Pomiary natężenia czyli ile prądu „ciągną” urządzenia

W poprzednim wpisie (Jak zmierzyć natężenie prądu?) omówiłem sposób wykonywania pomiaru natężenia prądu i związane z nim zagrożenia. Teorię prawie zawsze warto opanować zanim zabierzemy się za realizację, choć często bywa mniej ciekawa niż praktyka i doświadczenia na „żywym organiźmie”.
Dlatego w niniejszym artykule przedstawiam szereg pomiarów natężenia prądu. Mówiąc „żywy organizm”, mam an myśli domowe urządzenia elektryczne, a konkretnie:

• Wentylator biurkowy
• Suszarka
• Głośniki komputerowe
• Laptop
• Telewizor LCD 24″
• Mobilny grzejnik elektryczny
• Czajnik elektryczny
• Konsola do gier
• Odkurzacz
• Pralka
• Lodówka
• Lampka nocna

Wszystkie testy / pomiary zaprezentowałem w formie filmu. Przed każdym testem wstępnie omawiam urządzenie, a po wykonaniu pomiaru wyliczę (jeśli tylko będę miał taką możliwość) średni pobór prądu przez urządzenie i jego moc rzeczywistą oraz przedstawię swoje wnioski z pomiaru (jeśli takowe mi się nasuną).

Do dzieła!

W poniższym rozdziale opisuję sytuację z uszkodzenia multimetru. Jeśli chcesz przejść od razu do sedna artykułu, zapraszam do kolejnego rozdziału.

Nieplanowana awaria

Co prawda jeszcze nigdy mi się nie przydarzyła zaplanowana awaria, ale takiego rozwoju wydarzeń naprawdę się nie spodziewałem. Multimter, który był bohaterem poprzedniego wpisu, zaniemógł. Jeszcze zanim zacząłem wykonywać pomiary do artykułu, chciałem wykonać pomiar testowy przy użyciu tego miernika. Zakupiłem go całkiem niedawno i jeszcze nie wykonywałem nim pomiaru natężenia prądu. Po zamocowaniu i sprawdzeniu wszystkich ustawień (zakres 0 – 200mA) podpiąłem wentylator wiedząc, że nie pobiera więcej prądu niż 200mA, a nawet jeśli, to zadziała bezpiecznik radiowy znajdujący się wewnątrz multimteru.

Jakież było moje zdziwienie, gdy multimetr co prawda pokazał wynik pomiaru, ale w bardzo nieprzyjemny sposób brzęczał. Po wyłączeniu i powtórnym sprawdzeniu wszystkich ustawień, czy nie ma żadnych luzów itp. odpaliłem wentylator ponownie. A miernik wciąż wydawał z siebie chrapliwy odgłos dogorywającego urządzenia elektrycznego. W chwili, gdy pomyślałem, że powinienem to nagrać, skubany jakby usłyszał moje myśli i ucichł, a wraz z ciszą pojawiło się zero na wskazaniu amperomierza, a wentylator się wyłączył.
Pomyślałem „bezpiecznik padł!”. Po rozkręceniu okazało się, że z bezpiecznikiem wszystko jest w porządku. A więc co to jest? Jakaś przerwa na płytce drukowanej? Zimny lut? Po wstępnych oględzinach doszedłem do wniosku, że nie mam bladego pojęcia.

Liczyłem jeszcze, że będę mógł wykonać pomiary na wyższym zakresie tj. 0 – 20A, w końcu jest to osobny obwód elektryczny w mierniku, nie zabezpieczony bezpiecznikiem. Jak się domyślasz, nic z tego. Z tą różnicą, że tę sytuację udało mi się już nakręcić.

Chciałem pokazać, że do wykonywania pomiarów wcale nie trzeba wydawać dużych pieniędzy na sprzęt. I mimo wszystko nadal tak utrzymuję, jednak jeśli dość funkcjonalny multimetr (przynajmniej w teorii) marki „Noname” kosztuje ~20zł to trzeba się liczyć z tym, że gdzieś jest ukryty haczyk, że niektóre produkty mogą być po prostu wadliwe.

