如何用Pico示波器進行電源及其功率因數的分析

　　如果你需要測量電源功率，甚至計算出功率因數，那么Pico示波器內置的高級數學函數功能完全可以作為一臺功率分析儀來使用。即Pico示波器除了可以作為示波器、信號發生器，頻譜分析儀使用外，還可以作為一臺功率分析儀。下面介紹其具體使用。

　　1、系統配置

　　本實驗主要用來測試電源供電的臺扇的功率因數。之所以臺扇為例，是因為其內置一個小的交流電動機，能夠產生一個典型的電流波形和低的功率因子。

　　測試儀器如下：

　　≈ 臺扇，額定功率25W，220V~240V

　　≈ PicoScope 3206 PC示波器(2通道

　　≈ 筆記本電腦，安裝PicoScope 6 軟件

　　≈ Pico TA009 60A 電流鉗

　　≈ Pico TA041 700V差分探頭

　　≈ 改良的延長線，主要將火線和地線分開，用熱收縮套管保護，以起到雙絕緣的效果

　　≈ 電源接線盒，便于差分探頭輸入端4mm插頭安全的插接在電源上。

　　2、通道設置

　　將風扇插入改良過的延長線中，然后再插入電源。打開電流鉗，按“ZERO”按鈕歸零，然后將電流鉗夾在延長線的火線上，電流鉗BNC端連接到示波器的A通道。打開筆記本電腦上的PicoScope 6軟件，設置A通道觸發，選擇A通道定制探頭中的”60A current clamp(20A mode)”選項。之后，打開風扇，我們看到一個PicoScope界面顯示一個有噪聲的失真的正弦波形(Figure 1)。

　　打開差分探頭，設置x100檔位，連接到B通道，選擇x100 定制探頭，然后我們看到一個干凈的240V正弦波(Figure 2)。

　　3、測量和計算

　　在采集到風扇的電壓和電流波形之后，我們就可以用Pico示波器的數學通道功能。首先創建一個新通道，看起來類似于輸入通道，但是卻是對一個或多個通道進行數學運算得到的。該實驗中，我們需要計算瞬時功率。通過菜單”工具>數學通道“打開一個數學通道對話框，然后勾選羅列在對話框中的“A*B函數“(對話框中羅列了常用的函數，如果沒有您需要的函數，可以自己用公式創建一個)。這樣就創建了第三個通道，用于顯示瞬時功率隨時間的變化。默認情況下，該功率通道垂直軸的單位是”?“，因此我們需要將其改為”W“，國際單位制中的瓦特。我們也可以將該通道曲線的顏色改為綠色，這樣對比更加明顯。綠色曲線顯示每個工頻周期內瞬時功率隨著電扇發動機的旋轉和電流相位的變化情況(如Figure3所示)。

　　接下來是添加一個自動測量值。在PicoScope 6中有一個快捷按鈕，點擊打開增加測量值對話框，選擇通道源和測量值類型。這里增加3個測量值：數學通道中的DC平均值，輸入電流和電壓的RMS值(如Figure4所示)。

　　測量表格中顯示該設備運行的平均功率是19W，這也正好跟風扇低功率模式下的值相符。不過還有一點小小的錯誤，這里測試的是50ms內的平均電源功率，卻不是20ms的整數倍周期的平均功率。我們其實可以通過兩個標尺來將測量值的計算時長限制在20ms或者40ms內，從而達到精確測量的。

　　計算功率因子

　　測量表格中的第二行和第三行分別是電流和電壓的RMS值。現在我們有足夠的數據來評估功率因子(pf)，計算公式如下：

　　pf= PR/PA

　　其中PR是實際功率，PA是視在功率，兩者都是一個電源周期下的平均值。

　　PR=19.32W

　　視在功率PA也是很容易計算的。它是由產品電流和電壓的RMS值來計算的。

　　PA=0.1307A×246.9V≈32.27 W

　　所以功率因子

　　Pf≈19.32W/32.27W≈0.60

　　功率因子總是在0~1的范圍內，0表示純電容或電感負載，1表示純電阻負載，因此0.60是一個小的AC電動機的期望值。

　　4、結論

　　這里我們已經看到如何用PicoScope來查看電源功率波形。用Pico6軟件中內置的測量和計算功能，很容易計算出設備的實際功率，視在功率和功率因子。功率因子參數在產品的資格預審測試中是非常有用的，同時也可以省下額外購買測試低功率因子電子設備的費用。