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Pico实验室应用实例 主电源分析 - 测量功率因数

时间:2022-03-23 来源:

设置
我们将测量主电源台式风扇的功率因数。选择该器具是因为它包含一个小型交流电动机,因此可能具有有趣的电流波形和低功率因数。测量设备如下:

  • 1.台式风扇,额定功率为25 W,220 V至240 V.

  • 2.PicoScope 3206 PC示波器。我们可以在PicoScope系列中使用任何双通道或四通道PC示波器。

  • 3.笔记本电脑运行PicoScope软件

  • 4.Pico TA009 60 A电流钳

  • 5.Pico TA041 700 V差分探头

  • 6.修改了13 A扩展引线。这使得带电导体与中性导体和接地导体分离并形成环。电缆采用热缩套管保护,使整个组件安全地双重绝缘。

  • 7.主要突破箱。这样,差分探头输入引线上带有4毫米带罩的插头可以安全地连接到主电源。

                                       图1:Bing设备

设置输入通道
我们将风扇插入改进的延长线,然后我们将其插入电源。然后我们接通电流钳,按下“ZERO”按钮并将其钩在延长线上的带电导体环上。电流钳的BNC引线连接到示波器上的通道A. 然后我们在笔记本电脑上运行PicoScope并将其设置为在通道A上触发,并从通道A设置菜单中选择'60 A电流钳(20 A模式)'自定义探头。打开风扇后,我们在PicoScope显示屏上看到了一个嘈杂的,扭曲的正弦波。然后我们打开差分探头,将其设置为'x100'范围,并将其连接到示波器的通道B. 通过为通道B选择“x100”自定义探头,我们在显示器上看到了干净的正弦波240 V波形图1:嘈杂,失真的正弦波图2:清洁正弦240 V波形测量和计算
当电流和电压轨迹以正确的单位显示时,我们转向PicoScope中的数学通道功能。这创建了一个新的通道,其外观类似于输入通道,但是由一个或多个输入的数学函数形成。在这个实验中,我们想要计算瞬时功率。单击数学通道按钮(数学按钮)打开数学通道对话框,我们发现列出了'A * B'功能,并勾选复选框将其打开。(列出了最常见的功能,但是如果你想要的功能不在那里,你可以输入你自己的等式。)这给了我们第三个通道,显示了瞬时功率与时间的关系。默认情况下,PicoScope显示'?' 作为每个新数学通道垂直轴上的单位符号,我们将其更改为“W”,表示功率的SI单位。我们还将迹线的颜色更改为绿色以获得更好的对比度。绿色迹线(底部)显示瞬时功率在每个电源周期中的变化情况,具体取决于风扇电机的旋转和电流的相位。

下一步是添加一些自动测量。使用PicoScope,只需单击“添加测量”按钮(数学按钮)并选择源通道和测量类型即可。我们添加了三个测量值:数学通道的DC平均值(以及平均功率),以及电流和电压输入通道的RMS值。测量表显示平均功率约为19 W,这是我们对该风扇在低功率设置下的预期。这里的计算存在一个小误差,因为我们在50 ms的周期内平均了功率,这不是20 ms周期时间的整数倍。我们可以通过在示波器视图上设置两个20 ms或40 ms的标尺并将测量限制在它们之间的间隔来提高我们的精度

       图3:每个电源周期的瞬时功率变化图4:测量表显示平均功率约为19 W.

计算功率因数
表中的第二行和第三行显示RMS电流和RMS电压。我们现在有足够的信息来计算功率因数(pf),其定义如下:pf = PR / PA其中PR是实际功率而PA是视在功率,两者均在电源波形的一个周期内平均。PR = 19.32 WPA,视在功率,易于计算。它被定义为RMS电流和RMS电压的乘积,我们在表的第二和第三行中有:PA = 0.1307 A x 246.9V≈32.27W所以功率因数是:pf≈19.32W / 32.27W≈0.60功率因数始终在0到1的范围内,0表示纯电感或容性负载,1表示纯电阻负载,因此0.60与我们对小型交流电机的预期大致相同。


结论
我们已经看到PicoScope如何仅使用Pico Technology提供的基本设备或大多数电气实验室中的基本设备来查看主电源波形。通过程序内置的测量和计算功能,可以轻松计算实际和视在功率以及功率因数。功率因数对产品的资格预审测试非常有用,可以节省因功率因数低的设备而导致的过多电费。



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