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(jì)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(tái)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(tái)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(tái)扇的功率因數(shù)。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(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)測量值。在PicoScope 6中有一個(gè)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(gè)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(cuò)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(gè)標(biāo)尺來將測量值的計(jì)算時(shí)長限制在20ms或者40ms內(nèi)，從而達(dá)到精確測量的。

計(jì)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(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。

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(jì)算功能，很容易計(jì)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(shí)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。