小窍门 巧用Pico示波器分析电源及其功率因数

你还在为测量电源功率、计算功率因数发愁吗。不要着急，让小编来教你如何巧用Pico示波器内置的高级数学函数功能来进行计算吧。

我们以测量插电的台扇功率因数为例，来教你具体的测量步骤。

首先我们需要用到的器件如下：

·台扇，额定功率25W，额定电压220V~240V

·PicoScope 3206 PC示波器（双通道）

·笔记本电脑，要求有PicoScope 6软件

·Pico TA009 60A电流钳

·Pico TA041 700V差分探头

·改良的延长线，主要将火线和地线分开，用热收缩套管保护，以起到双绝缘的效果

·电源接线盒，便于差分探头输入端4mm插头安全的插接在电源上。

具体操作如下：

将风扇插入改良过的延长线中，然后接入电源。 打开电流钳，按“ZERO”按钮归零，然后将电流钳夹在延长线的火线上，电流钳BNC端连接到示波器的A通道。打开笔记本电脑上的PicoScope 6软件，设置A通道触发，选择A通道定制探头中的“60A current clamp（20A mode）”选项。之后，打开风扇，我们看到一个PicoScope界面显示一个有噪声的失真的正弦波形，如图一。

图一 有噪声的失真的正弦波形

然后将差分探头调到x100档，连接到B通道，选择x100定制探头，然后我们看到一个干净的240V正弦波，如图二。

图二 干净的240V正弦波

在得到风扇的电压和电流波形之后，我们就要使用到Pico示波器的数学通道功能。

第一步：创建一个新通道

该实验中，我们需要计算瞬时功率。通过菜单“工具>数学通道”打开一个数学通道对话框，然后勾选罗列在对话框中的“A*B函数”(对话框中罗列了常用的函数，如果没有您需要的函数，可以自己用公式创建一个)。这样就创建了第三个通道，用于显示瞬时功率随时间的变化。需要注意的是，我们需要将功率通道垂直轴的单位改为“W”，国际单位制中的瓦特。我们也可以将该通道曲线的颜色改为绿色，这样对比更加明显。绿色曲线表示每个工频周期内瞬时功率随着电扇发动机的旋转和电流相位的变化情况，如图三。

图三 每个工频周期的瞬时功率变化

第二步：添加一个自动测量值

在PicoScope 6中有一个快捷按钮，点击打开增加测量值对话框，选择通道源和测量值类型。这里增加3个测量值：数学通道中的DC平均值，输入电流和电压的RMS值，如图四。

图四 测量表格显示平均功率为19w

测量表格中显示该设备运行的平均功率是19W，这 也正好跟风扇低功率模式下的值相符。不过这出现了一点小问题，这里测试的50ms内的平均电源功率不是20ms的整数倍周期的平均功率。我们其实可以通过两个标尺来将测量值的计算时长限制在20ms或者40ms内，从而达到精确测量的目的。

第三步：计算

测量表格中的第二行和第三行分别是电流和电压的RMS值。现在我们有足够的数据来评估功率因子（pf），计算公式如下：

pf= PR/PA

其中PR是实际功率，PA是视在功率，两者都是一个电源周期下的平均值。

PR=19.32W

视在功率PA也是很容易计算的。它是由产品电流和电压的RMS值来计算的。

PA=0.1307A×246.9V≈32.27 W

所以功率因子

Pf≈19.32W/32.27W≈0.60

理论上，功率因子应该在0~1的范围内。0表示纯电容或电感负载，1表示纯电阻负载，因此0.60是一个小的AC电动机的期望值。

怎么样，测试过程是不是非常简单呢，有兴趣的你快来试一试吧。