V tomto článku o lacných digitálnych panelových meračoch sa pozrieme na merače určené pre merania striedavých napätí a prúdov. Niektoré z nich vedia počítať a zobrazovač aj odoberaný výkon, spotrebu energie a frekvenciu. Vysvetlíme si princíp na akom fungujú, a aké jednoduché je ich používanie.

Tento článok opisuje niekoľko malých zástavbových meradiel, ktoré sú určené na meranie striedavých napätí a prúdov. Merače sú  navrhnuté tak, aby boli napájané priamo z toho istého zdroja používaného na meranie napätia. Nie je teda potrebný žiaden ďalší samostatný zdroj napájania. Pri ich montáži je avšak dôležité zabezpečiť všetky pripojenia dokonalou izoláciou prívodných vodičov, nakoľko je prítomné nebezpečné sieťové napätie. Vieme, že merače jednosmerného prúdu merajú prúd meraním poklesu napätia na veľmi malom odpore prúdového bočníka. Naproti tomu AC merače zvyčajne merajú prúdy pomocou špeciálneho druhu transformátora - prúdový transformátor. Tento spôsob zabezpečuje meranie bez potreby prerušenia meraného obvodu - vodiča a galvanicky izoluje meradlo.

Prúdový transformátor

Jedna z veľkých výhod striedavého napätia v porovnaní s jednosmerným napätím, ako to prízvukoval Nikola Tesla a zdôraznil to aj George Westinghouse pred vyše 120 rokmi je to, že pri použití striedavého napätia môžete použiť transformátory na zvýšenie, alebo na zníženie napätia až na úroveň, ktorá najlepšie vyhovuje vaše účely.

To znamená, že pri napájaní striedavým prúdom môže byť výsledné napätie zvýšené ať na státisíce voltov čo umožňuje zníženie strát pri jeho prenose na veľké vzdialenosti. Následne je možné toto napätie transformovať na napätie oveľa nižšie ako 230V resp 115V, čo je v podstate napätie používané v domácnostiach, továrňach či kanceláriách. Samozrejme, ak transformátor zvyšuje napätie, tak znižuje prúd a naopak. Toto je splatné k zachovaniu energie (tj súčin napätia a prúdu pri výstup musí byť podobný ako na vstupe). Ak sa teda zvýši napätie o faktor N, prúd sa zníži rovnakým faktorom, a ak je napätie znížená o N, prúd je posilnený rovnakým faktorom. (Toto je oveľa ťažšie robiť s jednosmerným napätím; vo všeobecnosti to znmená premenu jednosmerného napätia na striedavé napätie).

Funkcia prúdového transformátora. Sekundárne vinutie by malo mať nízku impendanciu, inak bude generovať veľmi vysoké napätie ak by tiekol striedavý prúd  v primárnom vinutí (vodiči).

Prúdový transformátor funguje na princípe, ako je znázornené na obrázku vyššie. Pozostáva z toroidného magnetického jadra, ktoré je zvyčajne vyrobené buď z kremíkovej ocele alebo feritu, cez ktorého stredom prechádza vodič nesúci prúd, ktorý sa má merať. Tento vodič efektívne tvorí s prúdovým transformátorom jednootáčkové primárne "vinutie". Mnoho závitov oveľa tenšieho vodiča je navinutých okolo toroidného jadra tak, aby sa vytvorili sekundárne vinutie prúdového transformátora. Takže pomer otáčok je 1:N, kde N je počet sekundárnych závitov. Pri pomerne hrubom stredovom - primárnom vodiči preteká prúd tvoriaci primárne vinutie prúdového transformátora, toto produkuje striedavé magnetické pole smerom na jeho jadro. V dôsledku toho striedavé napätie je indukované v sekundárnom vinutí prúdového transformátora, ktoré poskytuje striedavý prúd N-krát menší ako ten, ktorý preteká primárnym vodičom (za predpokladu, že je pripojený na nízkoimpedančnú záťaž). Ilustruje to vzorec vpravo hore na obrázku vyššie, súvisiaci sekundárny aktuálny IS na primárny prúd IP. Ak má teda prúdový transformátor napríklad sekundárne vinutie o počte 1000 závitov a prúd pretekajúci primárnym vodičom je 50A, tak sekundárny prúd bude 50mA (50A ÷ 1000). Výhodou používania prúdového transformátora je stabilný transformačný pomer, čo pomáha zabezpečiť presnosť merania, ako aj vysoký stupeň elektrickej izolácie. Hlavnou nevýhodou je, že "primárny" vodič musí byť prestrčený stredom jadra transformátora - ale zas na druhej strane ho netreba prerušovať.

