GPM-78310: Новый цифровой измеритель электрической мощности

Новый измеритель мощности GPM-78310 от компании GW Instek (Тайвань) представляет собой универсальный цифровой ваттметр для применения как в однофазных сетях переменного электропитания, так и для работы с сигналами постоянного напряжения и тока. Функции измерения мощности включают в себя режим DC (пост. ток) и анализа сигналов в диапазоне частот 0,1 Гц …100 кГц, разрядность АЦП составляет 16 бит, частота дискретизации 300 кГц. Новинка (рис.1) имеет графический цветной ЖК-дисплей (TFT) с 5-ти разрядной цифровой шкалой и обеспечивает измерение до 25 параметров напряжения, силы тока, мощности с высокой точностью и разрешением. Измеритель GPM-78310 позволяет отображать форму входного сигнала (напряжение/ ток/ мощность), имеет функцию интеграции результатов измерений (энергия), выполняет анализ спектральных компонент и частотных искажений, в т.ч. измерения каждой из гармоник в отдельности (до 50-й включительно). Базовая погрешность составляет ±0,1% (напряжение/ ток).

По сравнению с предыдущими моделями GPM-серий новинка имеет 2 дополнительных входа Ex1/ Ex2 для внешних датчиков (т/преобразователи), а также полный набор интерфейсов связи с ПК для программирования (4 типа в стандартной комплектации).

Номинальное входное напряжение, непосредственно подаваемое на вход GPM-78310, составляет 600В (макс. 1000В), а входной ток до 20A (макс. 30А). Нижний предел измерения тока составляет 5 мА (разрешение до 0,1 мкА), а макс. разрешение по мощности составляет 0,1 мкВт. Предусмотрена возможность выбора значения коэф. амплитуды U/I (крест-фактор). Коэффициент CF может быть задан CF=3 (для уровней =½ диапазона измерений CF может быть иметь значение 6 или 6А). Оператору доступен выбор требуемого режима в соответствии с измерительной задачей (AC+DC, AC, DC, V-MEAN), что обеспечивает отображение соответствующих параметров при анализе мощности, в том числе - напряжение (Vrms / Vac / Vdc / Vmn / V-Pk / V-PK ), силу тока (Irms / Iac / Idc / I-Pk / I-pk частота (VHz/ IHz), мощность (P/ P /P'pk/P-pk), крест-фактор (CFV/ CFI), полная мощность (VA), реактивная мощность (VAR), коэффициент мощности (PF), угол сдвига фазы U/I (DEG), суммарный коэф. гармонических искажений/ КНИ (THDV/ THDI), максимальный коэф. передачи тока (MCR), а также имеет функцию математических вычислений (MATH). Особенностью модели является возможность измерения сверхмалых значений токов/ мощности с целью анализа состояния электропотребителей. В первую очередь измеритель предназначен для количественной оценки потребления энергии в режиме сна (standby) или измерения флуктуаций потребления электроэнергии ЭУ малой мощности, обеспечивая при этом широкий диапазон (U/ I/ P), высокую точность и разрешение.

Измеритель GPM-78310 эффективно использует преимущества графического ЖК-дисплея (TFT) для отображения измеренных результатов параметров в цифровом или графическом виде. С точки зрения численных значений предусмотрены режимы «Общий»/general и «Упрощенный»/simple. Режим «Общий», что позволяет отображать 10 параметров одновременно (2 основных измерения и 8 параметров мониторинга). Параметры для отображения могут быть произвольно выбраны из 25-и параметров измерения электрической мощности в зависимости от потребностей пользователя. В режиме «Упрощенный» на экране прибора отображается 4 параметра измерения. При этом в целях отображения графической информации реализована функция построения кривых для 3-х параметров - напряжение, ток и мощность (графики). Кроме того, при измерении и анализе отдельных частотных компонент измерительного сигнала результаты могут быть представлены в виде численных значений или как диаграмма распределения гармоник.

Новый ваттметр не только обеспечивает высокую точность измерений, четкость индикации и удобство восприятия данных в процессе тестирования, но и отвечает запросам и требованиям современных приложений в сферах инженерного дизайна, НИОКР, а также как средство верификации и оценки качества электротехнической продукции.