Krótkie przypomnienie i obliczenia mocy

Multimetr podpinam szeregowo do przewodu fazowego przeciętego na pół przewodu z rozgałęźnika. Resztę szczegółów w artykule omawiającym teorię pomiaru natężenia albo na filmach poniżej.

Po każdym pomiarze wykonam podstawowe wyliczenie mocy urządzenia za pomocą wzoru.

$\rm{{P}=U * I * cos(φ)}$

P – moc urządzenia, którą chcemy poznać (jest to moc czynna wyrażona w Watach [W])
U – napięcie w gniazdku (zakładam dla uproszczenia 230V)
I – zmierzone natężenie prądu
cos(φ) – współczynnik mocy (dla kolejnego uproszczenia założę, że wynosi „1” czyli tak jakby go we wzorze nie było :-), ale rozpisuję się o nim więcej w artykułach o mocy czynnej i biernej )

Dla przypomnienia przypominam… Każde urządzenie pomiarowe posiada pewną niepewność pomiarową (artykuł). W przypadku używanego miernika Fluke 179 dla pomiaru natężenia prądu i zakresu 0 – 10A, ta niepewność wynosi: 1.5% + 3 .

Ostatnia uwaga. Przy wykonywaniu obliczeń będę podawał wartość z dokładnością do 3 miejsc po przecinku w przypadku wyników poniżej 6A i z dokładnością do 2 miejsc po przecinku dla wyników 6 – 10A. Jest to zgodne z dokładnością miernika przedstawioną na wyświetlaczu.

A teraz już czas na pomiary!

Wentylator biurkowy

Wentylator biurkowy był już wykorzystywany podczas testów wyłączników nadprądowych. Dzięki temu wiem czego się spodziewać. Pomiaru prądu rzędu 150mA. Ale poczekajmy co pokaże multimetr.

Ze względu na usterkę wcześniej prezentowanego multimetru, do pomiarów wykorzystam miernik Fluke 179. Sposób podłączenia miernika omawiam w pierwszym filmie poniżej.

Wentylator posiada dwa poziomy prędkości obrotów:

1. Na wolniejszych obrotach, urządzenie pobiera prąd o natężeniu 130mA (miliAmper) czyli jego moc w przybliżeniu wynosi:
$\rm{{P}=230V * 0.130A * 1 = 30W}$

2. Po ustawieniu na prędkość nadświetlną tj. szybsze obroty, uzyskaliśmy pomiar prądu na poziomie 145mA:
$\rm{{P}=230V * 0.145A * 1 = 33W}$

Różnica w pobieranym prądzie niewielka, a wniosek z tego taki, że przy załączaniu tego wentylatora nie warto się bawić w półśrodki i od razu ustawić chłodzenie na maksimum 🙂 .

Suszarka

Suszarka. Na opakowaniu 2 kilowaty (2000W) czystej mocy. Czy rzeczywiście jest w stanie osiągnąć taką moc?

Czego się dowiedzieliśmy:

1. Natężenie prądu załączonego urządzenia, gdy wentylator pracuje na pełnych obrotach bez grzania, wynosi 850mA:
$\rm{{P}=230V * 0.850A * 1 = 195W}$

2. Po załączeniu grzałki na minimum pobór prądu wzrósł do 4,260A, czyli:
$\rm{{P}=230V * 4.260A * 1 = 980W}$

3. Maksymalny pobór prądu przez suszarkę (wentylator na najwyższych obrotach i grzałka grzeje najmocniej) to 7,50A:
$\rm{{P}=230V * 7.50A * 1 = 1725W}$

Najważniejsze z tego pomiaru to informacja, że najwięcej mocy w suszarce pobiera grzałka. Wentylator stanowi jedynie dodatek, gdy mowa o natężeniu prądu urządzenia.

Rzeczywista maksymalna moc urządzenia wyniosła 1725W, nic nie szkodzi, głowę szybko suszy, a przynajmniej nie pobiera tyle prądu co podaje producent 🙂 .

Ach jeszcze jedno, nie ma tego na filmie, ponieważ wykonałem ten pomiar przed chwilą w ramach uzupełnienia.
Gdy zmniejszyłem prędkość wentylatora do minimum i wyłączyłem grzałkę, uzyskałem wynik 380mA:
$\rm{{P}=230V * 0.380A * 1 = 87W}$

I to jest najmniejsza moc pobierana przez ten model suszarki.

