Làm thế nào để tính toán Công suất thực và Hệ số công suất bằng Máy đo dao động?

Tôi đang cố gắng tính mức tiêu thụ năng lượng thực của thiết bị của mình ở chế độ chờ, nhưng để làm được điều đó, tôi cần phải tìm ra hệ số công suất của thiết bị do:

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

Bây giờ, thiết bị của tôi giống như nhiều thiết bị CNTT khác không có đường cong hình sin hoàn hảo, vì vậy tôi không thể tính toán sự dịch pha có thể làm cos (theta).

Tôi đã đọc qua một số tài liệu cho một ứng dụng Arduino và rõ ràng bạn có thể tính toán Real Power bằng cách thực hiện một số cách lấy mẫu tức thời của dòng điện và điện áp và nhân chúng và chỉ lấy mức trung bình. Vì vậy, tôi lấy ra phạm vi của mình và quyết định lấy 1000 mẫu.

Đây là biểu đồ:

Tôi đã xuất dữ liệu này sang một bảng excel và nhận được các giá trị sau:

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

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

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

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

Điều này mang lại cho tôi một yếu tố sức mạnh của

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

Tôi đã sử dụng thiết bị Kill-a-Watt của mình và nó cho tôi biết hệ số sức mạnh của tôi ở đâu đó trung bình khoảng 0,6.

Tôi đã thử đầu tư trực tuyến nếu tôi bỏ lỡ điều gì đó và tôi nhận thấy một trang web nói rằng đầu dò hiện tại cho phạm vi nên có "mũi tên dòng chảy" chỉ vào nguồn, trong trường hợp của tôi là ổ cắm AC. Tôi nhận thấy tôi đã có nó ở phía bên kia và sửa lỗi này. Biểu đồ dưới đây:

Việc này mang lại cho tôi các giá trị RMS gần như giống nhau, nhưng khi tôi cố gắng tính Công suất thực bằng cách nhân điện áp tức thời và số đọc hiện tại và tính trung bình cho chúng, tôi nhận được Sức mạnh thực sự của:

$P = -1.02W$

Có ai trong số các bạn có nhiều kinh nghiệm chỉ cho tôi đi đúng hướng không. Tôi đang làm gì sai?

Tôi nghĩ rằng việc cố gắng sử dụng các giá trị RMS của điện áp và dòng điện cho việc này sẽ không hiệu quả. Hãy tưởng tượng dịch chuyển dạng sóng hiện tại 4ms sau đó; cả điện áp RMS và dòng điện RMS đều không thay đổi, nhưng công suất được rút ra sẽ thay đổi theo một độ lớn.

Công suất tức thời được rút ra bởi mạch của bạn là V * I. Trong bất kỳ thời gian nhỏ nào, năng lượng tiêu thụ sẽ là V * I * dt. Năng lượng tiêu thụ trong 1 giây, năng lượng được rút ra, sẽ là tích phân của V * I * dt từ T = 0 đến T = 1s. Bạn có thể tính toán giá trị này trực tiếp từ các giá trị mẫu trong bảng tính excel của bạn. Ở mỗi mẫu thời gian, nhân điện áp tức thời với dòng điện tức thời và cung cấp năng lượng tức thời được rút ra. Nhân số đó với khoảng mẫu và đó là năng lượng tiêu thụ trong khoảng mẫu đó. Thêm tất cả những thứ đó lên trên một chu kỳ AC và nhân với số chu kỳ mỗi giây và đó là năng lượng được rút ra trong một giây, còn được gọi là năng lượng.

Nhìn vào các dấu vết phạm vi, dòng điện được vẽ bởi mạch thường là 0. Một lần trên mỗi nửa chu kỳ AC, dòng điện tăng lên khoảng 90mA rất nhanh, sau đó giảm tuyến tính xuống 0 trên khoảng 820us. Đó là một mạch 60Hz vì vậy nó thực hiện điều này cứ sau 8.3ms. Khi mạch đang vẽ dòng điện, điện áp không đổi ít nhiều ở mức 170V. Đó là dòng điện trung bình 45mA so với 820us ở mức 170V = 7,65 W, nhưng nó chỉ mất công suất này bằng 1/10 tổng thời gian, do đó mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng là 0,76 W.

Theo kinh nghiệm của tôi, xác suất nối dây của đầu dò hiện tại ngược lại chính xác là 0,5!

Đối với các hệ thống như thiết bị CNTT của bạn, trong đó suy giảm hệ số công suất là do tác động của bộ chỉnh lưu và không hoàn toàn là cảm ứng hoặc dịch pha điện dung, hệ số công suất được tính theo phương pháp hệ số K, là chức năng của các thành phần dòng điện hài. Nội dung hài được tính bằng cách sử dụng FFT của dạng sóng hiện tại được lấy mẫu.

Phạm vi sê-ri 5000/6000 của bạn (khá đáng yêu - tôi sử dụng mỗi ngày tại nơi làm việc) không phải là công cụ phù hợp cho nhiệm vụ này. Bạn thực sự nên mua hoặc thuê một đồng hồ đo điện cho loại công việc này.

Xitron có một bài viết hay về các phương pháp toán học đo điện , và Googling cũng đưa ra một số lượt truy cập .

Một đầu dò hiện tại về cơ bản là một biến áp một lượt. Nó không quan trọng theo hướng mà đầu dò được đặt trên dây mà nó đang đo. Mục đích duy nhất của mũi tên là chỉ ra rằng một dòng điện chạy theo hướng đó sẽ hiển thị dưới dạng điện áp dương trên máy hiện sóng. Lưu ý rằng khi bạn chuyển đầu dò, dạng sóng vẫn giữ nguyên nhưng cực tính trên máy hiện sóng đảo ngược. Điều này rất quan trọng khi phải xác định pha giữa dòng điện và một số điện áp hoặc dòng điện khác. Waveshape và biên độ không bị ảnh hưởng.