Jedným zo spôsobov, ako toto obmedzenie obísť, je mať delené jadro prúdového transformátora  - na dve polovice. Ale to pridáva na význame - náklady, ako aj je malé zníženie účinnosť konverzie  (kvôli nevyhnutnosti vzduchovéj medzery).

Merač AD16-22FVA

AD16-22FVA ponúka hneď dve výhody - je to  fyzicky najmenší merač a tiež ponúka veľmi dobrú cenu. Ako môžete vidieť z fotografie, je pomerne malý a meria len 31 mm na širku, 31 mm na výšku a 56 mm na hĺbku. Za prednou štvorcovou zobrazovacou časťou, je valcové telo, ktoré je uspôsobené pre montážny otvor s priemerom 22 mm pre montáž na panel. Dodáva sa s plastovou "maticou", ktorá umožňuje meraciemu prístroju byť pevne upevnený k panelu. Prúdový transformátor je samostatný a je pripojený k neradlu pomocou dvoch vodičou s konektorom. Dĺžka prípojných vodičov prúdového transformátora má dĺžku takmer 180 mm vlastný prívod merača je dlhý 100 mm. AD16-22FVA má dva 3-miestne 7-segmentové LED displeje. Výľkosť číslic displeja je 7 mm čo považujem za také optimum. Merač je k dispozícii v piatich farebných verziách displeja, s červenou, modrou, zelenou, žltou alebo bielou farbou displeja. Všetko tieto verzie sa líšia len tým, že majú rôzne farebné filtre pred rovnakým bielym LED displejom. Rozsah merania napätia všetkých verzií je 60-500V AC, pričom prúdový rozsah je 0-100A. Merač AD16-22FVA je veľmi jednoduchý nastaviť a používať, ako môžete vidieť z obrázku nižšie. Jediné, čo musíte urobiť, je prevliecť jeden vodič z napájacieho vedenia cez stred prúdového transformátora a potom pripojíte napájacie svorky merača do rovnaký zdroj striedavého prúdu. Merač AD16-22FVA sa predáva na stránkach AliExpress o cene od 4€ (vrátane prúdového transformátora). Parametre boli overené s mojím referenčným meradlom a s použitím elektrického olejového ohrievača pripojeného ako záťaž. Namerané hodnoty napätia boli o 0,2 % nižšie a prúdové hodnoty, ktoré boli o 0,94 % nižšie, v porovnaní s Agilent U1251B. Takže AD16-22FVA je síce malý, ale jeho výkon je celkom slušný. Priznám sa, že som našiel ten malý 3-ciferník zobrazuje sa trochu ťažko čitateľný. Narazil som pri tomto meradle na jav, čo mi potvrdilo hneď niekoľko ľudí, že meradlo nemeria prúd od nuly, ale že sa "chytne" až pri prúde 600mA, ale myslím si, že pri tejto cene, je to zbytočne nejako riešiť. Ale pri menej ako 4€, to stále predstavuje vynikajúcu voľbu.

Jeden z napájacích vodičov zo striedavého prúdu zdroj k záťaži prechádza cez prúdový transformátor (na polarite pripojenia nezáleží), zatiaľ čo ďalšie dva vodiče sa pripájajú cez zdroj.

