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2019年11月26日 | Pico示波器进行电源及其功率因数的分析

2019-11-26 来源：elecfans

　　如果你需要测量电源功率，甚至计算出功率因数，那么Pico示波器内置的高级数学函数功能完全可以作为一台功率分析仪来使用。即Pico示波器除了可以作为示波器、信号发生器，频谱分析仪使用外，还可以作为一台功率分析仪。下面介绍其具体使用。

　　1、系统配置

　　本实验主要用来测试电源供电的台扇的功率因数。之所以台扇为例，是因为其内置一个小的交流电动机，能够产生一个典型的电流波形和低的功率因子。

Pico示波器进行电源及其功率因数的分析

　　测试仪器如下：

　　①　台扇，额定功率25W，220V~240V

　　②　PicoScope 3206 PC示波器（2通道）

　　③　笔记本电脑，安装PicoScope 6 软件

　　④　Pico TA009，60A电流钳

　　⑤　Pico TA041，700V差分探头

　　⑥　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

　　⑦　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。

　　2、通道设置

　　将风扇插入改良过的延长线中，然后再插入电源。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（见Figure 1所示）。

　　打开差分探头，设置x100档位，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（见Figure 2所示）。

　　3、测量和计算

　　在采集到风扇的电压和电流波形之后，我们就可以用Pico示波器的数学通道功能。首先创建一个新通道，看起来类似于输入通道，但是却是对一个或多个通道进行数学运算得到的。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。默认情况下，该功率通道垂直轴的单位是“？”，因此我们需要将其改为“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。绿色曲线显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（见Figure3所示）。

　　接下来是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（见Figure4所示）。

　　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。不过还有一点小小的错误，这里测试的是50ms内的平均电源功率，却不是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。

　　计算功率因子

　　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

　　功率因子总是在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。

　　4、结论

　　这里我们已经看到如何用PicoScope来查看电源功率波形。用Pico6软件中内置的测量和计算功能，很容易计算出设备的实际功率，视在功率和功率因子。功率因子参数在产品的资格预审测试中是非常有用的，同时也可以省下额外购买测试低功率因子电子设备的费用。

Pico示波器电源功率因数

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1. 如何设计自动控制系统以确保温室内的温度和湿度保持在最佳范围？

回答：
设计自动控制系统时，通常会集成温度传感器和湿度传感器，这些传感器实时监测温室内的环境参数，并将数据发送给控制器（如PLC或微控制器）。控制器根据预设的阈值（如温度上限、下限，湿度目标范围等）判断是否需要启动或调整排气扇的转速。此外，还可以加入光照强度、CO₂浓度等传感器，以更全面地控制温室环境。

2. 排气扇的自动启停是如何实现的？

回答：
排气扇的自动启停通常通过继电器或固态继电器（SSR）控制。当控制器判断需要调整温室环境时，会发送信号给继电器，继电器闭合或断开电路，从而控制排气扇的电源通断。对于需要调节风速的排气扇，则可能采用变频驱动器（VFD）来控制电机的转速。

3. 如何保证自动控制系统在断电后能够恢复工作状态？

回答：
为了确保系统在断电后能恢复工作状态，可以设计非易失性存储器（如EEPROM）来保存关键参数和设置。当系统重新上电时，控制器会读取这些参数并自动恢复到断电前的配置状态。此外，还可以加入备用电源（如UPS）来确保在短暂停电期间系统能够继续运行。

4. 如何提高自动控制系统的能效？

回答：
提高能效的方法包括：

使用高效节能的排气扇和电机。
采用智能控制算法，如PID控制，精确调节排气扇的转速以匹配实际需求，避免过度或不足排气。
引入自然通风策略，在适宜条件下减少机械通风的使用。
定期检查和维护系统，确保传感器准确、设备无故障运行。

5. 自动控制系统在应对极端天气条件时有哪些安全措施？

回答：
在应对极端天气条件时，自动控制系统应具备以下安全措施：

增设防雷击保护装置，防止雷电对系统造成损害。
设计防水防尘的传感器和控制器外壳，确保在恶劣天气下仍能正常工作。
监控系统的运行状态，设置故障报警和自动停机功能，一旦检测到异常情况立即采取措施。
备份关键数据和设置，以防数据丢失导致系统无法恢复。

这些问题和回答涵盖了大型温室排气扇自动控制电路的主要关注点，有助于理解和设计更加高效、安全、可靠的自动控制系统。

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