用PicoScope分析电源功率

装置

我们将要测量一个由市电供电的台扇的电源功率。挑选这个装置是因为它包含一个小的交流电动机，因此可能有一个令人关注的电流波形和低功率因数。

测量设备如下：

• 台扇，额定功率25W，而定电压220V-240V
• PicoScope 3206 PC示波器。我们可以使用在PicoScope系列中任何2通道或者4通道的PC示波器。
• 带PicoScope软件的笔记本电脑
• Pico TA009 60 A电流钳
• Pico TA041 700 V差分探头
• 改进型的13A扩展引线。这是不同于中性导线和的接地导线的有点导体，并形成了一个循环。该电线受热收缩管保护所以整个装置是可靠地双重绝缘。
• 电源接线盒。这使得差分探头的输入引线上4mm的插头安全地连接到电源上。

建立输入通道

我们把风扇插入改良的扩展引线插座上，然后再把引线插入到电源中。然后我们打开电流钳，按下“0”按钮和把它勾到伸长引线的火线圈。电流钳的BNC导线被连接到示波器的通道A。然后我们在笔记本电脑上运行PicoScope和设置它在通道A触发，和从通道A的设置按钮选择“60A电流钳（20A模式）”自定义探头。随着风扇打开，在PicoScope显示上我们看到一个受噪声干扰的扭曲的正弦。

然后我们开启差分探头，设置它为“x100”增益系数和把它连接到示波器的通道B。用一个“x100”的自定义探头连接到通道B，我们在显示屏幕上看到一个干净的240V正弦波。

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测量和计算

随着电流和电压轨迹以正确的单位显示，然后我们转向PicoScope的数学通道功能上来。这建立一个新的通道，在外表上与输入通道相似但由一个或多个输入的数学函数形成的。在这个测验我们想要计算瞬时功率。通过点击数学通道按钮()打开数学通道对话框，我们找到“A*B”函数列表和通过勾上复选框激活它。（列出的都是最常见的函数，但如果你想要的函数没有列出来，你可以输入自己的方程。）这给我们第三个通道显示瞬时功率随时间的变化。默认情况下，PicoScope显示一个“？”作为每一个新的数学通道在纵轴上的单位符号，所以我们改变这个为“W”，瓦特，功率的国际。为了更好的对比我们改变轨迹的颜色为绿色。绿色轨迹（底部）显示每一个电源周期瞬时功率的变化，取决于风扇电机的旋转和电流的相位。

下一步是增加一些自动测量。用PicoScope，这是一个简单的事情，点击“增加测量”按钮()和选择源通道和测量类型。我们增加三种测量：数学通道的DC平均值（因此平均功率），和输入电流和电压的有效值RMS。

测量表格显示平均功率大约19W，这是我们期待的这个风扇的最低功率设置。在这里我们的计算有一个小错误，由于我们计算平均功率是50ms的时间，这不是周期20ms的整数倍。我们可以通过在屏幕上设置两个标尺相距20ms或40ms和限制在它们之间测量时间间隔来改善精确度。

计算功率因数

测量表格的第二和第三排显示电压和电流的有效值。我们现在有足够信息来计算功率因数（pf），定义如下：

pf=PR/ PA

这里PR是实际功率和PA是视在功率，都是一个周期电源波形的平均功率。

PR= 19.32 W

PA,是视在功率，很容易计算。它定义为电流有效值和电压有效值的乘积，这是我们在表格的第二和第三行得到的：

PA= 0.1307 A x 246.9 V ≈ 32.27 W

所以功率因数是：

pf≈ 19.32 W / 32.27 W ≈0.60

功率因数一般在0到1范围内，0表示纯电感或者电容负载和1表示纯电阻负载。所以大约0.6是我们对小交流电机期望的一个大概值。

结论

我们已经看到了只需要用一些Pico Technology提供或大多数电子实验室就可以找到的最基本的设备，用PicoScope就可以查看功率波形。用测量和程序内置的计算功率，就可以很容易地计算出实际功率、视在功率一级功率因数。