Merač AD16-22FVA - klikni (Aliexpress)

Merač DL69-2042

Okrem samostatného prúdového transformátora, DL69-2042 vyzerá takmer identicky ako DC merač DSN-VC288 (DC merače budú v samostatnom článku). Je to trochu väčší ako model AD16-22FVA. Má 80 mm široku, 42 mm výšku a 48 mm hĺbku. Zasúva sa do obdĺžnikového otvoru 75 x 39 mm a je tým pádom určený pre montáž na panel. DL69-2042 má dva 4-miestne 7-segmentové LED displeje, oba s číslicami 10 mm vysoký. Zobrazenie voltov je na vrchnom displeji, s červeným filtrom, pričom prúdový displej je dole so zeleným filtrom. Tento merač má rozsah meraného napätia 80 - 300V, aj keď je k dispozícii vaianta s rozsahom 200-450V. V oboch prípadoch je prúdový rozsah  0-100A. Udávaná presnosť meradla je ±1 %, ±2 číslice pre napätia a prúdy. Merač je predávaný na webových stránkach Aliexpres za cca 14€ (s poštovným) opäť vrátane prúdového transformátora, tj asi štyrikrát vyššia cena ako u AD16-22FVA. Aj tento merač bol overený pomocou toho istého "skúšobného vybavenia" ako predtým. Hodnoty napätia boli len o 0,2% vyššie, zatiaľ čo hodnoty meraného prúdu boli vyššie o 2 %. Toto bolo v rámci špecifikácií na prúdovom rozsahu (asi 6A). Rovnako ako AD16-22FVA, tak aj DL69-2042 sa používa a inštaluje pomerne jednoducho, ako vidíte z obrázku nižšie. Opäť všetko, čo musíte urobiť, je prevliecť jeden z pripojených vodičov záťaže cez stred prúdového transformátora, potom pripojte napätie merača vstupné svorky k rovnakému zdroju napájania. Svorkovnice pre pripojenie prúdového transformátora a V_IN sú na zadnej strane merača. Väčšie číslice robia  DL69- 2042 lepšie čitateľným ako AD16-22FVA, zatiaľ čo 4-miestne zobrazenie poskytujú vyššie rozlíšenie. Takže toto mearadlo poskytuje dobrý pomer cena / výkon a aj pri jeho vyššej cene, preto je to dobrá voľba.

Rovnako ako predošlé meradlo, tak aj toto je veľmi jednoduché na pripojenie a obsluhu.

Merač DL69-2042 AC - klikni (Aliexpress)

Merač PZEM-061

Tento merač striedavého prúdu PZEM-061 vyzerá trochu povedome, pretože okrem sprievodného prúdového transformátora, vyzerá takmer identicky ako merač PZEM-051 DC (DC merače budú v samostatnom článku). Je to aj preto, že ho vyrába ten istý výrobca, Ningbo Peacefair Electronic Technology, v čínskej provincii Zhejiang. Rovnako ako Peacefair DC meter, prichádza v obdĺžnikovom puzdre v rozmeroch 90 mm široka, 50 mm výška a 25 mm hĺbka, a navrhnuté na prichytenie do obdĺžníkového otvoru o veľkosti 87 x 46 mm. Tak ako DC meter, má tiež LCD displej pre zobrazenie nameraných veličín s rozmermi 50 x 30 mm s modrým LED podsvietením a hlavné číslice sú vysoké cca 6,5 ​​mm. Okrem napätia a prúdu, zobrazuje aj zodpovedajúcu úroveň výkonu a spotrebovanú energiu. Všetky tieto parametre sú zobrazené pomocou štyroch číslic (pozri obrázok vyššie). Rozsah merania napätia je 80-260V a prúdový rozsah 0-100A. Rozsah výkonu je 0-22 kW. Údaje o výkone nižšie ako 1 kW sa zobrazujú v rozmedzí 0,0-999,9W, údaje pre výkon 1 kW a 10 kW sa zobrazujú 1000-9999W a hodnoty pre úrovne výkonu nad 10 kW sú zobrazené ako 10,0-22,0 kW. Rozsah spotrebovanej energie je 0-9999 kWh (kilowatthodiny). Hodnoty pod 10 kWh sa zobrazia ako 0-9999Wh a hodnoty nad 10kWh sa zobrazia ako 10-9999 kWh. V strede na prednom paneli má merač malé zapustené tlačidlo, ktoré umožňuje zapnutie alebo vypnutie podsvieteniae, resetovanie úrovene spotreby energie, napríklad na spustenie nového merania, alebo ním nastavíte prah alarmu úrovne výkonu na úroveň medzi 0,0 a 22,0 kW. PZEM-061 má takisto celkom jednoduché použitie a aj inštaláciu, ako môžete vidieť na obrázku nižšie. Aj tu platí, že je potrebné prevliecť jeden z vodičov smerujúcich do záťaže stredom prúdového transformátora, a potom pripojíte vlastné napájanie merača vedúce k rovnakému zdroju energie. Štvorvstupá svorkovnica je na zadnej strane merača. Merač je predávaný na webových stránkach Aliexpres za cca 14€ (s poštovným). Menovitá presnosť merania PZEM-061 je ±1 %,. Samozrejme aj tento merač bol skontrolovaný a hodnoty nameraného napätia boli o 0,21 % vyššie, zatiaľ čo hodnoty nameraného prúdu boli vyššie o 0,05 %. Namerané hodnoty sú v rámci špecifikácií, teda výsledok je veľmi slušný. Údaje o výkone a energii boli tiež presné - prekvapuje ma ako sa tieto hodnoty počítajú pomerne presne z nameraných hodnôt napätia a prúdu. Aj keď sú zobrazené číslice iba o výške 6,5 ​​mm, s modrým LED podsvietením robí ich celkom ľahko čitateľnými. Takže stručne povedané, PZEM-061 dosahuje vynikajúci pomer výkonu a ceny.

