Як розрахувати реальний коефіцієнт потужності та потужності за допомогою осцилографа?

Я намагаюся обчислити реальне енергоспоживання мого пристрою в режимі очікування, але для цього мені потрібно визначити його коефіцієнт потужності через:

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

Тепер мій пристрій, як і багато інших ІТ-пристроїв, не має ідеальної кривої синусоїдального струму, тому я не можу просто обчислити зсув фази, що можна зробити cos (theta).

Я прочитав деяку документацію для програми Arduino і, мабуть, ви можете обчислити Real Power, зробивши кілька миттєвих вибірок струму і напруги, множивши їх і просто отримавши середнє значення. Тому я вийняв свою сферу застосування і вирішив отримати 1000 зразків.

Ось графік:

Я експортував ці дані на лист excel і отримав такі значення:

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

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

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

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

Це дає мені коефіцієнт потужності

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

Я використав свій пристрій Kill-a-Watt, і це говорить про те, що мій коефіцієнт потужності становить приблизно 0,6 в середньому.

Я спробував інвестувати в Інтернеті, якщо щось пропустив, і я помітив веб-сайт, який сказав, що в поточному зонді для області застосування його повинна бути "стрілка потоку", що вказує на джерело, в моєму випадку на мою розетку змінного струму. Я помітив, що мав це навпаки, і виправив це. Графік нижче:

Дає мені майже однакові значення RMS, але коли я намагаюся обчислити реальну потужність шляхом множення миттєвого напруги та поточних показань та відхилення їх, я отримую реальну потужність:

$P = -1.02W$

Чи може хтось із вас, хлопці з більшим досвідом, направити мене в правильному напрямку. Що я роблю неправильно?

Я думаю, що намагатися використовувати для цього значення RMS величин напруги та струму не виходить. Уявіть, як зрушити поточну форму хвилі на 4ms пізніше; ні напруга RMS, ні струм RMS не змінювались би взагалі, але потужність, що витягувалася, змінювалася б на порядок.

Миттєва потужність, яку отримує ваша схема, дорівнює V * I. У будь-який невеликий час dt витрачена енергія буде V * I * dt. Енергія, витрачена в 1s, потужність, яка буде зайнята, буде інтегралом V * I * dt від T = 0 до T = 1s. Ви можете обчислити це безпосередньо з вибіркових значень у вашій таблиці Excel. Кожен час вибірки помножуйте миттєву напругу на миттєвий струм, і це дає миттєву силу, яку витягуєте. Помножте це на інтервал вибірки, і це енергія, витрачена в цьому інтервалі вибірки. Додайте всіх тих, хто перебуває за цикл змінного струму, і помножте на кількість циклів в секунду, і це енергія, яка забирається в секунду, інакше відома як потужність.

Дивлячись на сліди масштабу, струм, який проводиться ланцюгом, зазвичай дорівнює 0. Один раз за півциклу змінного струму струм збільшується до приблизно 90 мА дуже швидко, а потім лінійно падає до 0 протягом приблизно 820us. Це ланцюг 60 Гц, тому він робить це кожні 8,3 мс. Коли ланцюг подає струм, напруга є більш-менш постійною при 170 В. Це середній струм 45 мА на 820us при 170 В = 7,65 Вт, але ця потужність займає лише 1/10 загального часу, тому кінцеве споживання електроенергії становить 0,76 Вт.

На мій досвід, ймовірність підключення поточного зонда назад рівно 0,5!

У таких системах, як ваше ІТ-обладнання, де погіршення коефіцієнта потужності обумовлено дією випрямляча, а не суто індуктивним або ємнісним зсувом фази, коефіцієнт потужності обчислюється методом К-фактора, який є функцією окремих компонентів гармонічного струму. Вміст гармонік обчислюється за допомогою FFT зразкової форми хвилі струму.

Ваша область серії 5000/6000 (що дуже чудово - я щодня використовую її на роботі) не є правильним інструментом для цього завдання. Ви дійсно повинні придбати або орендувати лічильник електроенергії для подібних робіт.

У Xitron є хороший документ про математичні методи вимірювання потужності , і Googling також дає деякі результати.

Струмовий зонд - це в основному однооборотний трансформатор. Не має значення, в якому напрямку розміщений зонд на дроті, який він вимірює. Єдина мета стрілки - вказати, що струм, що протікає в цьому напрямку, відображатиметься як позитивна напруга на осцилограмі. Зауважте, що при перемиканні зонда форма хвилі залишалася такою ж, але полярність осцилографа була зворотна. Це важливо, коли потрібно визначати фазу між струмом та деякою іншою напругою чи струмом. Форма хвилі та амплітуда не впливають.