Comment calculer la puissance réelle et le facteur de puissance à l'aide d'un oscilloscope?

J'essaie de calculer la consommation d'énergie réelle de mon appareil en mode veille, mais pour ce faire, je dois déterminer son facteur de puissance en raison de:

$\text{Real Power} = V_\text{rms}\times I_\text{rms}\times PF$

Maintenant, mon appareil comme beaucoup d'autres appareils informatiques n'a pas une courbe de courant sinusoïdale parfaite, donc je ne peux pas simplement calculer le déphasage peut faire cos (thêta).

J'ai lu la documentation d'une application Arduino et apparemment, vous pouvez calculer la puissance réelle en faisant plusieurs échantillonnages instantanés de courant et de tension et en les multipliant et en obtenant simplement la moyenne. J'ai donc retiré mon oscilloscope et décidé de prélever 1000 échantillons.

Voici le graphique:

J'ai exporté ces données vers une feuille Excel et obtenu les valeurs suivantes:

$V_\text{rms} = 118.96V\text{ (RMS)}$

$I_\text{rms} = 0.02024A\text{ (RMS)}$

$S \text{ (apparent power)} = 2.40792\text{ VA}$

$P \text{ (real power)} = 0.93713\text{ W}$

Cela me donne un facteur de puissance de

$PF = 0.93713/2.40792 = 0.38919\text{ ← This is a very low power factor.}$

J'ai utilisé mon appareil Kill-a-Watt et il me dit que mon facteur de puissance se situe autour de 0,6 en moyenne.

J'ai essayé d'investiguer en ligne si j'ai raté quelque chose, et j'ai remarqué un site Web qui disait que la sonde actuelle pour la portée devrait avoir sa "flèche de flux" pointant vers la source, dans mon cas ma prise de courant alternatif. J'ai remarqué que je l'avais dans l'autre sens et j'ai corrigé cela. Le graphique est ci-dessous:

Le me donne presque les mêmes valeurs RMS, mais lorsque j'essaie de calculer la puissance réelle en multipliant les lectures de tension et de courant instantanées et en les faisant converger, j'obtiens une puissance réelle de:

$P = -1.02W$

Est-ce que n'importe lequel d'entre vous ayant plus d'expérience peut m'orienter dans la bonne direction? Qu'est-ce que je fais mal?

Je pense qu'essayer d'utiliser des valeurs RMS de tension et de courant pour cela ne fonctionnera pas. Imaginez décaler la forme d'onde actuelle 4 ms plus tard; ni la tension RMS ni le courant RMS ne changeraient du tout, mais la puissance consommée changerait d'un ordre de grandeur.

La puissance instantanée consommée par votre circuit est V * I. En tout petit temps dt, l'énergie consommée sera V * I * dt. L'énergie consommée en 1s, la puissance consommée, sera l'intégrale de V * I * dt de T = 0 à T = 1s. Vous pouvez calculer cela directement à partir des exemples de valeurs dans votre feuille de calcul Excel. À chaque échantillon de temps, multipliez la tension instantanée par le courant instantané, et cela donne la puissance instantanée consommée. Multipliez cela par l'intervalle d'échantillonnage, et c'est l'énergie consommée dans cet intervalle d'échantillonnage. Additionnez tous ceux sur un cycle alternatif et multipliez par le nombre de cycles par seconde et c'est l'énergie consommée par seconde, autrement connue comme la puissance.

En regardant les traces de l'oscilloscope, le courant tiré par le circuit est généralement de 0. Une fois par demi-cycle alternatif, le courant augmente à environ 90mA très rapidement, puis chute linéairement à 0 sur environ 820us. C'est un circuit à 60 Hz, il le fait donc toutes les 8,3 ms. Lorsque le circuit consomme du courant, la tension est plus ou moins constante à 170V. C'est un courant moyen de 45mA sur le 820us à 170V = 7,65 W, mais cela ne prend que 1/10 du temps total, donc la consommation finale est de 0,76 W.

D'après mon expérience, la probabilité de câbler une sonde de courant à l'envers est exactement de 0,5!

Pour les systèmes comme votre équipement informatique, où la dégradation du facteur de puissance est due à l'action du redresseur et non à un déphasage purement inductif ou capacitif, le facteur de puissance est calculé avec une méthode du facteur K, qui est fonction des composants individuels du courant harmonique. Le contenu harmonique est calculé en utilisant une FFT de la forme d'onde de courant échantillonnée.

Votre lunette de visée série 5000/6000 (ce qui est très joli - j'en utilise un tous les jours au travail) n'est pas le bon outil pour cette tâche. Vous devriez vraiment acheter ou louer un wattmètre pour ce genre de travail.

Xitron a un bon article sur les méthodes mathématiques des wattmètres , et Googling donne également quelques résultats .

Une sonde de courant est essentiellement un transformateur à un tour. Peu importe dans quelle direction la sonde est placée sur le fil qu'elle mesure. Le seul but de la flèche est d'indiquer qu'un courant circulant dans cette direction s'affichera comme une tension positive sur l'oscilloscope. Notez que lorsque vous avez changé de sonde, la forme d'onde est restée la même mais la polarité de l'oscilloscope s'est inversée. Ceci est important lorsque la phase entre le courant et une autre tension ou courant doit être déterminée. La forme d'onde et l'amplitude ne sont pas affectées.