Princíp pripojenia meradla PZEM-0601

Merač PZEM-061 - klikni (Aliexpress)

Merač D69-2058

Posledný AC merač, na ktorý sa pozrieme, je multifunkčný merač D69-2058. Tento je o niečo menší ako predchádzajúci model PZEM-061 so šírkou 80 mm, výškou 42 mm a hĺbkou 47 mm, ale zobrazuje celkom šesť parametrov merania: napätie, prúd, výkon, sieťová frekvencia, spotreba a účinník (viď fotografia vyššie). D69-2058 má LCD displej s číslicami vysokými približne 6,5 mm a je dosť jasný, takže všetky parametre sú ľahko čitateľné. Displej pre napätie má štyri číslice a pokrýva rozsah 80-300V (merač si môžte prípadne objednať s rozsahom 200-450 V). Prúdový rozsah 0-99,99A je s minimálnym rozlíšením 0,01A. Výkon je možné zobraziť v celom rozsahu 0-9999,9W, s deklarovanou presnosťou 0,1W. Je možné zobraziť sieťovú frekvenciu v rozsahu 45-65Hz. Spotrebu energie je možné zobraziť v celom rozsahu od 0-999999kWh a s rozlíšením 0,01 kWh. Nakoniec účinník sa zobrazuje ako 0,00-1,00. Deklarovaná presnosť D69-2058 pre napätie a prúd je ±1 %, ±2 LSD (najmenej významné číslice). Merač je predávaný na webových stránkach Aliexpres za cca 18€ (s poštovným). D69-2058 sa používa a inštaluje rovnako jednoducho ako každý z ostatných meračov striedavého prúdu, ako je to vidieť na obrázku nižšie. Jeho namerané hodnoty napätia boli vyššie o 0,22 %, kým hodnoty prúdu boli nižšie o 0,22 %. Takže hodnoty výkonu by mali byť veľmi blízko k reálnej spotrebe.

Princíp pripojenia meradla D69-2058

Merač D69-2058 - klikni (Aliexpress)

Zhrnutie

Všetky tieto striedavé panelové merače fungujú dobre a ponúkajú vynikajúcu úžitkovú hodnotu za vaše peniaze. Na mňa urobil najväčší dojem D69-2058, ktorý má nielen najväčší počet parametrov merania, ale má aj najčitateľnejší displej. Ak teda potrebujete multifunkčný merač striedavého napätia a prúdu napríklad na orientačnú kontrolu chodu domácnosti, spotrebičov alebo merať odber vašej dielne, či strojov v nej, je to skvelá voľba.