Испытания измерителя мощности электрической энергии МТ4011

В.В. Нюбин

В рекламе прибор называется бытовым счетчиком электрической энергии. Счетчик измеряет энергию, потребляемую нагрузкой, и показывает мощность до 3600 Вт с абсолютной погрешностью 2 Вт, а также напряжение сети и ток до 16 А. Минимальные показания мощности 1 Вт, тока 0.01 А, напряжения 1 В.

Первые включения показали некоторое несоответствие ожиданиям, поэтому были проведены испытания прибора при включении в сеть с напряжением 220 В. При испытаниях использовался вольтметр Э59 кл. 0.5 (пределы измерения напряжения 75…600 В), амперметр Э59 кл. 0.5 (пределы измерения тока 0.25…1 А), ваттметр Д529 кл. 0.5 (пределы измерения тока 0.25…0.5 А, напряжения 75…600 В, мощности 18.75…300 Вт).

В качестве нагрузки использовались:

• лампа накаливания мощностью 100 Вт [коэффициент мощности P/(UI) = cosφ = 1];
• люминесцентная лампа мощностью 36 Вт с дросселем 1УБИ-40/220 [P/(UI) ≈ cosφ ≈ 0.5];
• дроссель 1УБИ-40/220 [P/(UI) = cosφ ≈ 0.1];
• компактная («энергосберегающая») люминесцентная лампа 3U20W с интегрированным электронным пуско-регулирующим аппаратом (на входе стоит выпрямитель и сглаживающий конденсатор, P/(UI) = 0.54);
• компьютер с монитором на электронно-лучевой трубке (на входах блоков питания стоят выпрямители и сглаживающие конденсаторы, P/(UI) = 0.67);
• светодиодная лампа мощностью 8 Вт в трубке длиной 600 мм и диаметром 25 мм (предназначена для замены люминесцентных ламп); трубка обозначается Т8, в торговой сети и сами лампы обозначаются Т8 (лампа имеет на входе пассивный корректор коэффициента мощности, P/(UI) = 0.61)].

Результаты испытаний приведены в таблице. При испытаниях в сеть с регулируемым напряжением включались контрольные приборы, после них МТ4011, в розетку МТ4011 – нагрузка (Рис. 1). Компьютер с монитором работали без регулировки напряжения. При первом включении с постепенным повышением питающего напряжения выяснилось, что прибор начинает работать при напряжении большем 180 В. В отсутствие нагрузки и прибора МТ4011 ваттметр показывает мощность, потребляемую контрольными приборами; при включении ваттметра по Рис. 1 эта мощность равна 0.3 Вт, при включении потенциальной цепи ваттметра на выход схемы включения приборов мощность возрастает до 2.6 Вт. Включение прибора МТ4011 показаний контрольных приборов заметно не меняет. Ток питания МТ4011, измеренный мультиметром, равен 30 мА. Очевидно, питание этого прибора построено по схеме с емкостным балластом, а активная мощность при этом невелика.

Точность счетчика энергии не проверялась.

Рисунок 1. Схема измерений.

При включении прибора МТ4011 и нагрузки меньшая погрешность показаний для прибора МТ4011 получается при измерении мощности – абсолютная погрешность не превышает 2 Вт. Погрешность измерения напряжения не превышает +5%, что допустимо для бытового прибора, хотя она могла бы быть на уровне 1…2%, характерных для дешевых мультиметров М830. Однако для тока приемлемые показания получаются лишь для активной и линейной нагрузки (лампа накаливания). Для активно-индуктивной нагрузки (люминесцентная лампа с дросселем) ток занижен более, чем в два раза (погрешность –56 %). Для активной и нелинейной нагрузки (компактная люминесцентная лампа, компьютер, лампа Т8) ток занижен на 35…47 %. Для индуктивной нагрузки (дроссель) ток занижен на 87 %! Во всех случаях ток точно равен отношению измеренной мощности к измеренному напряжению (отношение приведено в скобках в графе тока).

Как показало вскрытие прибора МТ4011, для счета энергии прибор МТ4011 содержит синхронизированные кварцем часы с точностью хода около 1 мин за неделю. Достаточная точность измерения мощности обеспечивается применением преобразователя мощности в частоту ADE7755. Для этой микросхемы в [1] приводится погрешность преобразования, в большинстве случаев не превышающая 0.3%, и лишь в одном случае достигающая 7%. При этом мощность должна точно измеряться для тока и напряжения несинусоидальной формы с гармониками, частота которых не превышает 14 кГц (280 гармоник!) и для всех значений коэффициента мощности: «This scheme correctly calculates active power for nonsinusoidal current and voltage waveforms at all power factors» (цитата из [1]). В другом месте [1] еще раз указывается, что правильно должен учитываться коэффициент мощности (при условии, что частота гармоник не превышает 14 кГц): «The power factor calculation previously shown is accurate in the case of a pure sinusoid; therefore, the harmonic active power must also correctly account for the power factor because it is made up of a series of pure sinusoids».

Очевидно, напряжение в приборе МТ4011 измеряется иным образом, видимо, через измерение средневыпрямленного или амплитудного значения напряжения, а ток для любой нагрузки находится абсурдным образом – вычисляется делением мощности на измеренное напряжение.

Таким образом, прибор МТ4011 удовлетворительно измеряет все параметры лишь активной и линейной нагрузки. Для нагрузки с коэффициентом мощности 0.1…1 удовлетворительно измеряются мощность и напряжение питания, ток нагрузки занижается на 35…56% при коэффициенте мощности 0.4…1 и на 87% при коэффициенте мощности 0.14.

Литература

1. http://www.datasheetarchive.com/ADE7755-datasheet.html