Laptop

Dość powszechnie obecny element w wielu domach. Warto wiedzieć ile „kradnie” prądu 🙂 . Pomiar rozpoczynam na załączonym urządzeniu, dopiero w drugiej części zamykam system i sprawdzam ile prądu pobiera zasilacz, gdy nie ma uruchomionego ładowania baterii.

Oto wyniki pomiarów:

1. Przy załączonym laptopie podczas normalnej pracy laptop pobiera prąd o natężeniu 120-150mA, zatem:
$\rm{{P}=230V * 0.150A * 1 = 35W}$

2. Po wyłączeniu laptopa, zasilacz podjada prąd na poziomie 24mA:
$\rm{{P}=230V * 0.024A * 1 = 6W}$

Telewizor LCD 24″

Podobnie jak laptop i wszelkie urządzenia elektroniczne, telewizor posiada zasilacz, który bez względu na status załączenia urządzenia, zawsze pobiera trochę prądu.
Telewizor nieduży jak na współczesne standardy, ale pożera prąd prawda? No to mierzymy 🙂 .

Okej mamy tutaj dwa stany:

1. Telewizor wyłączony – natężenie prądu 20mA, zatem jego moc w trybie nic nierobienia wynosi:
$\rm{{P}=230V * 0.020A * 1 = 5W}$

2. Telewizor załączony – natężenie prądu 200mA:
$\rm{{P}=230V * 0.200A * 1 = 46W}$

Głośniki komputerowe

Wynik tego pomiaru był dla mnie zaskoczeniem, niestety negatywnym.

Wyniki pomiarów:

1. Wyłączone głośniki (zasilacz) pobierają prąd o natężeniu 88mA. Gdzie ten prąd ucieka? Odpowiedź można uzyskać chwytając zasilacz. Zasilacz jest ciepły jak wyjęte z pieca bułki, bez względu na to czy gra muzyka czy też nie. Ewidentnie coś tu nie gra, ale z drugiej strony, działa. Od wielu lat. A teraz moc:
$\rm{{P}=230V * 0.088A * 1 = 20W}$

2. Po załączeniu głośników i odpaleniu muzyki maksymalne zmierzone natężenie prądu to 103mA:
$\rm{{P}=230V * 0.103A * 1 = 24W}$

Pozostawiając na stałe wpięte głośniki do gniazdka to tak samo, jakbyśmy mieli zapalone non stop dwie dość mocne LEDowe żarówki. Niedobrze…

Mobilny grzejnik elektryczny

Urządzenia zawierające wszelkiej maści grzałki pobierają najczęściej prąd o sporym natężeniu. Tutaj na obudowie grzejnika mamy nawet napisane jaką moc pobiera grzejnik, a więc wiemy czego się spodziewać.

Pobór prądu zależy od ustawionego stopnia grzania:

1. Stopien I – 1,600A zamienione na ciepełko:
$\rm{{P}=230V * 1.600A * 1 = 368W}$

2. Stopień II – 3,260A:
$\rm{{P}=230V * 3.260A * 1 = 750W}$

3. Stopień III – 4,900A:
$\rm{{P}=230V * 4.900A * 1 = 1127W}$

Wyniki dość zbliżone do opisu na obudowie, a zatem nic dodać nic ująć 🙂

Czajnik elektryczny

Czajniki elektryczne słyną z tego, że podgrzewają wodę bardzo szybko. Nic za darmo. Wiele elektronów musi bardzo ciężko pracować, żeby ten efekt uzyskać.

Dla odmiany, czajnik posiada tylko jeden stopień mocy grzania. Pobór prądu jest na poziomie 8,10A:

$\rm{{P}=230V * 8.10A * 1 = 1863W}$

Konsola do gier

Popularna konsola do gier czyli ile prądu pobiera komentarz Dariusza Szpakowskiego podczas gry w FIFĘ.

