Как проверить потребляемую мощность. Учимся легко считать потребляемую мощность электроприбора. Проверяем зарядку в аккумуляторе

Процессорный модуль (Processor module) – это разновидность одноплатных компьютеров, относится к встраиваемым компьютерным системам. Представляет собой небольшой модуль, на котором расположены процессор, графический, сетевые и другие необходимые котроллеры, и который может устанавливается на базовую плату различных форм-факторов, как например, ATX или EPIC.

Наша компания поставляет следующие типы процессорных модулей:

Применение процессорных модулей в приборостроении привело к тому, что схемотехника плат упростилась, унифицировалась. Разработчикам стало легче подбирать основу для новых устройств и, следовательно, ускорился выпуск продукции на рынок.

Процессорные модули, благодаря своему многообразию и универсальности, нашли свое применение во многих отраслях:

• производство
• системы автоматизации
• медицина
• военно-промышленный комплекс
• авионика
• энергетика
• тестирование и измерение

Функциональные особенности процессорных модулей

Процессорные модули разделяются по типам ETX, COM-Express, QSeven, SOM, uProcessor и отличаются производительностью, низким энергопотреблением и тепловыделением, так как разработаны для встраиваемых применений, где задачи отвода тепла внутри компактного корпуса являются критичными при выборе типа модуля.

Основным преимуществом систем на процессорных модулях является как раз их модульная конструкция. В целом ряде применений не получается использовать платы стандартных форм-факторов, как например, 3.5” или EPIC, так как размеры платы ограничивают количество поддерживаемых интерфейсов ввода-вывода и не всегда можно вывести все необходимые разъемы на плате. Также со временем платы устаревают и найти подходящее решение к уже существующему корпусу становится очень не просто. Если же использовать процессорный модуль совместно с базовой платой, то здесь вы можете сами выбирать какие разъемы вам необходимо вывести на базовую плату, какого размера должна быть базовая плата и какой процессорный модуль (с каким процессором и чипсетом соответственно) использовать в вашей системе. Если же вы хотите улучшить производительность вашей системы и использовать более новые процессоры, например, то вы просто можете выбрать новый процессорный модуль соответствующего типа и установить его на используемую базовую плату.

Процессорный модуль надежно закрепляется на базовой плате, поэтому системы на основе модульной структуры отлично выдерживают вибрационные нагрузки. Именно этим и обусловлено применение их в военно-промышленном комплексе и авионике, где надежность и работоспособность имеют главенствующее значение.

Встраиваемые решения сегодня требуют не только высокой производительности, но также наличия большого числа портов ввода/вывода в компактном форм-факторе. Малые размеры, надежность, масштабируемость – все это преимущества процессорных модулей. Именно поэтому модульные компьютеры спецификаций COM Express, ETX и Qseven активно применяются на данный момент в различных промышленных и военных системах. Ассортимент компании IPC2U представлен процессорными модулями компаний IEI, ICOP, AXIOMTEK, NEXCOM, ADVANTECH и другими мировыми производителями.

Рост темпов производства после экономического кризиса 90-х годов предопределил необходимость принятия срочных мер по реновации оборудования.

Серьёзную проблему для машиностроителей представляет отсутствие в стране средств автоматизации отечественного производства, а так же наличие большого парка станков с устаревшими электронными системами управления: программоконтроллеры "МикроДАТ", УПУ ТП и др. Для модернизации программоконтроллеров этих и других типов фирма НТБ разработала процессорный модуль на базе микроконтроллера SAFB-C165-LF, который обладает следующими характеристиками:

• FLASH ПЗУ и статическое ОЗУ по 128 Кб;
• резидентная программа для загрузки программного обеспечения;
• объём памяти пользовательских (технологических) программ 46 или 62 Кб;
• сохранение содержимого FLASH-памяти в течение не менее 10 лет;
• возможность программирования через последовательный порт RS-232;
• сброс при сбоях питания;
• раннее предупреждение о разрядке литиевой батареи;
• таймер Watchdog;
• ток потребления в рабочем режиме - 100 мА;
• напряжение питания - 5 В;
• минимальное напряжение питания - 4,65 В;
• частота кварцевого резонатора - 40 МГц;
• температура эксплуатации - 0...+70 (-45...+85) °С.

