Como calcular a potência real e o fator de potência usando um osciloscópio?
Estou tentando calcular o consumo de energia real do meu dispositivo no modo de espera, mas para fazer isso, preciso descobrir o fator de potência devido a:
Real Power=Vrms×Irms×PFReal Power=Vrms×Irms×PF
Agora, meu dispositivo, como muitos outros dispositivos de TI, não possui uma curva de corrente sinusoidal perfeita, então não posso apenas calcular que a mudança de fase pode fazer cos (teta).
Eu li toda a documentação de um aplicativo Arduino e, aparentemente, você pode calcular o Real Power fazendo várias amostragens instantâneas de corrente e tensão, multiplicando-as e obtendo a média. Então tirei meu escopo e decidi coletar 1000 amostras.
Aqui está o gráfico:
Exportei esses dados para uma planilha do Excel e obtive os seguintes valores:
Vrms=118.96V (RMS)Vrms=118.96V (RMS)
Irms=0.02024A (RMS)Irms=0.02024A (RMS)
S (apparent power)=2.40792 VAS (apparent power)=2.40792 VA
P (real power)=0.93713 WP (real power)=0.93713 W
Isso me dá um fator de potência de
PF=0.93713/2.40792=0.38919 ← This is a very low power factor.PF=0.93713/2.40792=0.38919 ← This is a very low power factor.
Eu usei meu dispositivo Kill-a-Watt e ele me diz que meu fator de potência está em torno de 0,6 na média.
Tentei investigar on-line se perdi alguma coisa e notei um site que dizia que a sonda atual do escopo deveria ter sua "seta de fluxo" apontando para a fonte, no meu caso, minha tomada CA. Percebi que tinha o contrário e corrigi isso. O gráfico está abaixo:
Isso me dá quase os mesmos valores de RMS, mas quando tento calcular a potência real multiplicando as leituras instantâneas de tensão e corrente e calculando a média, recebo uma potência real de:
P=−1.02WP=−1.02W
Algum de vocês com mais experiência pode me indicar a direção certa? O que estou fazendo errado?
power oscilloscope mains
— Gustavo Corona
Acho que você teve a sonda atual da maneira certa desde a primeira vez.
Eu acho que tentar usar valores RMS de tensão e corrente para isso não vai funcionar. Imagine mudar a forma de onda atual 4ms depois; nem a tensão RMS nem a corrente RMS mudariam, mas a potência consumida mudaria por uma ordem de magnitude.
A energia instantânea consumida pelo seu circuito é V * I. Em pouco tempo dt, a energia consumida será V * I * dt. A energia consumida em 1s, a potência consumida, será a integral de V * I * dt de T = 0 a T = 1s. Você pode calcular isso diretamente a partir dos valores de amostra na planilha do Excel. Em cada amostra de tempo, multiplique a tensão instantânea pela corrente instantânea, e isso fornece a energia instantânea extraída. Multiplique isso pelo intervalo de amostra e essa é a energia consumida nesse intervalo de amostra. Acrescente tudo isso ao longo de um ciclo CA e multiplique pelo número de ciclos por segundo e essa é a energia consumida por segundo, também conhecida como energia.
Observando os traços do osciloscópio, a corrente consumida pelo circuito é geralmente 0. Uma vez por meio ciclo de CA, a corrente aumenta para cerca de 90mA muito rapidamente e depois cai linearmente para 0 acima de 820us. Como é um circuito de 60Hz, ele faz isso a cada 8,3ms. Quando o circuito está consumindo corrente, a tensão é mais ou menos constante em 170V. Essa é uma corrente média de 45mA acima do 820us a 170V = 7,65 W, mas ela leva apenas 1/10 do tempo total, portanto o consumo final de energia é de 0,76 W.
Na minha experiência, a probabilidade de ligar uma sonda de corrente para trás é exatamente 0,5!
Para sistemas como o seu equipamento de TI, onde a degradação do fator de potência é devida à ação do retificador e não à mudança de fase puramente indutiva ou capacitiva, o fator de potência é calculado com um método do fator K, que é uma função dos componentes individuais da corrente harmônica. O conteúdo harmônico é calculado usando uma FFT da forma de onda atual amostrada.
Seu escopo da série 5000/6000 (que é adorável - eu uso um todos os dias no trabalho) não é a ferramenta certa para esta tarefa. Você realmente deve comprar ou alugar um medidor de energia para esse tipo de trabalho.
O Xitron tem um bom artigo sobre métodos matemáticos do medidor de energia , e o Google também fornece alguns hits .
Obrigado pela resposta. Eu estava usando a teoria matemática daqui: openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/… Na verdade, estava pensando em construir uma delas.
Uma sonda de corrente é basicamente um transformador de uma volta. Não importa em que direção a sonda é colocada no fio que está medindo. O único objetivo da seta é indicar que uma corrente que flui nessa direção será exibida como uma tensão positiva no osciloscópio. Observe que, quando você trocou a sonda, a forma de onda permaneceu a mesma, mas a polaridade no osciloscópio se inverteu. Isso é importante quando a fase entre a corrente e alguma outra tensão ou corrente deve ser determinada. A forma de onda e a amplitude não são afetadas.
Na verdade, reverter a sonda de corrente mudaria a corrente de 180 °, o que significa que o valor absoluto do fator de potência pode ser o mesmo, mas o sinal estará errado (ou seja, dominância indutiva / capacitiva errada). Não importa aqui, no entanto.