二、多种电参数运算定义
在交流电功率中,区分好瞬时功率、平均功率(有功功率)、无功功率、视在功率等功率值至关重要 。在具有纯阻抗的交流电路中,电压有效值与电流有效值的乘积值,称为 " 视在功率S",等于有功功率P;在交流电路中,由于有感性或容性储能设备,电压与电流有相位差,通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达;因此,表面看电压有多大、电流有多大,实际并没有做那么大的功,有电源与储能设备的能量转换,所以称为视在功率,单位为VA;交流电的瞬时功率不是一个恒定值,功率在一个周期内的平均值叫做有功功率,单位为W 。对于正弦波,有功功率P=Urms×Irms×cosφ,其中Urms是电压的有效值,Irms是电流的有效值,φ是正弦交流电压U与电流I之间的相位角,cosφ功率因数,仅对于正弦波有效 。对于非正弦交流电路,采用平均功率,P平=∑Un×In×PF,其中,Un包含了谐波电压的电压测量值,In包含了谐波电流的电流测量值,PF是功率因数,一般用于非正弦波形,包含了n次高次谐波,采用离散计算方法 。
对于像灯泡、加热器等电阻负载,平均功率的测量和计算很方便 。但是,这样的计算不适用于非线性负载 。现代的电子技术应用中,开关电源、电子整流器,空调控制系统、感应或脉冲调制马达等都使用了非线性技术,这样,在设计,故障诊断和分析中都需要进行非线性负载的平均功率测量 。平均功率运算很重要 。
1、算术平均值Avg
公式:
周期性信号的算术平均值是对信号在一个周期T内的平均值,相当于信号中的直流成分 。如果平均值等于0,则该信号为纯AC信号 。对于DC信号,平均值与瞬时值相同 。对于同时含有AC和DC成分的信号,平均值为其中的DC成分 。
2、整定值
公式:
文章插图
公式:
整定值是一个周期内绝对值的算术平均值,绝对值通过信号整流获得 。整定值示意图如下:
对于AC正弦波电压,U(t)=Vpksin(2πft),整定值等于峰值的2/π=0.637 。
3、有效值rms
信号的均方值等于信号平方值的平均值,公式如下:
;均方根值等于:
4、波形因数F
信号的整定值乘以波形因数之积等于信号的有效值:
。对于纯正弦波信号,波形因数等于:
5、峰值因数C
峰值因数的大小等于峰值和有效值之比,它对于失真信号测量非常重要 。公式如下:C=Vpk÷Vrms 。
对于纯正弦波信号,波形因数等于√2=1.414 。如果峰值因数超过测量仪器的规定值,则测量结果会出现误差 。计算有效值的准确度取决于峰值因数,信号的峰值因数越高,有效值计算值的准确度越低 。通常,最大允许峰值因数的规定与仪器的满刻度值有关,如果仪器的量程仅被使用一部分(例如500V的量程使用了230V),则峰值因数将按照满量程与实际使用量程的比值增加 。
三、如何用示波器测量电功率
如上所述,对于电力耗能方面的功率测量,只要获得几个关键参数(如电压、电流的有效值等),再通过计算便可以获得,所以说可测量这些基本参数的仪器就可进行功率测量,如万用表、示波器等,但是对于某些信号的电压或电流频率较高,这时万用表就力不从心了,可以使用数字示波器观察波形,再利用数字示波器的自动测量和计算功能即可得到结果 。下面海洋仪器主要介绍几个通过示波器进行功率测量的实例 。
实例1:通讯电源输入功率测量
以通讯电源输入举例 。如下图所示,通道1为某电路的电压信号,通道2为其对应的电流,通过泰克的TDS3012C示波器的自动测量功能,分别得到其有效值,为了得到视在功率,我们将测量到的有效值相乘,得到视在功率=120.8V×1.108A=133.8W 。为了得到有效功率,我们使用泰克的TDS3012C示波器的数学运算(Math)按钮,将电压和电流的波形“逐点”相乘,得到有效功率=88.0W 。注意,这里使用的是相乘后的“平均值(Mean)”而不是“有效值(RMS)”来得到有效功率,如前面所叙的平均功率定义 。这样,我们很容易的得到该设备的功率因数PF=88.0W/133.8W=0.66,从而为设计功率校正电路 PFC 提供数据 。
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