Все характеристики и надёжность модуля проверены трёхлетним опытом применения его на шести заводах в самых суровых условиях эксплуатации. Ни один модуль не дал ни одного серьёзного сбоя. Там, где этой суровости не хватало, модуль тестировался в специальных условиях, например, в печах - 24 часа непрерывной работы при температуре 75°C.

Структурная схема модуля показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема модуля

Модуль полностью выполнен методом SMD-монтажа с двухсторонним расположением элементов (рис. 2). Размер платы 90x96x1,5 мм. Высота в сборе с батарейкой - до 21 мм, без батарейки - 13 мм. Электрический контакт обеспечивается двумя штыревыми разъёмами X1 и X2 по 20 точек на разъём. Механическое крепление осуществляется четырьмя винтовыми соединениями через пластиковые вставки по углам платы.

Рис. 2. Топология печатной платы модуля

В состав модуля входят:

• микроконтроллер SAF-C165-LF с тактовой частотой 20 МГц;
• 128 Кб статического ОЗУ TC551001 с низким уровнем энергопотребления для системных данных и технологической программы;
• 128 Кб FLASH ПЗУ AM29F010 для хранения системной программы и копии технологической программы;
• супервизор контроля питания LTC1235;
• трансивер LT1281A для последовательного порта RS-232;
• литиевая батарея габаритов R6/AA для хранения технологической программы в ОЗУ (опционально).

Системная программа хранится во FLASH ПЗУ и, в зависимости от того, как с помощью программного обеспечения (ПО) установлены биты в файле состояния программы пользователя, может автоматически загружаться в процессор при включении питания. Из 128 Кб программа пользователя может занимать 46 или 62 Кб, в зависимости от выбранного в ПО рабочего типа процессора.

Программирование модуля осуществляется через последовательный порт RS-232, при этом в качестве программатора может выступать любой IBM-совместимый компьютер с процессором i386 и выше. Скорость обмена выбирается в ПО и может составлять от 110 до 57600 бит/с.

Для визуального контроля состояния модуля на внешние индикаторы выводятся пять сигналов, которые показывают следующее:

• Питание (зелёный) - подаётся ли напряжение 5 В на модуль;
• Работа (зелёный) - находится ли модуль в состоянии РАБОТА;
• Форсаж (жёлтый) - есть ли форсажи в программе и запрещены или разрешены они;
• Разряд источника (жёлтый) - установлена ли литиевая батарея и достаточно ли её напряжение;
• Ошибка (красный) - находится ли модуль в состоянии ОШИБКА.

Кроме этого, при использовании процессорного модуля в сети с помощью интерфейсной платы PControl, действуют ещё два маленьких индикатора:

• Запись (зелёный) - идёт процесс передачи данных из модуля;
• Чтение (красный) - идёт процесс приёма данных в модуль.

Для работы с модулем в ПО используется язык релейно-контактных схем со следующими типами инструкций: битовые (6 шт.), таймеры и счётчики (6), сравнения (8), логики и перемещения (6), математические (14), управления выполнением программы (12), файловые (2), сдвига и шаговые (9), управления входами/выходами и сообщений (8), специальные (3). 1 Кбайт битовых инструкций выполняется за 1,6 мс, а, например, выполняемая логическая инструкция "И" - за 14,4 мкс.

Все внутренние и внешние (входные/выходные) характеристики полностью соответствуют заявленным характеристикам комплектующих и используются в полной мере.

Данный модуль применяется в контроллерах АСУ PControl производства фирмы НТБ. Также модуль используется с другими контроллерами АСУ, в целях их усовершенствования и модернизации, например:

• МикроДАТ МБ 57.0. Изготовитель г. Киев, Украина.
• PS2000. Изготовитель - VEB NUMERIK iUKARL MARXl. Karl-Marx-Stadt, DDR.
• УПУ-ТП. Изготовитель - НПО "ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА"

В этом случае к модулю поставляется переходная плата на выбранный контроллер для согласования логики работы внутренней шины контроллера и придания процессорному модулю необходимых размеров, чтобы избежать перемонтажа контроллера и внешних цепей. В собранном виде высота конструкции не превышает 25 мм и может быть установлена практически в любой контроллер.

