Reviews Diversos

Medidor de Consumo de Energia PMM2010

Review publicado em 08/12/2008, atualizado em 30/05/10 e ainda não finalizado.

Resumo importante:

Este aparelho mede energia praticamente da mesma forma que as concessionárias de energia brasileiras para consumidores residenciais e também serve como wattímetro (funcionalidade que não existe em nenhum medidor residencial que eu conheça). Este review mostra como funciona, como adaptá-lo para uso em tomadas brasileiras, como usá-lo para aferir o medidor oficial de sua residência e a teoria de funcionamento.

O PMM2010 pode ser adquirido na DealExtreme (sku 12718) por meros US$16 com frete incluso e rastreamento. Os 60% de imposto de importação dão mais uns US$9, por isso o aparelho sai no máximo por uns US$25 com tudo incluído. Vale cada centavo. [30/05/2010] Baixou para US$14.50, mas isso o tirou da faixa de rastreamento grátis. Inclua no pedido algo pequeno e leve de US$1 para manter o rastreamento.

Eu comprei vários desses aparelhos ao longo dos últimos três meses. Dois foram completamente desmontados (e ainda estão assim) para a análise deste review.

Embalado. O único manual é a folha de papelão em chinês da própria embalagem.

As tomadas dianteiras não passariam em nenhuma certificação de segurança. Os orifícios são muito abertos permitindo que uma grande variedade de plugs se encaixe sem dificuldade, mas em compensação não há firmeza. Não se engane com a aparência do plug acima. Eu pensei que fosse igual ao das tomadas de ar condicionado brasileiras, mas não chega nem perto. Para usar o medidor é preciso fazer adaptações.

A etiqueta de controle de qualidade esconde um orifício por onde pode ser passado um cabo.

Perceba também que a caixa não tem um perfil perfeitamente retangular. Você entenderá a relevância desse detalhe quando eu estiver discutindo a adaptação 3.

Detalhe da etiqueta: Projetado para operação em 220V (mas funciona também em 110V como explico adiante), máximo de 10A. Temperatura do local de instalação não deve ficar fora da faixa de 0 a 50 graus centigrados e a precisão é de 1%. Não, eu não entendo chinês, mas essas coisas seguem um padrão.

O número grande parece um serial mas é do tipo “chinês”. Ou seja: todos os aparelhos tem o mesmo número. :)

Adaptações do plug de entrada

O plug de entrada do PMM2010 é inútil no Brasil. Apesar de parecer com um plug de tomada de ar condicionado, não chega nem perto de encaixar. O modo mais simples de adaptar é soldar um cabo com outro plug direto nos pinos. O problema fica sendo o isolamento e o resultado fica no mínimo deselegante mas é o que está ao alcance da maioria. Eu tentei dessa forma no início mas acabei optando pela substituição total, como mostro adiante.

Remoção dos pinos

Os pinos originais do aparelho são extraordinariamente firmes por causa do modo como são moldados na caixa plástica. O melhor meio que encontrei para removê-los foi usando um alicate de bico como alavanca. Use um alicate pequeno e fino, pois alicates grandes só vão atrapalhar.

Antes de fazer isso, remova o capacitor e toda a solda do outro lado dos pinos.

A idéia é alavancar o pino para cima até aparecer o orifício de fixação. Nesse ponto você faz um movimento de torção de um lado para outro até quebrar o pino. Você também pode arrancar todo o pino, mas é melhor deixar um pedaço como explico adiante.

Este orifício (o da quebra) não é o mesmo onde o capacitor é preso. Ele fica mais abaixo e normalmente não é visível. Depois que estiver quebrado empurre de volta com a ponta de uma chave de fenda de forma que não fique saliente. Em seguida cole alguma coisa isolante no local só para garantir a proteção.

Empurre os pinos pelo lado do fora até que seja possível passar os terminais do capacitor de novo pelos orifícios. Na foto eles ainda não aparecem, mas dá para subir bem mais que isso. O capacitor (seu propósito é explicado aqui) já no lugar. À direita da caixa você pode ver por onde vai sair o cabo. [30/05/2010] As unidades vendidas agora pela DX, com a marca DEBUY, não tem mais esse capacitor.

Para soldagem/dessoldagem nos pinos um ferro comum de 26W é insuficiente. Use um de 35W, mas seja cuidadoso porque esse já é capaz de derreter tudo se você demorar mais que o necessário.

