Как рассчитать реальную мощность и коэффициент мощности с помощью осциллографа?

Я пытаюсь рассчитать реальное энергопотребление моего устройства в режиме ожидания, но для этого мне нужно выяснить его коэффициент мощности из-за:

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

Теперь мое устройство, как и многие другие IT-устройства, не имеет идеальной синусоидальной кривой тока, поэтому я не могу просто рассчитать, что сдвиг фазы может сделать cos (тета).

Я прочитал некоторую документацию для приложения Arduino, и, очевидно, вы можете рассчитать Real Power, выполнив несколько мгновенных выборок тока и напряжения и умножив их, и просто получите среднее значение. Поэтому я вынул прицел и решил получить 1000 образцов.

Вот график:

Я экспортировал эти данные в таблицу Excel и получил следующие значения:

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

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

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

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

Это дает мне коэффициент мощности

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

Я использовал свое устройство Kill-a-Watt, и оно говорит мне, что мой коэффициент мощности где-то около 0,6 в среднем.

Я попытался провести онлайн-расследование, если что-то пропустил, и заметил сайт, на котором говорилось, что текущий зонд для прицела должен иметь свою «стрелку потока», указывающую на источник, в моем случае на мою розетку переменного тока. Я заметил, что у меня это было наоборот и исправил это. График ниже:

Это дает мне почти те же среднеквадратичные значения, но когда я пытаюсь вычислить реальную мощность путем умножения мгновенных значений напряжения и тока и их усреднения, я получаю реальную мощность:

$P = -1.02W$

Любой из вас, ребята с большим опытом, может указать мне правильное направление. Что я делаю неправильно?

Я думаю, что попытка использовать среднеквадратичные значения напряжения и тока для этого не сработает. Представьте себе смещение текущей формы сигнала через 4 мсек; ни среднеквадратичное напряжение, ни среднеквадратичное значение тока не изменились бы вообще, но потребляемая мощность изменилась бы на порядок.

Мгновенная мощность, потребляемая вашей схемой, равна V * I. В любое небольшое время dt потребляемая энергия будет V * I * dt. Энергия, потребляемая за 1 с, потребляемая мощность будет являться интегралом от V * I * dt от T = 0 до T = 1 с. Вы можете вычислить это непосредственно из значений образца в вашей таблице Excel. При каждой временной выборке умножьте мгновенное напряжение на мгновенный ток, и это даст мгновенную потребляемую мощность. Умножьте это на интервал выборки, и это будет энергия, потребленная в этом интервале выборки. Сложите все это за цикл переменного тока и умножьте на количество циклов в секунду, и это энергия, потребляемая в секунду, иначе известная как мощность.

Если посмотреть на кривые прицела, то ток, потребляемый схемой, обычно равен 0. Один раз за полупериод переменного тока ток очень быстро увеличивается примерно до 90 мА, а затем линейно падает до 0 в течение примерно 820 мкс. Это схема 60 Гц, так что она делает это каждые 8,3 мс. Когда цепь потребляет ток, напряжение более или менее постоянное на 170В. Это средний ток 45 мА по сравнению с 820 мкс при 170 В = 7,65 Вт, но он потребляет эту мощность только 1/10 от общего времени, поэтому конечное энергопотребление составляет 0,76 Вт.

По моему опыту, вероятность подключения токового датчика назад точно равна 0,5!

Для систем, подобных вашему ИТ-оборудованию, где снижение коэффициента мощности обусловлено действием выпрямителя, а не чисто индуктивным или емкостным фазовым сдвигом, коэффициент мощности рассчитывается методом К-фактора, который является функцией отдельных составляющих гармонического тока. Содержание гармоник рассчитывается с использованием БПФ дискретизированного сигнала тока.

Ваш прицел серии 5000/6000 (что очень мило - я использую его каждый день на работе) не подходит для этой задачи. Вы действительно должны купить или арендовать измеритель мощности для такого рода работы.

У Xitron есть хорошая статья о математических методах измерителя мощности , и Googling также дает некоторые результаты .

Датчик тока в основном представляет собой однооборотный трансформатор. Не имеет значения, в каком направлении зонд размещен на проводе, который он измеряет. Единственная цель стрелки - указать, что ток, протекающий в этом направлении, будет отображаться на осциллографе как положительное напряжение. Обратите внимание, что при переключении датчика форма сигнала осталась прежней, но полярность на осциллографе изменилась. Это важно, когда необходимо определить фазу между током и некоторым другим напряжением или током. Форма волны и амплитуда не затрагиваются.