摘要：

無需購買功率分析儀，使用PicoScope標配的高級函數功能即可測量功率和計算功率因數。本文以一個實際測試為例介紹如何使用PicoScope測量一個臺式風扇電源的功率和功率因數。

測試環境搭建

我們將測量臺扇的功率因數。因為臺扇內包含一個小的交流電機，所以其會有一個令人感興趣的電流波形和一個較低的功率因數。

測試設備及環境簡介如下：

臺扇，標稱指標25W，220V到240V

PicoScope 3206 PC示波器

Laptop PC，用于運行PicoScope軟件

Pico TA009 60 A電流鉗

Pico TA041 700V 差分探頭

改裝的13A延長線，其具有一個從中心導體和接地導體分離出來的導體并形成一個環。該線纜由熱縮套管保護，所以整個裝置都得到了安全的雙重絕緣。

電源測試盒。這使得差分探頭上輸入線引線上的4mm插頭能夠被安全的連接到電源上。

設置輸入通道

將風扇插頭插入改進的延長線，然后將其接到電源上。接著，打開電流鉗，按下“零”按鈕，將其鉤到延長線的帶電導體回路上。將電流鉗的BNC導線連接到示波器上的通道A。然后，我們在電腦上運行PicoScope軟件，在軟件中設置為使用通道A觸發，并在通道A的設置菜單中選擇“60 A電流鉗（20 A模式）”自定義探頭。打開風扇后，我們在PicoScope軟件顯示界面上看到一個有噪聲并有些失真的正弦波。

然后，打開差分探頭，將其設置到“x100”檔，并將其連接到示波器的通道B，在通道B的設置菜單中選擇一個“x100”自定義探頭，我們在PicoScope軟件顯示界面上看到了一個干凈的240V正弦波形。

圖 1: 帶有噪聲和失真的正弦波

圖 2: 干凈的 240 V 正弦波

測量和計算

使用正確的單位顯示出電流和電壓曲線，然后轉到PicoScope中的數學通道功能。這將創建一個新通道，其外觀類似于輸入通道，但由一個或多個輸入的數學函數形成。在這個實驗中，我們想計算瞬時功率。通過單擊“math channel”按鈕打開math channel對話框，我們找到已經列出的“A*B”函數，并通過勾選復選框將其打開（PicoScope軟件列出了最常見的函數，但是如果想要的函數不在那里，則用戶可以輸入自定義的公式）。這樣我們就得到了第三個通道，顯示了時間對應的瞬時功率曲線。默認情況下，PicoScope會顯示一個“？”作為每一個新的數學信道的垂直軸上的單位符號，所以我們把它變成了W（瓦特），功率單位，我們還把曲線的顏色改為綠色，以獲得更好的對比度。綠色曲線（界面最下方的曲線）顯示了每個電源周期內瞬時功率的變化情況，這取決于風扇電機的旋轉和電流的相位。

圖3: 在PicoScope中添加高級函數

下一步是添加一些自動測量。使用PicoScope示波器，只需單擊“添加測量”按鈕并選擇源通道和測量類型即可。我們添加了三個測量值：數學通道的直流平均值（因此是平均功率），以及電流和電壓輸入通道的均方根值。

圖4: 在PicoScope中添加自動測量參數

測量表顯示平均功率約為19瓦，該值符合我們對該風扇在低功率運行設置下的期望。在我們的計算中有一個小錯誤，雖然我們已經平均了50毫秒周期的功率，但這不是20毫秒周期時間的整數倍。我們可以通過在示波器界面上設置兩個相距20 ms或40 ms的標尺從而將測量限制在它們之間的方式來提高精度。

圖5: 隨著時間變化的瞬態功率曲線

圖6: 測量表中顯示平均功率約為 19 W

計算功率因數

表中的第二行和第三行顯示均方根（RMS）電流和均方根（RMS）電壓。我們現在有足夠的信息來計算功率因數（pf），其定義如下：

pf = PR /PA

其中PR是有功功率，PA是視在功率，兩者都是在主電源波形的一個周期內的平均值。

PR = 19.32 W

視在功率PA很容易計算。它被定義為電流有效值（RMS）和電壓有效值（RMS）的乘積，我們在表的第二和第三行中已經測得了電流有效值和電壓有效值，所以：

PA = 0.1307 A x246.9 V ≈ 32.27 W

因此功率因數為：

pf ≈ 19.32 W /32.27 W ≈ 0.60

功率因數總是在0到1的范圍內，0表示純感性或電容性負載，1表示純電阻性負載，因此0.60與我們對小型交流電機的期望值差不多。

結論

我們已經了解了PicoScope是如何使用來自于PicoTechnology所提供的或在大多數電氣實驗室都會看到的基本設備來查看電源波形的。因為軟件中集成有測量和計算功能，便于計算有功功率和視在功率以及功率因數。功率因數值可用于產品的合格性預審測試，并可使您避免因功率因數較低的設備而產生的過多電費。