Преимущество первого применения в том, что владельцы оборудования получают более дешевый, по сравнению с импортными, контроллер, не уступающий им ни в чем. ПО модуля выполнено российскими специалистами на русском, естественно, языке. Не следует забывать и о подробном комплекте русской документации, позволяющей легко самообучиться работе с процессорным модулем.

Преимущество второго применения в том, что замена самого уязвимого узла (МикроДАТ) или сразу нескольких узлов (PS, "Пенза") контроллера приводит к резкому улучшению его эксплуатационных характеристик. При этом снятые "родные" модули могут служить ремонтной базой для оставшихся немодернизированных контроллеров.

ПО процессорного режима работает как в режиме На-Связи (on-line) так и в режиме Вне-Связи (off-line) и обеспечивает удобный интерфейс и реализацию всех возможностей модуля. ПО и системная программа модуля поддерживают вышеуказанные контроллеры без каких-либо изменений.

Возможность создания переходных плат для разных контроллеров, а также добавление и в ПО поддержки новых видов контроллеров определяется только экономической целесообразностью.

Выполняя любые действия, связанные с обслуживанием электрической цепи, будь то монтаж/ремонт электропроводки или подключение электрического прибора, необходимо зафиксировать мощность нагрузки на сеть. Чтобы определить такой макропараметр электрической сети нужно наиболее точно установить значение потребляемой мощности всех и конкретно каждого из электрических приборов.

Виды электрической мощности

Электрическая мощность является общей физической характеристикой, которая описывает скорость передачи электрической энергии. Под мощностью электрического прибора подразумевают количество энергии, которое потребляет прибор за единицу времени.

Для более простого пояснения: мощность электроприбора - количественная величина потребляемой энергии, которую пользователь оплачивает в графе «за свет». Естественно, что потребляемая мощность от «стиралки» и телефонной зарядки разная и оплата количества энергии тоже отличается.

Перед проведением электромонтажных работ необходимо предварительно узнать тип сети электропитания. Распространёнными видами являются: бытовая 2-фазная сеть (220 В), 3-фазная промышленная сеть (380 В) с частотами 50 Гц.

С понятием мощности электроприбора очень тесно связаны такие категории, как фазность и среднеквадратичное значение напряжения, которое влияет на степень нагрузки сети. Специалисты различают два основных типа нагрузок: активные и реактивные.

1. Активная нагрузка: электрические приборы, которые превращают электроэнергию в тепловое излучение. Например, излучающие приборы (светильники, конвекторы, обогреватели), чайники, электрические плиты (но не индукционные) и т. д.
2. Реактивная нагрузка: электрические агрегаты и машины, которые превращают электричество в разнообразные механические виды энергии (вращение, поступательное движение). Эти приборы отличаются высоким током включения, который необходимо учитывать при расчёте мощности. Например, стиральные машинки, перфораторы, электродвигатели и т. п.

Существуют также другие высокотехнологичные приборы, которые совмещают в себе несколько типов нагрузок, например, электрические транспортные средства. Которые, в последнее время стали подключать к обычной розетке для зарядки.

Расчёт мощности на бумаге

Узнать потребляемую мощность электрического прибора можно с помощью тех. паспорта на изделие. Производитель обязательно указывает этот параметр для каждого прибора.

Что делать если документ на изделие отсутствует? Первым из способов измерения является расчёт «на бумаге».

Для этого достаточно посмотреть на «бирку» (обычно на задней/тыльной части прибора), в которой указаны следующие параметры:

• производитель и серийный номер прибора;
• входное напряжение;
• потребляемый ток;
• в качестве бонуса - потребляемая мощность.

Если последняя величина отсутствует, её можно рассчитать: достаточно умножить напряжение сети на потребляемый ток и получим потребляемую мощность активной нагрузки.