Adaptação 1

Na foto acima o terra está desconectado e no lugar dele sai um fio da saída de fase. Esta adaptação tem o objetivo de instalar o PMM2010 em um quadro de distribuição para medir uma seção inteira da casa, como mostrado a seguir:

O neutro é conectado ao neutro geral. O fio que saía do DR (dispositivo da esquerda) para o disjuntor é removido e o PMM2010 é intercalado no lugar.
Dessa forma eu posso usar o PMM2010 pendurado ou preso pela tampa do quadro. É importante salientar que essa é uma instalação que fiz para avaliação, para pelo menos ter certeza de que funcionava, antes de dispender meu tempo em um método de instalação mais “elegante”.

O resultado da instalação acima me permitiu avaliar a precisão do aparelho como medidor de energia.

Adaptação 2

Numa outra adaptação removendo os pinos inteiramente eu coloquei o capacitor dentro de um tubo isolante termoencolhível e usei um cabo comum de PC sem uma das extremidades: [30/05/2010] As unidades vendidas agora pela DX, com a marca DEBUY, não tem mais esse capacitor.

Eu não recomendo esse método de adaptação dentro do aparelho porque fica apertado e você não tem como saber exatamente como as coisas vão encostar ao fechar a caixa. E o capacitor pode ficar considerávelmente quente durante a operação normal do PMM2010, mesmo sem carga.

Adaptação 3

Esta foi minha última experiência até agora e a que ficou com a aparência mais profissional.

Eu usei um cabo fixo de impressora Epson sucateada que consegui na oficina de um amigo.
Ao lado, a parte que não me interessava foi removida com um estilete. Não é difícil porque a borracha é mole e moldada em torno do cabo já pronto. Ou seja, você só corta o cabo se não souber mesmo ser cuidadoso.
Inicialmente eu ia usar cola Super Bonder, mas depois resolvi experimentar com esta cola, que embora mais cara me pareceu mais apropriada justamente por ser flexível e aguentar torções.
A idéia é colar apenas em uma das metades da caixa (a sem circuitos), para não atrapalhar a abertura. Para que o cabo pudesse passar na altura apropriada foi preciso transformar o furo já existente em um rasgo, como mostrado ao lado, já lambuzado com cola.

Acima, o cabo já está colado na caixa e todas as conexões necessárias foram feitas. Ao lado, o medidor pronto e fechado. Na foto nem dá para notar que só está colado na parte inferior da caixa, mas o assentamento do cabo não é realmente perfeito porque as duas partes da caixa formam um pequeno ângulo na junção (as faces da junção não são retas).

Uso em 110V

ATENÇÃO [30/05/2010]: As unidades vendidas agora pela DX, com a marca “DEBUY”, não funcionam mais em 110V.

O aparelho é especificado para operação em 220V, que é a tensão padrão aqui no Nordeste. Não há modelo 110V desse mesmo fabricante à venda na Dealextreme. Para fazê-lo operar em redes de 110V teoricamente deveria ser necessário fazer uma alteração em sua fonte, porque em 110V o tipo de fonte usado (transformerless) só consegue fornecer metade da corrente que fornece em 220V. Mas eu testei o aparelho em 110V usando a saída de um estabilizador e além do PMM2010 operar normalmente a medição é igual à realizada em 220V.

Fiz o teste com uma CPU de PC (gabinete com tudo dentro), ligando a fonte ora em 220V direto na tomada da casa, ora em 110V na saída do estabilizador (com o PMM2010 intercalado). Nas duas medições os resultados foram os mesmos.

Operação

É preciso tomar cuidado com as tomadas frontais. Elas não passariam em nenhuma certificação de segurança. Os orifícios são muito largos e o metal está muito próximo. Eu mesmo por duas vezes desarmei o disjuntor da casa porque enquanto estava manuseando o plug do aparelho que ia ser medido deixei o pino de terra encostar no conector de fase do PMM2010. Se alguém me dissesse que isso podia acontecer eu diria “precisa ser muito descuidado”, mas depois de acontecer duas vezes comigo…

Em minha defesa eu só posso dizer que estava trabalhando embaixo da bancada e estava apertado (o cabo era curto) e pouco iluminado.

