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利用Pico示波器分析電源及其功率因數(shù)

發(fā)布時(shí)間:2015-07-20 責(zé)任編輯:tomruanduo

【導(dǎo)讀】Pico示波器可以作為示波器、信號(hào)發(fā)生器,頻譜分析儀,也可以作為一臺(tái)功率分析儀。利用Pico示波器內(nèi)置的高級(jí)數(shù)學(xué)函數(shù)功能測(cè)量電源功率,計(jì)算出功率因數(shù)。我們將以臺(tái)扇為例子,完成電源分析及其功率因數(shù)實(shí)驗(yàn)。


1、系統(tǒng)配置
 
本實(shí)驗(yàn)之所以臺(tái)扇為例,是因?yàn)槠鋬?nèi)置一個(gè)小的交流電動(dòng)機(jī),能夠產(chǎn)生一個(gè)典型的電流波形和低的功率因子。
測(cè)試儀器如下:
  
臺(tái)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(xiàng)。之后,打開風(fēng)扇,我們看到一個(gè)PicoScope界面顯示一個(gè)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(gè)干凈的240V正弦波(Figure 2)。
 
3、測(cè)量和計(jì)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(gè)新通道,看起來類似于輸入通道,但是卻是對(duì)一個(gè)或多個(gè)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(jì)算瞬時(shí)功率。通過菜單”工具>數(shù)學(xué)通道“打開一個(gè)數(shù)學(xué)通道對(duì)話框,然后勾選羅列在對(duì)話框中的“A*B函數(shù)“(對(duì)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(gè))。這樣就創(chuàng)建了第三個(gè)通道,用于顯示瞬時(shí)功率隨時(shí)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(duì)比更加明顯。綠色曲線顯示每個(gè)工頻周期內(nèi)瞬時(shí)功率隨著電扇發(fā)動(dòng)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(gè)自動(dòng)測(cè)量值。在PicoScope 6中有一個(gè)快捷按鈕,點(diǎn)擊打開增加測(cè)量值對(duì)話框,選擇通道源和測(cè)量值類型。這里增加3個(gè)測(cè)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(cè)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(cuò)誤,這里測(cè)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(gè)標(biāo)尺來將測(cè)量值的計(jì)算時(shí)長限制在20ms或者40ms內(nèi),從而達(dá)到精確測(cè)量的。


計(jì)算功率因子
  
測(cè)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(píng)估功率因子(pf),計(jì)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(gè)電源周期下的平均值。
  
PR=19.32W,視在功率PA也是很容易計(jì)算的。它是由產(chǎn)品電流和電壓的RMS值來計(jì)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(gè)小的AC電動(dòng)機(jī)的期望值。
 
利用Pico軟件中內(nèi)置的測(cè)量和計(jì)算功能,很容易計(jì)算出設(shè)備的實(shí)際功率,實(shí)在功率和功率因子。功率因子參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的資格預(yù)審測(cè)試非常有幫助,節(jié)約測(cè)試成本。
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