С реактивной нагрузкой немного сложнее! Обязательно необходимо знать коэффициент мощности и номинальную нагрузку (на бирке). Например, перфоратор мощностью 2 кВт с коэффициентом 0.85 имеет реактивную нагрузку: 2000/0.85=2352 Вт.

В современных магазинах продаются специальные ваттметры, которые мгновенно на дисплее отображают потребляемую мощность подключённого к сети прибора.

Усложняем электротехническую задачу: отсутствует или затёрлась информация с характеристиками прибора.

Выполняем следующие манипуляции:

• отключаем все приборы в квартире/доме;
• запоминаем начальное значение на дисплее электросчётчика;
• подключаем прибор на один час;
• отнимаем конечное от начального значение электросчётчика.

Получаем эмпирическое значение мощности потребления электрического устройства.

Токовые клещи и тестеры

Методика измерений характерна и для клещей и для тестера. Разница только в том, что мультиметр подключается в сеть, а токовые клещи заводятся за один из проводов питания прибора. Таким образом измеряем проходящий ток через прибор.

Во время проведения электрических работ необходимо помнить, что напряжение измеряется напрямую с помощью подключённых щупов в розетку. Потребляемый прибором ток измеряется через последовательное подключение к нагрузке тоже в розетку.

Зная значение напряжения сети и ток проходящий через измерительный прибор, можно с высокой точностью определить потребляемую мощность практически любого электрического устройства. Мощность равна произведению напряжения на силу тока.

Все пользователи электроприборов прежде, чем приобрести новое устройство, желают знать, как рассчитать потребляемую мощность. Это необходимо, чтобы спланировать нагрузку на домашнюю электросеть или конкретный источник питания. Также мощность – важнейший показатель для примерного расчета затрат на электроэнергию.

Формула для определения мощности

Первое, на что надо обратить внимание, – это паспортные данные приборов. Потребляемая мощность в ваттах может быть указана и на различных табличках, прикрепленных к устройствам.

Часто показатель мощности указывается в вольтамперах (В*А). Обычно это происходит, когда потребляемая прибором энергия имеет реактивную составляющую. Тогда обозначается полная мощность электрического устройства, а она измеряется в вольтамперах.

Но не всегда эта информация доступна. Тогда на помощь приходят простая формула и измерительные приборы.

Основная формула, с помощью которой ведется расчет потребляемой мощности:

P = I * U, то есть надо перемножить напряжение и ток.

Если в паспортных данных электроприбора нет мощности, но указан ток, то ее можно узнать по этой формуле. Допустим, устройство берет ток 1 А и работает от сети 220 В. Тогда P = U * I = 1 * 220 = 220 Вт.

Измерение мощности приборами

Если это обычный бытовой прибор, подключаемый в розетку, то питающее напряжение электрической сети известно – 220 В. При подсоединении к другим источникам питания берется их напряжение.

Сила тока может быть измерена:

• токоизмерительными клещами;
• используя тестер.

С помощью токоизмерительных клещей замеры проще, так как осуществляются бесконтактным способом на одном проводе, подходящем к нагрузке.

Существует два метода, как измерить мощность мультиметром:

1. Включить его в режиме измерения силы тока последовательно с электроприбором и затем рассчитать мощность по формуле. Этот способ не всегда подходит, так как может не быть возможности разорвать цепь питания устройства для подключения мультиметра;
2. Подсоединить мультиметр к устройству в режиме измерения сопротивления и затем определить ток по формуле I = U/R, зная напряжение. Затем посчитать мощность.

Важно! Если измеряется сила тока бытовых электроприборов, то тестер устанавливается на измерение переменного тока.

Измеритель мощности

Проблема точного расчета энергопотребления телевизора или дисплея компьютера сводится к качеству сборки экрана, энергосберегающим функциям и к шаблонам использования оборудования конкретным пользователем. Хороший способ точно узнать потребление конкретного электроприбора – использовать специальный ваттметр для измерений мощности бытовых устройств.

