Pico示波器進(jìn)行電源及其功率因數的分析

發(fā)布時(shí)間:2018-3-28 11:06    發(fā)布者:zierchinawh
關(guān)鍵詞: pico示波器 , 電源 , 功率因素
Pico示波器進(jìn)行電源及其功率因數的分析
------上海子爾
如果你需要測量電源功率,甚至計算出功率因數,那么Pico示波器內置的高級數學(xué)函數功能完全可以作為一臺功率分析儀來(lái)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、系統配置
  本實(shí)驗主要用來(lái)測試電源供電的臺扇的功率因數。之所以臺扇為例,是因為其內置一個(gè)小的交流電動(dòng)機,能夠產(chǎn)生一個(gè)典型的電流波形和低的功率因子。
  測試儀器如下:
① 臺扇,額定功率25W,220V~240V
② PicoScope 3206 PC示波器(2通道
③ 筆記本電腦,安裝PicoScope 6 軟件
④ Pico TA009,60A電流鉗
⑤ Pico TA041,700V差分探頭
⑥ 改良的延長(cháng)線(xiàn),主要將火線(xiàn)和地線(xiàn)分開(kāi),用熱收縮套管保護,以起到雙絕緣的效果
⑦ 電源接線(xiàn)盒,便于差分探頭輸入端4mm插頭安全的插接在電源上。
2、通道設置
將風(fēng)扇插入改良過(guò)的延長(cháng)線(xiàn)中,然后再插入電源。打開(kāi)電流鉗,按ZERO”按鈕歸零,然后將電流鉗夾在延長(cháng)線(xiàn)的火線(xiàn)上,電流鉗BNC端連接到示波器的A通道。打開(kāi)筆記本電腦上的PicoScope 6軟件,設置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(kāi)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(見(jiàn)Figure 1所示)。
打開(kāi)差分探頭,設置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(見(jiàn)Figure 2所示)。
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示波器的數學(xué)通道功能。首先創(chuàng )建一個(gè)新通道,看起來(lái)類(lèi)似于輸入通道,但是卻是對一個(gè)或多個(gè)通道進(jìn)行數學(xué)運算得到的。該實(shí)驗中,我們需要計算瞬時(shí)功率。通過(guò)菜單工具>數學(xué)通道打開(kāi)一個(gè)數學(xué)通道對話(huà)框,然后勾選羅列在對話(huà)框中的“A*B函數”(對話(huà)框中羅列了常用的函數,如果沒(méi)有您需要的函數,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(xiàn)的顏色改為綠色,這樣對比更加明顯。綠色曲線(xiàn)顯示每個(gè)工頻周期內瞬時(shí)功率隨著(zhù)電扇發(fā)動(dòng)機的旋轉和電流相位的變化情況(見(jiàn)Figure3所示)。
接下來(lái)是添加一個(gè)自動(dòng)測量值。在PicoScope 6中有一個(gè)快捷按鈕,點(diǎn)擊打開(kāi)增加測量值對話(huà)框,選擇通道源和測量值類(lèi)型。這里增加3個(gè)測量值:數學(xué)通道中的DC平均值,輸入電流和電壓的RMS(見(jiàn)Figure4所示)。
測量表格中顯示該設備運行的平均功率是19W,這也正好跟風(fēng)扇低功率模式下的值相符。不過(guò)還有一點(diǎn)小小的錯誤,這里測試的是50ms內的平均電源功率,卻不是20ms的整數倍周期的平均功率。我們其實(shí)可以通過(guò)兩個(gè)標尺來(lái)將測量值的計算時(shí)長(cháng)限制在20ms或者40ms內,從而達到精確測量的。
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在我們有足夠的數據來(lái)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(gè)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(lái)計算的。
  PA=0.1307A×246.9V32.27 W
所以功率因子
  Pf19.32W/32.27W0.60
功率因子總是在0~1的范圍內,0表示純電容電感負載,1表示純電阻負載,因此0.60是一個(gè)小的AC電動(dòng)機的期望值。
4、結論
這里我們已經(jīng)看到如何用PicoScope來(lái)查看電源功率波形。用Pico6軟件中內置的測量和計算功能,很容易計算出設備的實(shí)際功率,視在功率和功率因子。功率因子參數在產(chǎn)品的資格預審測試中是非常有用的,同時(shí)也可以省下額外購買(mǎi)測試低功率因子電子設備的費用。
PICO.pdf (827.5 KB)



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