自製家用數位瓦時計

yzu_master

家中電費一直居高不下,除了電鍋微波爐冷氣外還有儲熱型電熱水器...
一開始用插座型電力計,針對插頭的電器監控耗電,但是每次只能對單一電器感覺不夠全觀,萌生自製數位電力電表的念頭.

開始找現成的東西開始組裝
交流電壓電流功率因數電能通信模組+ESP-01S (ESP8266EX Wi-Fi SoC)
STM32單晶片 +  Tcp&updDebug Software.


實際組裝圖.


將收到的資料匯入Excel繪成圖表.



但有兩個疑問需要高手解惑一下
1.電流互感器只接220V其中一條,這樣接對嗎? 正確接法應該是?
2.所記錄到的跟台電的瓦時計有誤差
交流電壓電流功率因數電能通信模組紀錄的是20690Wh約20度,但實際台電電表只有14度.
是問題一造成的,還是量測設備的誤差?

savege

量測到的電流是複數電流非實數電流（實功電流）

duke83

請參考瓦時計的接線與測量方法。


也就是火線 A 的電壓電流再加上火線 B 的電壓電流之總和才是真實用戶功率。
還有電壓表與 CT 電流表都要校正過，這種開口式的 CT 我用過其實是非線性的不適合這裡的應用。

需使用兩組電壓電流模塊或用這種工業用表頭，擷取 RS-485 上的資料來紀錄與分析。

windata

如二樓說的，自己量到是包含虛功
https://makerpro.cc/2018/11/figu ... r-and-power-factor/

代表你的家電有『沒PFC修正』的電路
常見的有
1.日光燈
2.電扇
3.抽水馬達

修正方法
1.有良好PFC修正的交換電供(例如電腦的電供)
2.並聯電容(舊日光燈可以並聯電容修正很多，非常多)

https://www.edntaiwan.com/20171113ta01-pfc-save-power-money/

如果你不考慮幫台電省電的話，也可以修正你的量測設備，來準備量出實功

yzu_master

savege 發表於 2020-10-31 02:34 PM
量測到的電流是複數電流非實數電流（實功電流）

所以是複數電流乘上功率因數就接近時供電流?

yzu_master

duke83 發表於 2020-10-31 02:58 PM
請參考瓦時計的接線與測量方法。

以目前的設備跟接法,假設冰箱是在另一路110V上,我量測到冰箱的耗電跟實功到底差多少?
我的問題是,我懷疑冰箱過於老舊過於耗電,想要把它換掉,我有誤會它嗎?
220V的冷氣是不是就是實際功耗?

另外,雖然是念電機科系但是看到那麼粗的電源線一點都不想碰(拆裝),所以選可以開合扣的CT.

yzu_master

windata 發表於 2020-10-31 02:59 PM
如二樓說的，自己量到是包含虛功
https://makerpro.cc/2018/11/figure-out-reactive-power-real-power-appa ...

感謝,增長知識了.
PFC修正的電路不是賣家電的應該要做的事嗎?
感覺很難一一拆開電器加電容,也不知並多少容值.

ysc

yzu_master 發表於 2020-10-31 08:34 PM
感謝,增長知識了.
PFC修正的電路不是賣家電的應該要做的事嗎?
感覺很難一一拆開電器加電容,也不知並多少 ...

因為無法確保所有負載功率因素都是100%，所以計算耗電功率要把功率因素考慮進去，也就是您做的用電統計系統必須要能夠計算功率因素，計算出的耗電度數才會準確，您目前的架構只能統計VA，沒辦法算出真實耗電KWH。

以一般23W省電燈泡為例，功率因素大約都在0.5附近，以VA計算大約46VA，實際上反映在電表上則是23W。

一般家用單三電表只會計算實功W，耗電較大的三相用戶則會多一個無效表，依此可以計算出功率因素，功率因素低於80%會罰錢，高於80%則有回饋優惠。

功率因素是從電壓、電流波形角度計算出來的，電阻性負載電壓電流完全同步，功率因素為1.00，電感類負載電流波形落後於電壓，落後越多功率因素越差，電容性負載則是相反，電流波形超前於電壓波形。

相同瓦數的負載，功率因素1.00時，電流最小，功率因素越差電流越大，相同的電線與配電變壓器，負載功率因素越低設備麗玥率越差，當負載功率因素為0.5時，10KVA的變壓器只能傳送5KW的電力。

總之，直流電路計算功率才能直接將 V、A 相乘，交流電路則還要乘上 COSθ，也就是功率因素。

ysc

yzu_master 發表於 2020-10-31 08:34 PM
感謝,增長知識了.
PFC修正的電路不是賣家電的應該要做的事嗎?
感覺很難一一拆開電器加電容,也不知並多少 ...

家電功率因素是家電廠該考慮的沒錯，但目前法令並沒有嚴格到每種電器功率因素都必須做到100%，甚至還有很多負載並沒有考慮功率因素改善，所以測量交流負載耗電一定要把功率因素考慮進去。

windata

yzu_master 發表於 2020-10-31 08:34 PM
感謝,增長知識了.
PFC修正的電路不是賣家電的應該要做的事嗎?
感覺很難一一拆開電器加電容,也不知並多少 ...