Этот измерительный прибор является недорогим, но безопасным и эффективным средством определить потребляемую мощность. Ваттметр подключается непосредственно в розетку, а затем в его розеточный вход включается электроприбор.

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Для того чтобы узнать мощность электроприбора, пользуясь счетчиком, надо отсоединить от сети все остальные устройства и посмотреть на счетчик:

1. Есть электронные приборы учета, которые сразу показывают, какова потребляемая мощность. Для этого надо просто воспользоваться соответствующими кнопками, найдя активную мощность;
2. В других электросчетчиках мигающий индикатор позволяет подсчитать количество импульсов. Например, сосчитав их за 1 минуту, надо умножить полученную цифру на 60 (получится количество импульсов за час). На приборе должно быть указано значение imp/kW*h (3200 или другая цифра). Теперь количество импульсов за час делится на imp/kW*h, и получается мощность электроприбора;
3. Если установлен индукционный счетчик, мощность рассчитывается в несколько этапов.

Расчет мощности потребления с помощью индукционного счетчика:

• нужно найти на табло счетчика цифру, указывающую число оборотов диска, совершаемых за 1 кВт ч;
• с помощью секундомера отсчитать, сколько вращений диск совершит за 15 секунд (можно взять и другой временной промежуток);
• вычислить мощность по формуле P = (3600 x N х 1000)/(15 x n), где n – коэффициент, найденный на счетчике, N – сосчитанное число вращений диска, 15 – временной промежуток в секундах, который может быть представлен другой цифрой.

Пример. За 15 секунд диск совершил 5 вращений. Передаточный коэффициент электросчетчика – 1200. Тогда мощность будет равна:

P = (3600 x 5 х 1000)/(15 х 1200) = 1000 Вт.

Очевидно, что мощность приборов, рассчитанных на малое потребление, измерить, пользуясь индукционным счетчиком, почти невозможно. Слишком большая погрешность измерения. Если диск вращается очень медленно, невозможно корректно учесть часть оборота. На электронном счетчике результат будет немного точнее.

В сети существуют калькуляторы для расчета мощности, куда в соответствующие окна надо ввести значения токов и напряжений и получить высчитанное значение мощности. Иногда в поле калькулятора достаточно обозначить название электроприбора. Другой вариант – воспользоваться таблицами, где указаны средние значения потребляемых мощностей для различных электроприборов.

Потребляемая энергия

Потребляемая энергия тесно связана с мощностью. Она рассчитывается, исходя из мощности прибора, умноженной на время его работы. Это именно тот показатель, по которому судят о потребительских расходах на электроэнергию. Точное значение израсходованной мощности во всей квартире или доме за определенный временной промежуток укажут данные счетчика. Для того, чтобы продумать способы уменьшения этого расхода, служат замеры мощности конкретных электроприборов.

Способы экономии электроэнергии:

1. По возможности постараться не использовать старые модели холодильников, телевизоров и других бытовых электроприборов, которые рассчитаны на значительно большее потребление;
2. Заменить лампы накаливания на люминесцентные, а еще лучше – на светодиодные. Для сравнения: средняя лампа накаливания потребляет 60 Вт, люминесцентная – 15 Вт, а LED лампа – всего 8 Вт. При использовании 5 ламп разного типа в течение 3-х часов в день получается суточный расход: лампы накаливания – 0,900 кВт ч, люминесцентные – 0,225 кВт ч, LED лампы – 0,120 кВт ч. Экономия значительная;

Важно! Низкая мощность энергосберегающих ламп не означает плохого освещения. Их яркость практически соответствует более мощным аналогам ламп накаливания.

1. Большинство дисплеев телевизоров и компьютеров потребляет от 0,1 до 3 Вт электроэнергии, даже находясь в спящем режиме. Поэтому важно отключать их от сети, когда приборы не используются длительное время.

Методы расчета мощности при помощи измерений тестером дадут величины приблизительные из-за недостаточного учета реактивного мощностного показателя в электросетях переменного тока. Самым точным является измерение потребляемой мощности ваттметром для бытового пользования.

Видео

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью измеряют ток I в цепи, а с помощью измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – . Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

U л – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.