе».

Печатную плату ради одного устройства делать, имхо, нецелесообразно — решил все сделать на печатной макетной плате навесным монтажом.

Для прибора был приобретен корпус. Выбор был сделан «на глазок» (определяющим был размер дисплея и то, что рядом с ним должно быть две кнопки).

Фото некоторых комплектующих, которые использовались в последующих итерациях:

Для собственного удобства решил сделать устройство из двух плат.

На верхней расположил дисплей, кнопки, разъемы и большую часть «рассыпухи», отсносящуюся к дисплею и датчику.
На нижней плате — микросхема atmega168 в панельке, конденсаторы (по питанию) и разъем для подключения программатора. Эта плата получилась почти пустая.

Для соединения плат решил использовать штыревые разъемы:

Безусловно, все составляющие можно было разместить и на одной плате (микроконтроллер разместить под дисплеем), но не хотелось делать более плотный монтаж, да и оставить «резерв на развитие» — не лишнее (даже если и не понадобится).

«Бутерброд» в сборе:

Видно, что платы имеют «хитрую» конфигурацию — это для того, чтобы не нарушать внутреннее «убранство» приобретенного корпуса. Выступы в корпусе хорошо фиксируют «бутерброд» внутри и не дают свободно болтаться в корпусе.

На этом этапе проекта пришлось сильно думать, как же теперь разметить отверстия под дисплей, кнопки и разъемы, причем сделать это так, чтобы не пришлось делать фальш-панель?

Помогли направляющие и то, что платы были сделаны с минимальным зазором — люфт почти нулевой.

Разметку необходимых отверстий производил изнутри и использовал подручные средства.

Начал с кнопок: взял зубную пасту и намазал «верхушки» толкателей — после этого аккуратно вставил «бутерброд» в корпус по направляющим и добился отпечатка на внутренней стороне корпуса.
Дальше просверлил по полученным меткам отверстия сверлом нужного диаметра. И снова примерил плату — бинго! Кнопки оказались на своих местах.

Аналогично «измазал» рамку дисплея (он еще под упаковочной пленкой был) и повторил манипуляции. Результат можно видеть ниже.

Последняя «примерка», все выглядит сносно:

Сначала не планировал делать разъем для подключения программатора: думал, что сделаю аппаратную часть, напишу всю программную начинку, прошью и все соберу в корпусе, но оказалось, что вывести разъем достаточно просто и это удобнее, чем разбирать устройство для каждой корректировки ПО.

Программирование устройства с помощью программатора на FT232RL:

Прибор в сборе (правда, софт еще не дописан):

Демонстрация работы прибора и его основных возможностей (тут уже «финальная» версия софта):


Прошу прощения за качество — очень неудобно одной рукой держать «камеру», а другой — подключать, нажимать, включать кондиционер и т.п.

Архив со скетчем и необходимой библиотекой доступен по ссылке.

Список покупок

Привожу ссылки, где приобретал комплектующие. Безусловно, можно найти дешевле.

  • ATmega 168 — 145 руб.
  • Датчик тока — 529 руб.
  • Разъем jack 3.5мм — 79 руб. (в наборе три, нужен только один)
  • Резисторы и конденсаторы — 189 руб. (из набора нужно далеко не все)
  • Штыревые разъемы — 319 руб. (опять же из набора нужно далеко не все)
  • Гнездо питания — 20 руб.
  • ЖК-дисплей 16х2 (англо-русский) — 650 руб.
  • Кнопка тактовая (h=13мм) — 19 руб. (2 шт.)
  • Корпус — 88 руб.
  • Макетная плата — 870 руб. (нужна не вся)

Получается больше 2.5 тыс.руб.

Немало, но если брать только нужные элементы (а не наборы) и приобретать в «правильных» местах — можно будет существенно сэкономить (правда, ждать придется дольше).

Дополнительно была использована макетная плата, набор соединительных проводов, программатор, ардуинка (в роли ISP-программатора) и т.п. Поскольку эти вещи были ранее и используются в этом «проекте» только временно — не включил их в стоимость созданного устройства.

Еще нужен блок питания на 5В (стабилизированный) — его тоже не включил в стоимость, поскольку нашел у себя в залежах и даже не представляю, от какого устройства он остался.

В результате: создан еще один девайс, который позволяет вполне адекватно оценить текущее потребление электроэнергии.
Точность прибора невысока, но при включении электропотребителей с известными характеристиками (чайник, духовой шкаф, кондиционер, светильники и т.п.) — значения, выводимые на дисплей, достаточно точно соответствуют заявленным производителем (погрешность примерно на уровне 5-10%).
Устройство отслеживает как максимальные, так и минимальные значения электропотребления (ожидаемо, что самое низкое потребление зафиксированно в ночные часы и у меня составило 0.58кВт — компьютеры, сетевое хранилище, холодильник, всяческие зарядки и несколько устройств в режиме ожидания).

Когда видишь цифры текущего потребления — это заставляет задуматься об эффективности использования электроэнергии и сразу хочется выяснить, за счет чего можно их уменьшить.

Источник