Jak obliczyć moc rzeczywistą i współczynnik mocy za pomocą oscyloskopu?

Próbuję obliczyć rzeczywiste zużycie energii przez moje urządzenie w trybie gotowości, ale aby to zrobić, muszę ustalić jego współczynnik mocy z powodu:

$\text{Real Power} = V_\text{rms}\times I_\text{rms}\times PF$

Teraz moje urządzenie, podobnie jak wiele innych urządzeń IT, nie ma idealnej sinusoidalnej krzywej prądu, więc nie mogę po prostu obliczyć przesunięcia fazowego, które może wykonać cos (theta).

Przeczytałem trochę dokumentacji dla aplikacji Arduino i najwyraźniej możesz obliczyć Rzeczywistą Moc, wykonując kilka chwilowych próbek prądu i napięcia, mnożąc je i po prostu uzyskując średnią. Wyjąłem więc zakres i zdecydowałem się na 1000 próbek.

Oto wykres:

Wyeksportowałem te dane do arkusza programu Excel i uzyskałem następujące wartości:

$V_\text{rms} = 118.96V\text{ (RMS)}$

$I_\text{rms} = 0.02024A\text{ (RMS)}$

$S \text{ (apparent power)} = 2.40792\text{ VA}$

$P \text{ (real power)} = 0.93713\text{ W}$

To daje mi współczynnik mocy wynoszący

$PF = 0.93713/2.40792 = 0.38919\text{ ← This is a very low power factor.}$

Użyłem mojego urządzenia Kill-a-Watt i to mówi mi, że mój współczynnik mocy wynosi około 0,6 średniej.

Próbowałem przeprowadzić dochodzenie online, jeśli coś przeoczyłem, i zauważyłem stronę internetową, która mówi, że obecna sonda dla lunety powinna mieć „strzałkę przepływu” wskazującą źródło, w moim przypadku gniazdko prądu zmiennego. Zauważyłem, że już to miałem i naprawiłem to. Wykres jest następujący:

Daje mi to prawie takie same wartości RMS, ale kiedy próbuję obliczyć moc rzeczywistą poprzez pomnożenie chwilowych odczytów napięcia i prądu i ich uśrednienie, otrzymuję rzeczywistą moc:

$P = -1.02W$

Czy któryś z was z większym doświadczeniem wskaże mi właściwy kierunek. Co ja robię źle?

Myślę, że próba użycia do tego wartości RMS napięcia i prądu nie zadziała. Wyobraź sobie przesunięcie fali prądu 4 ms później; ani napięcie RMS, ani prąd RMS nie zmieniłyby się wcale, ale pobierana moc zmieniłaby się o rząd wielkości.

Chwilowa moc pobierana przez obwód wynosi V * I. W dowolnym krótkim czasie dt pobrana energia wyniesie V * I * dt. Energia zużywana w ciągu 1s, pobierana moc, będzie całką V * I * dt od T = 0 do T = 1s. Możesz to obliczyć bezpośrednio z przykładowych wartości w arkuszu kalkulacyjnym programu Excel. Przy każdej próbce pomnóż napięcie chwilowe przez prąd chwilowy, a to da chwilową pobieraną moc. Pomnóż to przez interwał próbkowania, a to jest energia zużywana w tym interwale próbkowania. Dodaj je wszystkie w jednym cyklu prądu przemiennego i pomnóż przez liczbę cykli na sekundę, czyli energię pobieraną na sekundę, zwaną inaczej mocą.

Patrząc na wykresy zasięgu, prąd pobierany przez obwód wynosi zwykle 0. Raz na półcykl prądu przemiennego prąd wzrasta bardzo szybko do około 90 mA, a następnie spada liniowo do 0 w ciągu około 820us. Jest to obwód 60 Hz, więc robi to co 8,3 ms. Kiedy obwód pobiera prąd, napięcie jest mniej więcej stałe przy 170 V. Jest to średni prąd 45 mA w stosunku do 820us przy 170 V = 7,65 W, ale zajmuje to tylko 1/10 całkowitego czasu, więc końcowy pobór mocy wynosi 0,76 W.

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​prawdopodobieństwo podłączenia sondy prądowej do tyłu wynosi dokładnie 0,5!

W systemach takich jak sprzęt IT, w których spadek współczynnika mocy jest spowodowany działaniem prostownika, a nie czysto indukcyjnym lub pojemnościowym przesunięciem fazowym, współczynnik mocy oblicza się metodą współczynnika K, który jest funkcją poszczególnych składowych prądu harmonicznego. Zawartość harmonicznych jest obliczana przy użyciu FFT próbkowanego przebiegu prądu.

Twój zakres z serii 5000/6000 (co jest całkiem piękne - używam go każdego dnia w pracy) nie jest odpowiednim narzędziem do tego zadania. Naprawdę powinieneś kupić lub wynająć miernik mocy do tego rodzaju pracy.

Xitron ma dobry artykuł na temat metod matematycznych mierników mocy , a Googling również daje pewne trafienia .

Sonda prądowa jest zasadniczo transformatorem jednoobrotowym. Nie ma znaczenia, w którym kierunku sonda jest umieszczana na mierzonym przewodzie. Jedynym celem strzałki jest wskazanie, że prąd przepływający w tym kierunku będzie wyświetlany na oscyloskopie jako napięcie dodatnie. Zauważ, że po przełączeniu sondy kształt fali pozostał taki sam, ale polaryzacja na oscyloskopie uległa odwróceniu. Jest to ważne, gdy należy ustalić fazę między prądem a innym napięciem lub prądem. Nie ma to wpływu na kształt fali i amplitudę.