Помимо высокой производительности и мощных вычислительных ресурсов GPM-78310 оснащен расширенным набором входных каналов для гибкости механизма выполнения измерений и тестирования. Для применения в высоковольтных приложениях предусмотрена настройка коэф. трансформации напряжения (VT) с целью согласования сигнала внешнего высокого напряжения подаваемого с трансформатора. Для измерения больших токов можно использовать различные методы подключения. Например, активировать функцию программирования коэф. трансформации по току (CT) при наличии внешнего трансформатора тока (ТТ) или задействовать специальные BNC-входы т/преобразователей на задней панели. Таким образом, в первом случае это будет подача тока непосредственно на измерительные гнезда «I+/ I-» (до 20 Амакс.), а во втором, - подключение нагрузки к входам EXT1/ EXT2 (до 10 В макс) для проведения измерений в соответствии с задачей тестирования мощности.

Функция «Автодиапазон» обеспечивает оптимальный выбор предела измерений согласно уровня входного сигнала и тем самым экономит время, затрачиваемое оператором на ручные манипуляции настройки. Внутренняя память на 10.000 отсчетов используется для записи данных измерений GPM-78310 в соответствии с выбранной скоростью выборки или интервалом времени заданным пользователем с целю хранения/ выгрузки и последующего анализа.

Возможности доступа к сохраненным данным и экспорта результатов GPM-78310 обеспечиваются наличием полного набора коммуникационных интерфейсов, включая RS-232C/ USB device/host (виртуальный COM)/ LAN / GPIB в стандартной комплектации. Пользователи могут писать программы для автоматизации считывания результатов измерений в соответствии с их нуждами или для сопряжения с уже существующими системами без необходимости закупать интерфейсы. Порт USB-host поддерживает захват данных и экранной информации GPM-78310, обеспечивает внутренний доступ к данным записи и обновление прошивки прибора.

Для организации управления внешними сигналами или записи данных на внешний регистратор в GPM-78310 предусмотрен дополнительный интерфейс Digital I/O (DA4- опция), который устанавливается только на заводе (вариант исполнения). При наличии данного интерфейса прибор может быть подключен к внешнему программируемому контроллеру (PLC/ регистратор данных) с целью реализации автоматических измерений или для задач длительной записи на внешнее устройство.

Режимы индикации и отображения

Экран GPM-78310 обеспечивает отображение численных значений параметров и функцию отображения формы сигнала (графики), что помогает пользователю получать наиболее полную информацию о результатах измерений. Режим индикации численных значений имеет 2 варианта – «Общий»/ general и «Упрощенный»/simple. Режим «Общий» имеет свое меню настройки измеряемых параметров и одновременно отображает 10 результатов (2 основных измерения и 8 вторичных измерений –рис 2а). В режиме «Упрощенный» на экран выводятся только 4 параметра, наиболее важных в конкретном тестировании (рис.2б). Параметры для измерения в каждом режиме могут быть активированы и сгруппированы оператором по мере необходимости их наблюдения.

В графическом режиме для отображения формы кривой трех параметров - напряжение, ток и мощность обеспечивается функция типичного осциллографа (графики U/ I/ P –рис.2в). Развертка по горизонтали регулируется в диапазоне от 25 мкс/дел до 1с/дел (Кразв) в соответствии со скоростью обновления при сборе данных. Для удобства для наблюдения формы на экране предусмотрен выбор одного из трех значений развертки по вертикали (Коткл).

В функции гармонических измерений результаты каждой их гармоник основного сигнала могут быть отображены в формате диаграммы, которая представляет собой прямоугольные зоны (столбцы –рис.2г), высоты которых пропорциональны величинам конкретных частотных компонент. Доступна для анализа каждая из интересующих гармоник и/или суммарный коэффициент гармонических искажений. Кроме того, полученные результаты измерений по каждой из гармоник могут быть представлены в виде сводной таблицы (рис.2д) с указанием соответствующих значений: напряжение, ток, мощность, КНИ (напряжение/ ток), коэф. реактивной мощности (DPF/Distortion Power Factor), сдвиг фаз (угол напряжение/ ток).

