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如何用Pico示波器進(jìn)行電源及其功率因數(shù)的分析

如果你需要測量電源功率,甚至計算出功率因數(shù),那么Pico示波器內(nèi)置的高級數(shù)學(xué)函數(shù)功能完全可以作為一臺功率分析儀來使用。即Pico示波器除了可以作為示波器、信號發(fā)生器,頻譜分析儀使用外,還可以作為一臺功率分析儀。

      如果你需要測量電源功率,甚至計算出功率因數(shù),那么Pico示波器內(nèi)置的高級數(shù)學(xué)函數(shù)功能完全可以作為一臺功率分析儀來使用。即Pico示波器除了可以作為示波器、信號發(fā)生器,頻譜分析儀使用外,還可以作為一臺功率分析儀。下面介紹其具體使用。

 1、系統(tǒng)配置

  本實(shí)驗(yàn)主要用來測試電源供電的臺扇的功率因數(shù)。之所以臺扇為例,是因?yàn)槠鋬?nèi)置一個小的交流電動機(jī),能夠產(chǎn)生一個典型的電流波形和低的功率因子。

  測試儀器如下:
  ≈ 臺扇,額定功率25W,220V~240V
  ≈ PicoScope 3206 PC示波器(2通道
  ≈ 筆記本電腦,安裝PicoScope 6 軟件
  ≈ Pico TA009 60A 電流鉗
  ≈ Pico TA041 700V差分探頭
  ≈ 改良的延長線,主要將火線和地線分開,用熱收縮套管保護(hù),以起到雙絕緣的效果

  ≈ 電源接線盒,便于差分探頭輸入端4mm插頭安全的插接在電源上。

 2、通道設(shè)置

  將風(fēng)扇插入改良過的延長線中,然后再插入電源。打開電流鉗,按“ZERO”按鈕歸零,然后將電流鉗夾在延長線的火線上,電流鉗BNC端連接到示波器的A通道。打開筆記本電腦上的PicoScope 6軟件,設(shè)置A通道觸發(fā),選擇A通道定制探頭中的”60A current clamp(20A mode)”選項。之后,打開風(fēng)扇,我們看到一個PicoScope界面顯示一個有噪聲的失真的正弦波形(Figure 1)。

  打開差分探頭,設(shè)置x100檔位,連接到B通道,選擇x100 定制探頭,然后我們看到一個干凈的240V正弦波(Figure 2)。

 3、測量和計算

  在采集到風(fēng)扇的電壓和電流波形之后,我們就可以用Pico示波器的數(shù)學(xué)通道功能。首先創(chuàng)建一個新通道,看起來類似于輸入通道,但是卻是對一個或多個通道進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算得到的。該實(shí)驗(yàn)中,我們需要計算瞬時功率。通過菜單”工具>數(shù)學(xué)通道“打開一個數(shù)學(xué)通道對話框,然后勾選羅列在對話框中的“A*B函數(shù)“(對話框中羅列了常用的函數(shù),如果沒有您需要的函數(shù),可以自己用公式創(chuàng)建一個)。這樣就創(chuàng)建了第三個通道,用于顯示瞬時功率隨時間的變化。默認(rèn)情況下,該功率通道垂直軸的單位是”?“,因此我們需要將其改為”W“,國際單位制中的瓦特。我們也可以將該通道曲線的顏色改為綠色,這樣對比更加明顯。綠色曲線顯示每個工頻周期內(nèi)瞬時功率隨著電扇發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)和電流相位的變化情況(如Figure3所示)。

  接下來是添加一個自動測量值。在PicoScope 6中有一個快捷按鈕,點(diǎn)擊打開增加測量值對話框,選擇通道源和測量值類型。這里增加3個測量值:數(shù)學(xué)通道中的DC平均值,輸入電流和電壓的RMS值(如Figure4所示)。

  測量表格中顯示該設(shè)備運(yùn)行的平均功率是19W,這也正好跟風(fēng)扇低功率模式下的值相符。不過還有一點(diǎn)小小的錯誤,這里測試的是50ms內(nèi)的平均電源功率,卻不是20ms的整數(shù)倍周期的平均功率。我們其實(shí)可以通過兩個標(biāo)尺來將測量值的計算時長限制在20ms或者40ms內(nèi),從而達(dá)到精確測量的。

  計算功率因子

  測量表格中的第二行和第三行分別是電流和電壓的RMS值?,F(xiàn)在我們有足夠的數(shù)據(jù)來評估功率因子(pf),計算公式如下:

  pf= PR/PA

  其中PR是實(shí)際功率,PA是視在功率,兩者都是一個電源周期下的平均值。

  PR=19.32W

  視在功率PA也是很容易計算的。它是由產(chǎn)品電流和電壓的RMS值來計算的。

  PA=0.1307A×246.9V≈32.27 W

  所以功率因子

  Pf≈19.32W/32.27W≈0.60

  功率因子總是在0~1的范圍內(nèi),0表示純電容或電感負(fù)載,1表示純電阻負(fù)載,因此0.60是一個小的AC電動機(jī)的期望值。

  4、結(jié)論

  這里我們已經(jīng)看到如何用PicoScope來查看電源功率波形。用Pico6軟件中內(nèi)置的測量和計算功能,很容易計算出設(shè)備的實(shí)際功率,視在功率和功率因子。功率因子參數(shù)在產(chǎn)品的資格預(yù)審測試中是非常有用的,同時也可以省下額外購買測試低功率因子電子設(shè)備的費(fèi)用。

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