No to już wiadomo:

1. W trybie „Standby” zasilacz konsoli pobiera 30mA:
$\rm{{P}=230V * 0.030A * 1 = 7W}$

2. Po uruchomieniu urządzenia, przed załączeniem gry mamy ok. 430mA:
$\rm{{P}=230V * 0.430A * 1 = 99W}$

3. Po uruchomieniu gry, natężenie prądu wzrosło do 520mA:
$\rm{{P}=230V * 0.520A * 1 = 120W}$

Odkurzacz

Odkurzacz to dość wdzięczne urządzenie do wykonywania testów. Płynna regulacja obrotów silnika pozwala na obserwację zależności natężenia prądu od prędkości silnika.

Przy małych obrotach pobierany przez silnik prąd nie był zbyt stabilny. Być może ma to związek z częściowym wypełnieniem jego pojemnika na brud? Okej, bez względu na to jakieś założenia należy przyjąć:

1. Przy najniższych obrotach natężenie prądu oscylowało w okolicach 2,6A:
$\rm{{P}=230V * 2.600A * 1 = 598W}$

2. Po ustawieniu prędkości obrotów na mniej więcej połowę zakresu, silnik zażądał 5,6A:
$\rm{{P}=230V * 1.600A * 1 = 1288W}$

3. A po podkręceniu potencjometru na maksimum, multimetr wskazał 6,1A:
$\rm{{P}=230V * 6.10A * 1 = 1403W}$

Widać tu pewną nieliniowość. Na najmniejszych obrotach 2,6A, w połowie 5,6A, a na największych 6,1A.
Podobnie było z wentylatorem biurkowym, gdzie różnica pomiędzy pierwszym a drugim stopniem prędkości kręcenia się wentylatora, w ilości obrotów była znacząca, natomiast w wartości natężenia pobieranego prądu już minimalnie.

Związane jest to z charakterystyką silnika… ale to już zupełnie inna historia.

Pralka

Standardowa pralka posiada kilkanaście programów i do tego różne ustawienia temperatury wody, ilości obrotów, wstępnego prania… jeśli chodzi o pomiar prądu i sposób jej funkcjonowania to temat na cały osobny artykuł 🙂 .
W poniższym teście załączyłem jedynie program wirowania, który trwa 15 minut. Oczywiście film to kompilacja najciekawszych fragmentów.

Pobór prądu mocno zależny od cyklu pracy pralki. Przetestowałem tak naprawdę pracę dwóch elementów:

1. Silnika pralki, który po ustabilizowaniu prędkości na najwyższych obrotach pobierał prąd o natężeniu ok. 1,3A, natomiast przy jakimkolwiek rozpędzaniu prąd potrafił podskoczyć do ponad 2A. Do obliczenia mocy czynnej użyję pierwszej, stabilnej, wartości.
$\rm{{P}=230V * 1.300A * 1 = 299W}$

2. Pompy wyciągającej zużytą wodę (przynajmniej tak sądzę). Pobór prądu jest stabilny i wynosi 0,180A:
$\rm{{P}=230V * 0.180A * 1 = 41W}$

Niewątpliwie, jeśli chodzi o sumaryczny pobór energii przez urządzenie, to nie da się tego wyliczyć w prostu sposób i najlepiej do tego użyć licznika energii np. montowanego do gniazdka (używałem taki licznik podczas testów wyłącznika nadmiarowo-prądowego).

Jeśli chodzi o prąd pobierany przez grzałkę, to faktycznie nie zmierzyłem tego i dam się tutaj wykazać Wam, czytelnikom. 🙂

Lodówka

Lodówka ma za zadanie utrzymanie stałej temperatury zarówno w chłodziarce jak i w zamrażalniku. Czyli musi być załączona przez cały czas. Jak to wygląda jeśli chodzi o pobór prądu?

Podczas pomiaru zaobserwowałem kilka trybów pracy lodówki:

1. Oczekiwanie – w tym trybie lodówka pobiera minimalną ilość prądu o natężeniu 20 – 50mA.
$\rm{{P}=230V * 0.050A * 1 = 11W}$

2. Chłodzenie – w „komorze” chłodziarki obniżana jest temperatura: 570mA
$\rm{{P}=230V * 0.570A * 1 = 131W}$

3. Chłodzenie + zamrażanie – 750mA
$\rm{{P}=230V * 0.750A * 1 = 172W}$

Podobnie jak w przypadku pralki, w ramach ciekawostki możemy zmierzyć ile maksymalnie prądu pobiera lodówka, natomiast nic więcej nam to nie daje (chyba że pobiera tak dużo, że wybija bezpiecznik).