Para evitar que isso aconteça, conecte primeiro o aparelho a ser medido no PMM2010 e depois conecte o PMM2010 na tomada.

O botão SET pressionado por 5 segundos limpa a memória do aparelho. O botão do meio chama-se CTRL e não consegui descobrir para que serve. O botão da direita chama-se DISP e alterna entre os sete modos de exibição do display.

As leituras (não existe backlight)

[30/05/2010] As unidades vendidas com a marca DEBUY tem um backlight de LED azul.

1 Primeira leitura exibida, sempre ao energizar o aparelho.

Total de energia consumida desde o último reset (43.75kWh).

Protegido por EEPROM.

2
Valor da potência requerida pela carga. Meus testes indicam que é uma média dos últimos 15s. Neste modo o PMM2010 opera como wattímetro. O display mostra 0.22kW (220W).
3 Valor de pico da potência requerida desde o último reset. O display mostra 0.31kW (310W).

[30/05/2010] As unidades vendidas agora pela DX, com a marca DEBUY, não fazem mais esta medição.

Um dos pontos fracos desse aparelho é que pela falta da última casa decimal, sua resolução é de 10W. Todas as leituras de potência tem um erro possível de até +-5W. Assim a leitura exibida de 0.22kW (220W) pode significar na verdade qualquer coisa entre 0.215 e 0.224kW (215 e 224W). Para muitos casos isso é irrelevante, mas se você estiver querendo por exemplo medir qual o desperdício de energia que ocorre ao se usar um estabilizador versus plugar o PC direto na tomada, você pode não enxergar diferença nenhuma se esta for menor que 10W. [30/05/2010] As unidades vendidas agora pela DX, com a marca DEBUY, tem resolução de 1W.
4
É o valor da energia consumida no útimo intervalo completo de uma hora energizada. Por exemplo, Se o indicador de tempo estiver mostrando 157:32, o valor exibido aqui foi o total consumido entre 156:00 e 157:00. Está marcando zero ao lado porque a carga passou mais de uma hora desligada.

Protegido por EEPROM.

5
(kWh/dia). É o valor da energia consumida no último intervalo completo de 24H energizado. Por exemplo, se tiverem se passado 52:00 de operação, o valor exibido no display é o consumido entre 24:01 e 48:00. O consumido entre 48:01 até 52:00 está sendo acumulado para a próxima virada de 24H.

Protegido por EEPROM.

6
(kWh/mês). A julgar pelo que determinei para kWh/h e kWh/dia, deve ser o do último intervalo completo de um mês energizado. E não dos últimos 30 dias. Está marcando zero ao lado porque este medidor não completou ainda um mês ligado desde o último reset.

Protegido por EEPROM.

7
Total de tempo em que o PMM2010 esteve energizado. Note que isso não tem nada a ver com o tempo de operação da carga e um medidor conectado 24H só vai parar de contar caso falte energia. O limite teórico é de 10000 horas (>416 dias). No display, 630 horas e 52 minutos.

Protegido por EEPROM.

Interpretando os símbolos no display

Provavelmente, “por dia”
Por mês.
Aparece para as leituras 1, 4, 5 e 6. O que essas quatro leituras tem em comum é que mostram “consumo de energia”.
Perceba que este par de símbolos só é exibido para as leituras 2 e 3, então eu suponho que signifique algo como “valor instantâneo” ou “potência da carga”.
Este par de símbolos só é exibido para a leitura 3, então eu suponho que signifique algo como “valor de pico” ou “máximo”. O símbolo de baixo significa algo como “cabeça”.

Precisão

Medir corretamente consumo de energia elétrica não é algo simples e eu já comprei meu primeiro PMM2010 com um pé atrás, antecipando que ia ter que fazer um monte de testes antes de poder confiar nele. Minha confiança em sua precisão cresceu quando o desmontei, identifiquei o CI de medição e li seu datasheet, que detalha o método usado para calcular a potência. O PMM2010 mede energia ativa (real, medida em Watts), o mesmo tipo que é medido pelos medidores kWh residenciais no Brasil. Ele não mede a chamada potência aparente (medida em VA), mas isso é irrelevante para qualquer consumidor residencial.