長時間使用的電器最應該改善
要嘛DIY，要嘛換掉

日光燈是最容易改善的
如果是傳統螢光燈管，可以拆開看一下安定器旁邊有沒有掛電容，這個很好買到
安定器上面的貼紙也會標功率因素

如果是預熱式電子啟動器，那殼上應該會標示功率因素

抽水馬達就算了，用水兇一點的透天厝，一天啟動的時間可能不到1小時

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yzu_master

ysc 發表於 2020-10-31 09:10 PM
因為無法確保所有負載功率因素都是100%，所以計算耗電功率要把功率因素考慮進去，也就是您做的用電統計系 ...

目前使用的表頭是有功率因數的欄位,也量測到某些電器啟動後就往下掉.
是否可以  實功 = 虛功 (量測值) x 功率因數 來計算

ysc

yzu_master 發表於 2020-10-31 11:42 PM
目前使用的表頭是有功率因數的欄位,也量測到某些電器啟動後就往下掉.
是否可以  實功 = 虛功 (量測值) x  ...

有功率因素欄位，那應該有實功W或KW的數據吧？有的話就抓實功來記錄，不要管VA。

duke83

樓主一樓的表單最後一欄就是功率因素看其數值最差的也不過是 96， 如果這個電力模塊檢測的數值是準確那跟台電瓦時計差異那麼大的原因就不是功率因素這原因。

台灣的單相三線式供電與中國的 220 兩線供電方式不同所以 A B 兩線的電壓與電流都要檢測與紀錄。
家庭耗電的主要原因很可能就是電力不平衡，A B 線的電流不一樣所以中性線對地的電壓也不是 0。
以前唸書時有一堂課叫做配線設計就是要看電工法規來設計整戶的配電線路，其中的一個重點就是電力平衡，首先重耗電的電器要使用 220 供電，再來計算照明的數量瓦數與插座的數量瓦數使之平衡的分佈在 A B 兩線上，但實際上常常是電工為了方便照明使用 A 線而插座就使用 B 線，有電就好誰管你平不平衡電費多少。

有一種設備稱為電力分析儀，上頭各有三到四條電壓感測線與電流感應器。

需長時間（好幾天）掛在電源上做紀錄事後看數字來分析用電狀況，仿間找水電做這個服務標準收費都是上萬元，這筆錢這就是要抓耗電原因來節省電費。
我 3F 貼的三相多功能電力表就能做這件事，自己安裝自己分析來想辦法節省電費，且工業表頭的精度與可靠度比學習模組套件好上太多了。

如果懷疑冰箱耗電就等壓縮機運轉時拿勾表量一下就知道了，很簡單！

yzu_master

duke83 發表於 2020-11-1 09:30 AM
樓主一樓的表單最後一欄就是功率因素看其數值最差的也不過是 96， 如果這個電力模塊檢測的數值是準確那跟台 ...

認真看完,再到網路賣場看大大在2樓貼的儀表,邊看邊想怎麼安裝,有點選擇障礙.
是不是[單向多功能]就可以用,想進階就買[多功能網絡儀表]?

duke83

yzu_master 發表於 2020-11-1 04:38 PM
認真看完,再到網路賣場看大大在2樓貼的儀表,邊看邊想怎麼安裝,有點選擇障礙.
是不是[單向多功能]就可以用 ...

當然是買三相多功能網路型表頭，有 LED 或 LCD 能選、也能選用寬工作電壓（85~260V）、還有四種外型尺寸。

三相表頭有三組數字顯示內部有獨立的電壓與電流檢知線路共六組，單相表頭只有ㄧ組數字顯示內部的電壓與電流檢知線路也只有各一組。
三相表頭可以接三相電源也能接成單相三線式或單相兩線式，單相表頭只能接單相兩線式不能接單相三線式。
三相表頭接單相三線式可以看到 A 線對中性線的電壓、B 線對中性線的電壓與中性線對地的電壓，A 線 B 線與中性線的各自電流。
多功能型有電壓、電流、功率（有功、無功、視在）、頻率及功率因數，在表頭上需人工按鍵來選看。
RS-ˋ485（Modbus 協定）網路型才有數值匯出的功能，可用終端機下 Modbus 指令或用 Modbus 專用程式導出，所有的數值一次導出，相關協議請看附件。
数显仪表485通讯协议V6.pdf (211.98 KB, 下載次數: 9)

2020-11-1 06:02 PM 上傳

點擊文件名下載附件

yzu_master

duke83 發表於 2020-11-1 06:02 PM
當然是買三相多功能網路型表頭，有 LED 或 LCD 能選、也能選用寬工作電壓（85~260V）、還有四種外型尺寸 ...

duke83大大,
再請教一下當初有買兩套004T-100A,是不是可以在兩對110V各接一組,再將量測結果相加.

duke83

yzu_master 發表於 2020-11-5 02:10 PM
duke83大大,
再請教一下當初有買兩套004T-100A,是不是可以在兩對110V各接一組,再將量測結果相加. ...

當然可以，A 線對 N ㄧ組 B 線對 N 另一組，兩組的 VA 值相加再與台電瓦時計比對一下。
建議先用勾表校正一下電流。

yzu_master

duke83 發表於 2020-11-5 02:32 PM
當然可以，A 線對 N ㄧ組 B 線對 N 另一組，兩組的 VA 值相加再與台電瓦時計比對一下。
建議先用勾表校正 ...

感謝!
等改裝,更新程式再來更新結果.

horng31208

不用這麼麻煩，直接買表頭+2個測2條火線

yzu_master

horng31208 發表於 2020-11-7 12:44 PM
不用這麼麻煩，直接買表頭+2個測2條火線

感覺很專業,列入參考.