Osiloskop kullanarak gerçek güç ve güç faktörü nasıl hesaplanır?

Bekleme modunda cihazımın Gerçek Güç tüketimini hesaplamaya çalışıyorum, ancak bunu yapmak için aşağıdakilerden dolayı güç faktörünü bulmam gerekiyor:

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

Şimdi, diğer birçok BT cihazı gibi cihazımda mükemmel bir sinüzoidal akım eğrisi yok, bu yüzden sadece faz kaymasının cos (teta) yapabileceğini hesaplayamıyorum.

Bir Arduino uygulaması için bazı belgeleri okudum ve görünüşe göre akım ve voltajın birkaç anlık örneğini yaparak ve bunları çarparak sadece ortalamayı elde ederek Gerçek Gücü hesaplayabilirsiniz. Bu yüzden kapsamımı çıkardım ve 1000 numune almaya karar verdim.

İşte grafik:

Bu verileri bir excel sayfasına aktardım ve aşağıdaki değerleri aldım:

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

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

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

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

Bu bana bir güç faktörü veriyor

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

Wat-a-Watt cihazımı kullandım ve güç faktemin ortalama 0,6 civarında olduğunu söylüyor.

Bir şeyi kaçırırsam çevrimiçi yatırım yapmayı denedim ve kapsam için mevcut probun kaynağa işaret eden "akış oku", benim durumumda AC çıkışım olduğunu söyleyen bir web sitesi fark ettim. Ben başka türlü olduğunu fark ettim ve bu düzeltildi. Grafik aşağıdaki gibidir:

Bana neredeyse aynı RMS değerlerini veriyor, ancak anlık Gerilim ve akım okumalarını çarparak ve onları dışarı atarak Gerçek Gücü hesaplamaya çalıştığımda Gerçek Gücü elde ediyorum:

$P = -1.02W$

Daha fazla tecrübeye sahip olanlarınız beni doğru yöne yönlendirebilir mi? Neyi yanlış yapıyorum?

Bunun için gerilim ve akım RMS değerlerini kullanmaya çalışmanın işe yaramayacağını düşünüyorum. Mevcut dalga formunu 4 ms sonra kaydırdığınızı düşünün; ne RMS voltajı ne de RMS akımı hiç değişmez, ancak çekilen güç büyüklük sırasına göre değişir.

Devrenizin çektiği anlık güç V * I'dir. Herhangi bir küçük zamanda dt, tüketilen enerji V * I * dt olacaktır. 1s'de tüketilen enerji, çekilen güç, V * I * dt'nin T = 0'dan T = 1s'e integrali olacaktır. Bunu doğrudan excel e-tablonuzdaki örnek değerlerden hesaplayabilirsiniz. Her seferinde örnekte, anlık voltajı anlık akımla çarpın ve bu, anlık gücü verir. Bunu örnek aralığıyla çarpın ve bu örnek aralığında tüketilen enerji budur. Bunları bir AC döngüsü boyunca toplayın ve saniyedeki döngü sayısı ile çarpın; bu, güç olarak da bilinen saniyede çekilen enerjidir.

Kapsam izlerine bakıldığında, devre tarafından çizilen akım genellikle 0'dır. AC yarım çevrimi başına bir kez, akım çok hızlı bir şekilde yaklaşık 90mA'ya yükselir, sonra yaklaşık 820us üzerinde doğrusal olarak 0'a düşer. 60Hz'lik bir devre olduğu için bunu her 8.3ms'de bir yapar. Devre akım çekerken, voltaj 170V'de az çok sabittir. Bu, 170V = 7.65 W'da 820us üzerinden ortalama 45mA akım, ancak bu gücü toplam sürenin sadece 1 / 10'unu alıyor, bu nedenle son güç tüketimi 0.76 W.

Deneyimlerime göre, mevcut bir probun geriye doğru bağlanma olasılığı tam olarak 0,5!

Güç faktörü bozulmasının, yalnızca endüktif veya kapasitif faz kayması değil, doğrultucu etkisinden kaynaklandığı BT ekipmanı gibi sistemler için, güç faktörü, ayrı harmonik akım bileşenlerinin bir fonksiyonu olan bir K faktörü yöntemi ile hesaplanır. Harmonik içerik, örneklenmiş akım dalga formunun bir FFT'si kullanılarak hesaplanır.

5000/6000 serisi kapsamınız (oldukça güzel - işte her gün bir tane kullanıyorum) bu görev için doğru araç değil. Bu tür işler için gerçekten bir güç ölçer satın almalı veya kiralamalısınız.

Xitron'un güç ölçer matematiksel yöntemleri hakkında iyi bir makalesi vardır ve Googling de bazı hitler verir .

Akım probu temel olarak tek dönüşlü bir transformatördür. Probun ölçtüğü tel üzerine hangi yönde yerleştirildiği önemli değildir. Okun tek amacı, o yönde akan bir akımın osiloskop üzerinde pozitif bir voltaj olarak gösterileceğini göstermektir. Probu değiştirdiğinizde dalga formunun aynı kaldığını, ancak osiloskoptaki polaritenin tersine döndüğünü unutmayın. Akım ile diğer bir voltaj veya akım arasındaki fazın belirlenmesi gerektiğinde bu önemlidir. Dalga şekli ve genlik etkilenmez.