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如何用Pico示波器分析电源

发布时间:2020-10-29    浏览次数:187

  如果你会使用PicoScope内置的数学函数功能,那就没有必要专门购买主电源分析仪你也可以用PicoScope来测量电源,甚至计算功率因,下面来讲解一下是Pico示波器如何做到的。

  安装

  我们将要测量一台由市电供电的台式电风扇的电源功率因数。我们之所以选择这个设备,是因为它包含一个小型的交流电动机,从而很可能提供了一个有趣的电流波形和低的功率因数。

  要测量的设备如下:

  l 台式电风扇。额定功率25W,额定电压220V-240V;

  l PicoScope 3206 PC示波器。我们可以用PicoScope系列中任何2通道或者4通道的PC示波器;

  l 带PicoScope软件的手提电脑;

  l Pico TA009 60A的电流钳;

  l Pico TA041 700V的差分探头;

  l 改进型的13A扩展引线。这是不同于中性导体和接地导体的有电导体,并形成一个循环。该电缆是有热收缩的套管保护着,以使整个装置可靠地双重绝缘;

  l 电源接口盒。这使得差分探头的输入引线上4毫米的插头安全地连接到电源上。

  设置输入通道

  我们把风扇插头插到修改过的扩展引线插座上,然后再把引线插入到电源中。接着,我们开启电流钳,按“ZERO”按钮,把电流钳钩到扩展引线的带点导体环上。电流钳的BNC引线接到示波器的通道A上,然后我们在手提电脑上运行PicoScope软件并设置通道A的触发,从通道A的设置菜单中选择“60A电流钳(20A模式)”定制探头。随着风扇的开机,我们可以在PicoScope显示中看到一个受噪声干扰的正弦波。

  然后,我们开启差分探头,将其设置为它‘X100’增益系数,并将其连接到示波器的通道B上。为通道B选择‘X100’的定制探头,我们就可在显示屏上看到一个干净的240V正弦波。

  测量与计算

  随着电流和电压的波形轨迹的正确显示,然后我们转到示波器的数学通道功能上来。我们需要创建一条新的通道,该通道表面上跟输入通道是类似的,但是它是由一个或多个输入通过数学函数运算得出来的。在这个试验中,我们要计算瞬间功率。通过点击数学通道按钮()来打开数学通道对话框,在对话框中我们可以找到‘A*B’函数,在其复选框中打勾,把函数激活。(列出的都是些最常见的函数,但如果你想要的函数并没有列出来,你可自己来编辑公式类型。)就这样为我们提供了显示瞬间功率对时间的第三个通道波形图。默认情况下,PicoScope通常会显示一个‘?’作为对每个新的数学通道纵轴的单位象征,而我们可以把它改成‘W’,瓦特,电力SI的单位。为了更好地对比,我们还把轨迹的颜色改成绿色,绿色轨迹(如下)显示了瞬时功率随着每个电源周期的变化,这取决于电风扇马达的转速和相电流。

  下一步是添加一些自动测量。用PicoScope,只需点击以下‘Add Measurement’按钮()就可以很容易创建自动测量,选择来源通道和测量类型。我们添加了3个测量:一个数学通道的DC平均(因此为平均功率)以及电流和电压输入通道的RMS值。

  测量的表格显示了平均功率大约为19W,这个值是我们可以从这台低功耗设置的风扇中可以预想得到的。在我们的计算中出现了一个小小的错误,因为我们已经在超过50ms的时间内作功率平均了,这个时间不是信号周期20ms的整数倍。我们可以通过在示波器视图中分开设置两个标尺20ms或者40ms,从而限制它们之间测量时间间隔,以改善准确度。

  计算功率因数

  表格中的第二和第三行显示了RMS电流和RMS电压。现在我们有足够的信息来计算功率因数(pf),作以下定义:

  pf = PR / PA

  上式中PR是实际功率,PA是视在功率,这两者均是一个以上电源波形周期的平均值。

  PR = 19.32 W

  PA,视在功率,很容易计算的。它定义为RMS电流和RMS电压的乘积,这两组数据我们在表格的第二和第三行中已经给出来了:

  PA = 0.1307 A x 246.9 V ≈ 32.27 W

  因此,功率因数为:

  pf ≈ 19.32 W / 32.27 W ≈ 0.60

  功率因数总是在0到1的范围,0是代表纯粹的感性或容性负载,1表示纯电阻,所以0.60是我们对小交流电机期望的一个大概值。

  可以看到只需用一些pico Technology提供或大多数电子实验室都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能,就可以很容易地计算出实际功率、视在功率以及功率因数。

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