【導讀】Pico示波器可以作為示波器、信號發(fā)生器，頻譜分析儀，也可以作為一臺功率分析儀。利用Pico示波器內(nèi)置的高級數(shù)學函數(shù)功能測量電源功率，計算出功率因數(shù)。我們將以臺扇為例子，完成電源分析及其功率因數(shù)實驗。
1、系統(tǒng)配置
本實驗之所以臺扇為例，是因為其內(nèi)置一個小的交流電動機，能夠產(chǎn)生一個典型的電流波形和低的功率因子。
測試儀器如下：
臺扇，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，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、通道設置
將風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，打開風扇，我們看到一個PicoScope界面顯示一個有噪聲的失真的正弦波形(Figure 1)。
打開差分探頭，設置x100檔位，連接到B通道，選擇x100 定制探頭，然后我們看到一個干凈的240V正弦波(Figure 2)。
3、測量和計算
在采集到風扇的電壓和電流波形之后，我們就可以用Pico示波器的數(shù)學通道功能。首先創(chuàng)建一個新通道，看起來類似于輸入通道，但是卻是對一個或多個通道進行數(shù)學運算得到的。該實驗中，我們需要計算瞬時功率。通過菜單”工具>數(shù)學通道“打開一個數(shù)學通道對話框，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)。這樣就創(chuàng)建了第三個通道，用于顯示瞬時功率隨時間的變化。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的顏色改為綠色，這樣對比更加明顯。綠色曲線顯示每個工頻周期內(nèi)瞬時功率隨著電扇發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)和電流相位的變化情況(如Figure3所示)。
接下來是添加一個自動測量值。在PicoScope 6中有一個快捷按鈕，點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個測量值：數(shù)學通道中的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備運行的平均功率是19W，這也正好跟風扇低功率模式下的值相符。不過還有一點小小的錯誤，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。我們其實可以通過兩個標尺來將測量值的計算時長限制在20ms或者40ms內(nèi)，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。現(xiàn)在我們有足夠的數(shù)據(jù)來評估功率因子(pf)，計算公式如下：
pf= PR/PA，其中PR是實際功率，PA是視在功率，兩者都是一個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值來計算的。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載，1表示純電阻負載，因此0.60是一個小的AC電動機的期望值。
利用Pico軟件中內(nèi)置的測量和計算功能，很容易計算出設備的實際功率，實在功率和功率因子。功率因子參數(shù)對產(chǎn)品的資格預審測試非常有幫助，節(jié)約測試成本。