Широкий перечень измеряемых параметров

Ваттметр GPM-78310 обеспечивает различные виды измерений и функции, включая напряжение, ток, частоту, мощность (активную/ реактивную/ полную), коэффициент мощности, крест-фактор (CF), КНИ (THD%), измерение максимального коэффициента передачи тока (MCR). Также GPM-78310 оснащен функцией анализа параметров мощности или тока ИУ с использованием интегрирования по времени. Измеритель GPM-78310 обеспечивает точное определение среднего значения мощности за интервал времени, заданный оператором (осуществляется с применением математического расчета путем деления накопленной энергии на время – рис.3). В качестве альтернативы GPM-78310 обеспечивает определение энергии по истечении времени, выбранного оператором, с энергетическим разрешением, временем интегрирования и отображаемым с разрешением в соответствии с нормами стандарта.

При выполнении интеграционных измерений GPM-78310 использует функцию автоматического изменения уровня при колебаниях мощности ИУ в процессе измерений для получения наиболее полного результата интеграции в заданном интервале анализа.

* : Применяется только к определенным режимам измерения для выбора оператором

Следует особо выделить режим измерения такого параметра, как MCR (отношение максимальных токов), который нормируется в IEC/МЭК 62301 (Energy Star– международный стандарт энергоэффективности потребительских товаров). В данном стандарте рассмотрены требования к неопределенности измерений, обусловленной влиянием прибора, измеряющим потребляемую ИУ мощность. Максимально допустимая неопределенность измерения зависит от величины и характеристик нагрузки. Основной характеристикой используемой для определения максимально допускаемой неопределенности является максимальный коэффициент передачи тока (MCR). Данный коэффициент MCR нормирован как отношение: крест-фактор (CF)/ коэффициент мощности (PF).

Измеритель GPM-78310 обеспечивает автоматический расчет этого параметра, также, как например это делает Hioki 3335, имеющий аналогичную функцию. Стандарт IEC/МЭК 62301 определяет значение показателя MCR в качестве некой реперной точки для оценки энергоэффективности электропитания. Допускается неопределенность измерения для значения MRC не более10. Основываясь на MCR и вычислении потребляемой мощности тестируемого объекта можно быстро понять, выполнение каких измерений далее не потребуется (см. рис. 4). Возможность такой оценки исследуемого устройства является показателем насколько тот или иной измеритель/ анализатор мощности соответствует критериям и нормам IEC 62301.

Широкие аппаратные возможности измерений

Что касается измерительных возможностей и способов подключения, то эти показатели у GPM-78310 являются просто выдающимися. Прежде всего, это возможность программирование коэффициента трансформации по напряжению/ току для измерения сигналов высокого напряжения/ высокой мощности (восстановление преобразованного уровня при вычислении до реального значения в нагрузке). Для измерения больших значений тока, помимо установки коэф. трансформации по току (CT), могут быть использованы для подключения сигнала терминалы внешних датчиков тока (EXT1/EXT2), что делает процесс измерений более гибким и удобным. Измеритель GPM-78310 обеспечивает сохранение 4 наборов настроек прибора (профилей – запись/ вызов), имеет внутреннюю память для хранения 10 000 отсчетов результатов измерений. Память для данных позволяет регистрировать результаты измерений с выбранной скоростью выборки отсчетов или по заданному временному интервалу с целью облегчения последующего анализа. USB-хост на передней панели поддерживает захват данных экрана, хранение значений измерения (цифровой программируемый логгер) и операции обновления прошивки GPM-78310.

Гибкий механизм выбора диапазона: автопереключение и назначение пределов

В функции интегрирования измерений входных параметров GPM-78310 обеспечивает выполнение вычислений сигнала с возможностью автоматического изменения уровня (automatic level-changing) для полного и точного расчета значения общего энергопотребления ИУ от начала до завершения периода интеграции. Кроме того, в GPM-78310 в данной функции также предусмотрен механизм произвольного назначения в меню определенных диапазонов измерений, выбираемых оператором (self-defined setting) . Пользователь в процессе анализа мощности может задать требуемые пределы измерений в режиме интегрирования для экономии времени (за счет блокировки поочередных переключений диапазонов), а также для минимизации потерь отсчетов входных данных при тестировании.

Практичный набор интерфейсов

GPM-78310 имеет на борту полный набор разнообразных коммуникационных интерфейсов для связи с ПК в стандартной комплектации, включая RS-232/ USB / LAN / GPIB. В совокупности с ресурсами программирования это позволит клиентам написать собственное ПО для дистанционного управления с помощью команд или автоматизации сбора результатов измерений.

Дополнительный интерфейс Digital I/O (опция DA4) предоставляет 3 различных режима: порт сигналов внешнего управления (I/O), режим выхода ЦАП (DA4) и режим управления выходом на основе пользовательских настроек.

