Nous vous présentons aujourd'hui un produit qui était en gestation chez Yoctopuce depuis plus de deux ans: le Yocto-Watt-V2-C. Car cette fois, nous ne nous sommes pas contentés de mettre un connecteur USB Type C sur le Yocto-Watt. Nous en avons profité pour apporter des améliorations significatives au produit, qui en font un instrument de mesure encore plus intéressant que la version précédente.
La fonction de base qui a fait le succès du Yocto-Watt reste inchangée: il s'agit d'un capteur électrique USB pour mesurer la tension, le courant et la puissance consommée, aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif, et doté d'une isolation renforcée permettant des mesures directement sur le courant du secteur.
Le Yocto-Watt-V2-C ressemble comme deux gouttes d'eau au Yocto-Watt
Fréquence d'échantillonnage
Profitant du retour d'expérience sur 12 ans de ventes du Yocto-Watt, nous avons choisi de remplacer le convertisseur A/D 16 bits avec échantillonnage à 600 Hz par une version 24 bits à 5.3 kHz. En effet, l'échantillonnage à 600 Hz est un facteur limitant pour:
- la plage de fréquence supportée pour le courant alternatif
- la précision des mesures en courant alternatif
- le calcul du cos Φ (facteur de déplacement)
L'échantillonnage synchrone à 600 Hz du Yocto-Watt lui permet tout juste de capturer 10 ou 12 échantillons par période selon la fréquence du secteur (50 Hz ou 60 Hz). Cela permet d'obtenir des mesures crédibles une fois moyennées sur quelques dizaines de périodes. Mais pour nos clients qui travaillent avec du courant alternatif à 400 Hz, ça n'est pas utilisable. C'était la première limitation que nous voulions lever.
Même à 50Hz ou 60Hz, dans certains cas la fréquence d'échantillonnage peut avoir une énorme importance. C'est surtout le cas pour les appareils récents, conçus pour économiser l'énergie, qui utilisent une alimentation à découpage. Voici un profil de consommation de courant typique d'une alimentation à découpage, en fonction de la variation sinusoïdale de la tension:
Profil de consommation typique d'une alimentation à découpage à bas régime
Pour calculer précisément la puissance consommée par ce type de consommateur, il faut être capable de mesurer la tension à l'instant précis de la période où le pic de courant a lieu, ce dont le Yocto-Watt original n'est pas capable. Il a donc tendance à sous-estimer la consommation dans ce genre de situations, l'erreur pouvant atteindre 20% pour les charges à forte distorsion harmonique. La nouvelle version corrige ce défaut grâce à son échantillonnage à 5.3 kHz.
La version originale du Yocto-Watt n'est pas non plus toujours capable de calculer le véritable facteur de déplacement entre tension et courant (DPF, appelé aussi cos Φ). Il ne peut estimer que le facteur de puissance (PF), qui ne correspond pas forcément au cos Φ dans le cas de charges à forte distorsion harmonique. Le Yocto-Watt-V2-C dispose lui d'assez d'échantillons pour estimer ces deux grandeurs et fournir des valeurs distinctes:
Facteur de puissance et cos(Phi) sont deux choses différentes
Capture du profil de consommation
Comme le Yocto-Watt-V2-C est capable d'échantillonner les mesures de tension et de courant avec une résolution de μs environ, on s'est dit que ce serait utile de mettre l'enregistrement détaillé à disposition de l'utilisateur à travers notre API, pour permettre une visualisation ou une analyse harmonique par exemple. C'est d'ailleurs l'interface Web du Yocto-Watt-V2-C qui nous a permis d'obtenir le profil de consommation illustré ci-dessus, permettant à l'utilisateur de comprendre instantanément le type de charge auquel il a affaire.
Et puisque les échantillons capturés sont disponibles, on s'est rendu compte qu'il était très utile de pouvoir demander au module de mémoriser la capture correspondant à un événement particulier recherché, comme une pointe de consommation par exemple. Nous avons donc ajouté une interface permettant de sélectionner un critère de mémorisation automatique, en fonction du paramètre dont on cherche le maximum ou le minimum:
Capture automatique avec recherche d'extremum
Une fois le critère sélectionné, il suffit d'attendre quelques secondes et le Yocto-Watt-V2-C peut fournir l'enregistrement des mesures autour de l'événement choisi.
Cette fonction est bien entendu utilisable aussi bien sur un appareil alimenté en courant continu que sur le secteur. Il est donc très facile de mesurer la consommation de pointe à l'allumage d'un appareil, par exemple.
Comparaison avec les compteurs d'énergie connectés
À la sortie du Yocto-Watt il y a douze ans, il n'existait pour ainsi dire aucun autre wattmètre abordable avec une API permettant de faire des mesures de puissance sur le secteur et de les lire depuis un ordinateur. Avec l'avènement des compteurs d'énergie connectés, la situation est très différente aujourd'hui: il existe une multitude de petits compteurs d'énergie dits intelligents, capables de faire des mesures de puissance et de les transmettre par Wi-Fi. Alors, le Yocto-Watt-V2-C est-il encore pertinent pour les mesures sur le secteur ? Pour en avoir le coeur net, nous avons fait quelques tests...
Nous avons testé quelques compteurs connectés...
Voici nos observations générales:
- Tous ces capteurs sont bien entendu limités à une utilisation sur le secteur: pas de mesure en courant continu.
- Ils ne fonctionnent que sur la base d'une liaison sans fil (2.4 GHz), soit directement avec un téléphone portable, soit via le Wi-Fi, mais parfois avec une obligation de passer par un serveur cloud.
- En termes de précision pour la mesure de puissance, c'est tout à fait correct, si ce n'est que la plupart de ces compteurs ne voient simplement pas les charges inférieures à 3 W. Aucun d'entre eux n'est capable de mesurer une charge inférieure à 1 W.
- Aucun de ces capteurs n'indique le facteur de puissance, ni le cos Φ évidemment.
- La fréquence de rafraîchissement des mesures sur l'applications correspondante est tellement basse qu'elle ne permet pas de se rendre compte des variations de consommation, lorsque celle-ci n'est pas constante.
- Un seul sort du lot: le module Shelly 1PM Mini Gen4 WiFi, qui offre une véritable API documentée ainsi qu'une interface Web avec une fréquence de rafraichissement acceptable. Mais n'espérez pas les 10Hz du Yocto-Watt-V2-C...
À notre avis, le capteur Shelly est clairement supérieur aux autres sur tous les plans, y compris en ce qui concerne sa consommation électrique propre, qui est la plus basse - deux fois moindre que le capteur le plus gourmand, qui consomme lui plus de 1.6 W. Mais ces compteurs ne sont clairement pas destinés à la même utilisation que le Yocto-Watt-V2-C. Ils sont adéquats pour une surveillance de consommation à la maison, sur le long terme et sans trop de détails, mais ne sont pas destinés à fournir rapidement une information précise sur un consommateur électrique particulier.
Conclusion
Le Yocto-Watt-V2-C est certes 15% plus cher que la version précédente, en raison de ses composants électroniques plus évolués. Mais avec sa vitesse d'échantillonnage décuplée et sa capacité à enregistrer le profil de consommation, le Yocto-Watt-V2-C fournit des mesures comparables à celles des analyseurs de puissance professionnels, à un prix bien plus abordable.