Segundo a resolução 456 da ANEEL, A medição do fator de potência (FP) para consumidores do tipo B (isso inclui residências) é facultativa. Não é que seja proibida. A concessionária nem precisa instalar um medidor permanente, desde que determine o FP medindo por sete dias consecutivos. Assim sendo, legalmente pode existir alguma eventual exceção de residência que precise pagar por potência aparente, mas o custo de se medir e cobrar isso do consumidor de baixa potência em geral não vale a pena para a concessionária e eu não conheço nenhum caso onde isso ocorra.

Eu conectei um PMM2010 no circuito principal do meu apartamento (no momento eu jamais tenho uma carga maior que 2200W) por três meses e o resultado foi esse:

Após 2185h 36m (91 dias) energizado:

Medidor oficial: 695.3kWh

PMM2010: 679.74kWh

A diferença, em torno de 2,2%, embora maior que a precisão anunciada do produto (1%), ainda é aceitável. Até mesmo porque o próprio medidor oficial (eletromecânico) pode ter um erro. E não podemos esquecer que o PMM2010 é muito barato.

Mesmo que a carga total em sua residência seja maior que a máxima do PMM2010 você ainda pode usá-lo para aferir seu medidor oficial. Basta que você instale o PMM2010 no ponto apropriado e passe pelo menos algumas horas sem ligar suas cargas de maior consumo (ar condicionado, chuveiro elétrico, etc) e comparar a medição do PMM2010 com a medição oficial nesse período. Se sua casa é dividida em vários circuitos você pode instalar um PMM2010 em cada um deles e somar as medições.

Análise do circuito

O Filtro de EMI

[30/05/2010] As unidades vendidas agora pela DX, com a marca DEBUY, não tem mais esse capacitor.

O objetivo do capacitor de 10nF (0.01uF) entre fase e neutro é filtrar ruído originado fora (e antes) do medidor. Tenha em mente que um capacitor tem uma resistência (o termo correto nesse caso é reatância) que diminui à medida que a frequência aumenta. O valor é escolhido de forma que para a frequência da rede elétrica (50 ou 60Hz) a resistência seja elevada, mas para ruídos de alta frequência o capacitor aja como um curto-circuito.

O capacitor é da classe X2, que é uma classe específica para uso entre fase e neutro onde não se espera transientes de mais que 1.2KV (para mais que isso a classe X1 é usada).

Devido à presença deste capacitor e do capacitor da fonte transformerless (adiante), é normal que o PMM2010 fique morno mesmo sem carga alguma.

Observe também que o capacitor é marcado como “apenas” 275V quando a regra geral que um hobbysta de eletrônica conhece é usar sempre um com o dobro da voltagem que a “normal” do circuito. Essa regra não vale para capacitores classe X e a tensão marcada já é a tensão de operação. É normal ver capacitores desse tipo de “apenas” 250V na entrada da fonte de aparelhos fabricados para operação em 110-220V.

Se estivesse instalado em um filtro de linha você veria um resistor em paralelo com o capacitor (bleed resistor) para descarregá-lo e assim evitar que o usuário leve um choque ao tocar nos pinos do plug desconectado. Mas o próprio circuito do PMM2010 se encarrega disso.

MPX significa que o dielétrico é de filme de polipropileno metalizado (esse capacitor tem uma característica de auto-regeneração) e DAIN é o fabricante.

Referências: 1 e 2

Placa de Fonte e Medição

Eu tenho dois modelos. Em um deles a placa é revisão 2B (28/12/2007) e no outro é revisão 2E (15/08/2008).

Nas duas placas abaixo eu destaquei os componentes da fonte transformerless de 5V. O restante do circuito é todo dedicado à medição. Metade dos resistores SMD que você vê estão ligados em série e fazem parte do redutor de tensão que mede a tensão da rede. Como a fonte não tem transformador, o circuito inteiro dá choque e pode matar, não importando qual seja a tensão DC presente. Atenção redobrada é requerida na hora de fazer qualquer “hack”.

Abaixo, a placa 2B. As setas apontam onde estão as gambiarras, que não ficam muito claras na foto.

Abaixo, a placa 2E. A placa é um pouco maior, nenhuma gambiarra é visível e existe previsão para um novo CI. Pela disposição dos pinos e ligações, trata-se de um optotriac. E um de seus pinos está ligado ao pino do conector que na placa B1 não está conectado a nada. Pela forma como os componentes ausentes estão interconectados eu presumo que trata-se da parte de força de um circuito de timer, que desliga a carga depois de um tempo programado.