При активации функции внешнего управления (ext control) с помощью управляющих сигналов обеспечивается активация прибора (вкл. пит), запуск/ остановка измерений или сброс режима интеграции измерений.

В режиме использования опционального выхода DA4, модель GPM-78310+DA4, оператор имеет возможность задать любые 4 параметра из 25 доступных для измерений (даже с результатами интеграции измерений) для выдачи выходных данных с фиксированным уровнем или заданным вручную (масштаб шкалы =5В) с накоплением результатов в режиме внешнего регистратора данных.

При выборе режима функции произвольного программирования контактов выхода (self-defined output) управление на каждом Pin-контакте осуществляется через штатный интерфейс ДУ (RS-232/ USB/ LAN/ GPIB) с помощью команд SCPI.

Перечисленные ресурсы и высокие технические характеристики позволяют оператору выполнять измерения мощности удобно, точно и достоверно. Новинка является высокопроизводительным цифровым измерителем с исчерпывающим набором функций и возможностей для анализа электрической мощности среди аналогичных моделей в той же категории СИ. Ваттметр GPM-78310 позиционируется разработчиками как адекватный вариант замены (аналог) таких моделей измерителей мощности, как Yokogawa WT310E, Hioki 3335, R&S HMC8015.

Ключевые преимущества

• Большой цветной графический ЖК-дисплей (TFT, диагональ 12,7см), отображение формы сигнала (функц. «осциллограф»: частота дискретизации 300 кГц, Кразв 25 мкс/дел …. 1с/дел)
• Рабочий диапазон частот U/I: 0,1 Гц…100 кГц (соответствие МЭК IEC 62301)
• Диапазон измерений: 600 В/ 20А (макс. разрешение 1 мВт, по току 0,1 мкА)
• Макс. допустимое значение U/I: до 1000 Вскз/ до 30 Аскз
• Два формата индикации: Обычный (10 параметров)/ Упрощенный (4 параметра)
• Измерения тока и напряжения с CF =3 (КА), а также сигналов искаженной формы CF =6/ 6A в ½ рабочего диапазона U/I
• Функция интегрирования по времени (W-h/ энергия; A-h/ эл. ёмкость) с режимом автоподстройки предела измерений или ручным назначением диапазона оператором.
• Измерения гармоник (до 50-й) и гармонических искажений (THD%)
• Измерительные гнезда на задней панели прибора
• Дополнительные измерительные входы Ex1/ Ex2 (т/ преобразователь)
• Поддержка измерений с трансформаторами тока и напряжения: Ктр 1..9999 (СT/ PT ratio)
• Стандартные интерфейсы: RS-232C, USB, LAN, GPIB
• Проходная тестовая площадка GPM-001 (опция)
• Вариант исполнения с доп. цифровым интерфейсом «I/O+DA4» (только заводская установка)

Целевые рынки, сферы применения:

• Инженерный дизайн и промышленное электротехническое производство
• Проверка качества, контроль соответствия нормам стандартов РЭА
• Научные исследования и разработка электронных продуктов (НИОКР)

Преимущества и возможности в измерительных приложениях:

• Гибкие режимы индикации (10 или 4 параметра), компактный дизайн и размеры (1/2 стандартной 19” стойки, высота 2U)
• Лёгкая интеграция в автоматизированные системы (интерфейсы RS-232C /USB/ LAN/ GPIB, опционально DA4), что обеспечивает контроль и управление в индустриальных приложениях, возможность сбора, обработки и выгрузки результатов тестирования при отладке проектов (регистратор USB/ внутренняя память 10 К).
• Базовая погрешность ±0,1% (напряжение/ ток) и высокое разрешение (0,1 мкА/ 1 мкВт) для выполнения прецизионного анализа при проверке качества и выходном контроле.
• Большой перечень видов и режимов измерений (до 25 параметров), функционал для применения в подразделениях контроля качества (QC).
• Высокая информативность, режимы и функции графического дисплея для анализа по требованиям МЭК, одновременный вывод до 10 параметров (2 осн. измерения + 8 доп. значений для мониторинга) с целью учета запросов разработчиков в сфере НИОКР (R&D) и инженерного дизайна

Автор:  Коллектив АО «ПриСТ»
Дата публикации:  03.08.2020
Модели:  GPM-78310 | GPM-78310-DA4