English version

Wattmetr (mě?i? ?inného st?ídavého vykonu)

     úvod: Wattmetr je jedním z d?le?itych mě?ících p?ístroj?. Umo?ňuje změ?it ?inny elektricky vykon (p?íkon). Zji?tění skute?ného vykonu nelze ve st?ídavych obvodech provést pouhym vynásobením st?edních ani efektivních hodnot změ?eného proudu a napětí, proto?e ú?iník (pop?. ?initel plnění) vět?inou není roven jedné. Je nutné pou?ít mě?idlo, které pr?bě?ně mě?í okam?ity proud i napětí, násobí je a vytvá?í st?ední hodnotu. Analogové (ru?kové) p?ístroje to dělají elektromechanicky pomocí proudové cívky (pevné) a napě?ové cívky (pohyblivé s ru?kou). Magnetická síla p?sobící mezi cívkami je toti? rovna sou?inu intenzit magnetickych polí a tím i proud? cívkami. Ru?kové wattmetry ale nejsou p?íli? dostupné, nemě?í s moc velkou p?esností a to je?tě v dost malém rozsahu.
     Elektronicky wattmetr: Rozhodl jsem se tedy vydat elektronickou cestou a postavit elektronicky wattmetr s analogovym snímáním a digitálním zobrazením. Zobrazení hodnoty vykonu zaji??uje digitální multimetr, ktery lze dnes koupit pod 100K?, a proto nemá smysl stavět vlastní digitální voltmetr. Je mo?né pou?ít i panelovy digitální voltmetr nebo bě?ny ru?kovy p?ístroj. Okam?ité napětí je snímáno pomocí napě?ového děli?e. Proud je snímán pomocí bo?níku. Hodnoty napětí a proudu jsou potom vynásobeny analogovou násobi?kou AD633. Vystup poskytuje napětí úměrné okam?itému vykonu. Pro získání st?edního vykonu je nutné toto napětí je?tě vyfiltrovat RC filtrem.
     Největ?í záludností obvodu je právě provedení analogového sou?inu dvou napětí, které není a? tak triviální zále?itostí, jak by se mohlo zdát. Nabízí se mo?nost násobení pomocí opera?ních zesilova?? a p?echod? diskrétních diod nebo tranzistor?, které mají exponenciální charakteristiku. Pracují na principu zlogaritmování obou napětí, se?tení a následném odlogaritmování. P?esnost ale není p?íli? velká, jsou zde problémy s kalibrací, obrovskou teplotní závislostí a s rozdíly mezi jednotlivymi kusy tranzistor? nebo diod. Proto jsem tuto variantu zavrhl. Dal?í mo?nost je pou?ití pulzně-?í?kové násobi?ky, ale toto ?e?ení je také dosti krkolomné. Je?tě vět?í komplikace potom nastává, kdy? je nutno pracovat s oběma polaritami proudu i napětí (?ty?kvadrantově). Proto jsem se rozhodl pou?ít specializovany integrovany obvod AD633 (konkrétně AD633JN v klasickém pouzd?e DIP8), co? je ?ty?kvadrantová analogová násobi?ka s diferenciálními vstupy a p?esností 2%. Více info viz datasheet AD633. Pozor, SMD verze má jiné rozmístění vyvod?! Vystupní napětí je dáno funkcí:
w = (x1-x2) * (y1-y2) : 10V + z
Chtěl jsem vyzkou?et také obvod MPY634 s p?esností 0,5%, ale ten se mi nepoda?ilo sehnat. Maximální rozsah napětí, p?i kterém obvod AD633 funguje p?esně, je +/- 10V. Tomu musí odpovídat obě vstupní napětí. Obvod je nutno dimenzovat na amplitudu proudu i napětí, nikoliv pouze efektivní hodnotu. U sí?ového napětí tedy po?ítáme s 325V, nikoliv pouze 230V. Jako nejvhodněj?í se ukázal děli? s poměrem 1:40, ktery umo?ňuje pracovat s napětím do 400V. Napětí bo?níku byvá men?í ne? napětí z děli?e, a proto je p?ipojeno na vstup Y, ktery má vět?í p?esnost.
     Zapojení jednoduchého wattmetru: Na obr. 1 je zapojení nejjednodu??ího sí?ového wattmetru s AD633 s jedním rozsahem. Proud je snímán pomocí bo?níku. Pokud po?adujeme vystupní signál s p?epo?tem 1mV/1W a děli? je 1:40, tak vychází hodnota bo?níku 0R4. Maximální efektivní proud wattmetrem je dán jeho max. povolenou ztrátou. Pro bo?ník 40W je max. trvaly proud 10A. Max. mě?eny vykon je tedy 2300W pro ideální odporovou zátě?, pro jiné zátě?e musí byt men?í. Dal?ím omezením je max. vstupní napětí násobi?ky 10V, tak?e max. ?pi?ková amplituda proudu musí byt do 25A. Kalibrace se provede nastavením P1 dle známé zátě?e. Sou?et hodnot P1 a R1 bude cca 390k a dělící poměr 1:40. Pokud nelze nastavit správnou hodnotu, změňte R1. Vstupy násobi?ky jsou chráněny p?ed p?epětím pomocí zenerek 12V. Napájecí napětí +/- 15V je sra?eno kapacitně ze sítě a stabilizováno pomocí zenerek 15V. V kombinaci s bě?nym multimetrem s rozli?ením na 0,1mV získáme wattmetr s rozli?ením na 0,1W. Vyu?ijeme rozsahy 200mV, 2V p?ípadně 20V, kde bude vykon zobrazen p?ímo ve wattech (1mV = 1W), nebo kilowattech (1V = 1kW).

     Pozor! Cely obvod v?etně jeho vystupu pro multimetr (voltmetr) je galvanicky spojen se smrtelně nebezpe?nym sí?ovym napětím. Je pot?eba s ním zacházet odpovídajícím zp?sobem. Obvod je nutné vhodně jistit pojistkou nebo jisti?em pro omezení rizika po?áru. V?e děláte na vlastní nebezpe?í. Za va?e újmy neberu ?ádnou zodpovědnost.


Obr. 1 - Schéma zapojení jednoduchého wattmetru.


AD633JN v pouzd?e DIP8


První experimenty s wattmetrem


Prototyp wattmetru.


Wattmetr na desce.


Video - testování Wattmetru



P?idáno: 7. 3. 2011
zpět na hlavní stránku
手机捕鱼游戏