Acima, a placa 2B. Os dois capacitores SMD que você (quase não) vê no canto superior esquerdo (outra gambiarra) são C12 e C13 na placa 2E.
Não existe método direto de se medir potência elétrica. Sempre é necessário medir tensão e corrente (que também se mede indiretamente) e multiplicar esses valores. A medição de tensão no PMM2010 é feita por um looongo redutor de tensão com resistores SMD e a medição de corrente é feita no circuito destacado ao lado, que converte a corrente que passa pelo shunt em uma tensão proporcional.

A grande barra metálica é o shunt. É interessante notar que esse shunt é capaz de conduzir bem mais que 10A. O limite estabelecido para o PMM2010 pode ser devido ao resto das conexões, como as tomadas frontais folgadas. Talvez com um mínimo de modificações seja possível medir bem mais que 2200W com o aparelho, mas primeiro é preciso verificar se a 2200W o shunt já não entrega o máximo de tensão permitido pelo chip de medição. A calibração do medidor depende imensamente da integridade deste shunt.

A medição é baseada no chip ADE7755 (datasheet).

O ADE7755 permite diferentes configurações, mas da forma como está instalado no PMM2010 está sendo usada a máxima escala e a potência é transformada em um sinal de frequência de até 5.5kHz que está presente no pino CF do ADE7755. Eu não esbarrei ainda na parte do datasheet que explica a relação potência/frequência, mas supondo que seja de 1W para cada Hz, a máxima potência mensurável pelo PMM2010 seria de 5500W.

O sinal CF do chip está disponível em um dos pinos do conector P1. É possível usar um acoplador óptico para disponibilizar esse sinal fora do aparelho e fazer uma conexão com o computador. O datasheet não diz isso diretamente, mas dá uma dica de com fazer a interface na pagina 8, como mostra a figura ao lado.

É importante frisar que o uso do optoacoplador é essencial, pois do contrário a interface dará choque.

Conectar o PMM2010 a um computador traz os seguintes benefícios:

  • Não estar mais limitado à resolução de +-5W, que deve existir em função apenas do display;
  • Elaborar gráficos de consumo (para saber, por exemplo, em que horas ou dias se consome mais);
  • Implementar alarmes.

Tudo depende de se conseguir implementar um frequencímetro confiável no PC. Eu estou avaliando opções e o mais simples e desejável circuito usa a entrada LINE IN da placa de som (qualquer uma) e o resto depende de software. O problema é que não faço a menor idéia de como medir a frequência de um sinal na LINE IN usando delphi. Outras opções simples usam a porta paralela do PC, mas por usarem interrupções (IRQ) podem provocar uma carga excessiva (CPU constantemente a 100%) mesmo em PCs modernos.

Placa CPU

Por baixo da placa de medição/fonte, temos a placa CPU. Existem duas revisões: 1B (28/12/2007) e 1D (08/06/2008).

Acima, fotos da placa CPU 1B. Note que aparentemente o projetista da placa esqueceu que o circuito precisava de uma EEPROM, porque tiveram que fazer uma gambiarra para soldar o chip.

Abaixo, a CPU 1D. Não há mais gambiarras.

Através do cabo de 4 fios vem alimentação de 5V e a potência instantânea consumida codificada em frequência. A CPU se encarrega de manter o registro de quantas horas o aparelho permaneceu ligado, exibir os dados no display e armazenar na memória. A “CPU” propriamente dita (um microcontrolador) está debaixo da bolha de epoxi.

O chip visível é um ATMLH806 na placa 1B e ATMLH826 na placa 1D, que praticamente não existem para o google. Pela disposição e uso dos pinos dá para deduzir que seja uma memória eeprom I2C fisicamente compatível com a série AT24C da Atmel.

O propósito de J2 ainda é desconhecido, mas como na placa 1D ele claramente joga +5V para o microcontrolador através de R27 eu suponho que isso ative alguma função (o timer, talvez) ou mude algum parâmetro do medidor.

Cuidado para a estranha escolha de cores dos fios não confundir você:

  • Preto : +5V (1B) ou CF (1D);
  • Vermelho : CF (1B) ou +5V (1D);
  • Branco : 0V;
  • Amarelo : NC

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