Lampka nocna

A na deser pozostała stojąca lampa nocna z zamontowaną 10-cio watową żarówką ledową 🙂

Natężenie prądu pobieranego przez lampę (a właściwie przez żarówkę) wyniosło 52mA co daje moc czynną na poziomie:
$\rm{{P}=230V * 0.052A * 1 = 12W}$

Trochę dużo jak na żarówkę 10-watową, ale biorąc pod uwagę błędy pomiarowe miernika to wszystko jest w normie.

Jak obliczyć ile energii pobrało urządzenie?

To proste! Wystarczy przemnożyć ilość pobieranego przez urządzenie prądu przez ilość czasu przez jakie urządzenie pracowało. Wynik otrzymujemy w kilowatogodzinach (jednostka energii, którą dostajemy na rachunku od dostawcy energii). Innymi słowy jest to ilość kilowatów mocy jaka została pobrana przez urządzenia w ciągu godziny 🙂 .
No to może dwa przykłady:

1. Podgrzewamy wodę w czajniku elektrycznym przez 5 minut. Czajnik, zgodnie z pomiarem pobiera 8,10A co w przybliżeniu daje moc na poziomie 1860W (czyli 1.86kW). W jednostce energii widnieje „godzina” zatem musimy przeliczyć liczbę minut na godziny (h) tj. $\rm{\frac{5}{60}}$ =  $\rm{\frac{1}{12}h}$.
Teraz tylko trzeba to podstawić do wzoru na ilość pobranej energii:
$\rm{1.86kW * \frac{1}{12}h = 0.155kWh}$

Zakładając, że koszt 1kWh wynosi przykładowo 65 groszy to po podgrzaniu wody ubyło nam ok. 10 groszy 🙂

2. Zatraciliśmy się w zabijaniu potworów i gramy na konsoli przez 4h. Ile to jest kilowatogodzin?
$\rm{0.12kW * 4h = 0.48kWh}$ – czyli 32 grosze nie nasze.

Niby mało nie? Groszowe sprawy.
Każde urządzenie po kilkadziesiąt groszy dziennie przez 30 dni w miesiącu i nagle robi się rachunek za który najczęściej nie mamy ochoty zapłacić. Grosz do grosza, a będzie kokosza.

Zadanie domowe

W ramach wieczornej walki z nudą proponuję Ci zadanie:

Na początku artykułu wspomniałem o niepewności pomiarowej multimetru. Wyznacz niepewność pomiarową dla pomiaru natężenia:

• Lampy nocnej
• Konsoli do gier gdy pobiera najwięcej prądu
• Czajnika elektrycznego

I pochwal się wynikami w komentarzu.

Podsumowanie

No i elegancko. Jeśli dotarłeś do końca tego artykułu oglądając każdy test, każdy pomiar, to z tego miejsca serdecznie Ci gratuluję i jednocześnie dziękuję, że czytasz i oglądasz moje wypociny 🙂 .

Oprócz samego pomiaru natężenia prądu wyszło trochę liczenia mocy, trochę o zużywaniu energii i liczeniu kosztów. Mam nadzieję, że ta wiedza okaże się dla Ciebie w jakiś sposób przydatna.

I pamiętaj, jeśli będziesz wykonywać jakiekolwiek pomiary elektryczne, wszelkie prace przygotowawcze wykonuj bez napięcia. Przedłużacz ma być wyciągnięty z gniazdka, wyłącznik nadprądowy (bezpiecznik) wyłączony jeśli potrzeba, ale Ty masz wykonać pomiar bezpiecznie. Dokręć wszystko jak trzeba, sprawdź czy jest ustawiony dobrze multimetr, sprawdź wszystko jeszcze raz i dopiero potem załącz prąd w gniazdku. Szczególnie jeśli wykonujesz pomiar pierwszy raz i nawet wtedy jeśli jest to pomiar na napięciu bardzo niskim (jeśli nie Ty to może ucierpieć miernik).

Zrobiło się bardzo serio, ale tak czasem trzeba.
Pozdrawiam 🙂