Как рассчитать коэффициент мощности источника питания?

Если у вас есть ваттметр, вы можете измерить отношение активной мощности к полной мощности (ВА). Возможно, вы сможете использовать пробник тока, пробник напряжения и функцию умножения на осциллографе, чтобы получить реальную мощность.

Гораздо более дешевым вариантом (точность может быть под вопросом) было бы использование одного из вездесущих потребительских товаров « Kill a Watt » (как, я думаю, предложил @ tgun926), которые на самом деле имеют индикацию PF. Спецификации находятся где-то между схематичными и несуществующими. «Точность 0,2%» (чего?), но цена ниже 20 долларов.

Коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к «полной» мощности, где реальная мощность — это среднее значение результата умножения мгновенного напряжения на мгновенный ток, а «полная» мощность — это результат умножения среднеквадратичного напряжения на Действующий ток.

При чисто резистивной нагрузке эти два метода дают одно и то же число, поэтому коэффициент мощности равен единице. При реактивных нагрузках, таких как двигатели с небольшой нагрузкой, ток не совпадает по фазе с напряжением, в результате чего активная мощность падает по сравнению с полной мощностью, а отношение становится меньше единицы.

При нелинейных нагрузках, таких как источники питания, форма волны тока искажается, что дает более высокое среднеквадратичное значение, чем у синусоиды. Это также приводит к уменьшению отношения от единицы.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, одним из способов оценки коэффициента мощности источника питания является использование измерителя «истинного среднеквадратичного значения» для измерения его входного тока и сравнения этого результата со значением, которое вы получаете с резистивной нагрузкой, потребляющей то же самое. количество реальной силы.

На самом деле это не так просто.

Как правило, импульсные источники питания страдают от неединичного коэффициента мощности из-за гармонических искажений входного переменного тока по отношению к входному переменному напряжению. Это не ситуация чистого фазового сдвига, как чисто индуктивная или чисто емкостная нагрузка, хотя источники питания могут и иногда имеют опережение и отставание по току.

Линейники также делают «странные» вещи с входным током из-за действия выпрямителей и из-за внутренних объемных емкостей. Опять же, это не чисто фазовый сдвиг.

Цитируя статью Xitron о коэффициенте мощности :

На самом деле для этого существует множество определений. Обычно используется PF = W/VA, но обычно используется PF = VA*cos(фаза), как и PF = 1/sqrt(1+THD 2 ). Разве это не одно и то же? Не в реальном мире!

Уравнение cos(фазы) дает «правильный» результат только при отсутствии искажений или других частот. Уравнение, связанное с THD, дает «правильный» результат только при отсутствии фазового сдвига. Это оба упрощения определения W/VA. Знали ли мы это? Многие люди этого не делают. Обычный звонок в службу поддержки клиентов Xitron исходит от человека с исправительной схемой. Вопрос в том, что, поскольку ток точно совпадает по фазе с напряжением («я посмотрел на него с помощью осциллографа, и ток соответствует пиковому напряжению, поэтому фазового сдвига нет»), поэтому коэффициент мощности «должен» быть 1! Верно, если вы используете упрощенное определение cos(phase), но не полное определение W/VA.

PF должен иметь полярность правильно? Правильный, но не тот, которым многие пользуются. Многие используют полярность PF для обозначения опережения или отставания, это неправильно. Полярность PF такая же, как и у Watts (VA — скаляр, поэтому не имеет полярности). Это полярность VAR, которая соответствует полярности фазы. Почему эта ошибка так распространена? Что ж, в «старые» времена инструменты не могли отображать такие слова, как «опережение» или «отставание», и они также не отображали VAR. Таким образом, они указывали опережение или отставание с помощью символа + или – перед результатом PF (отрицательные ватты встречаются довольно редко). Это простое действие, позволяющее пользователю видеть индикацию опережения или отставания, привело к популярному заблуждению о полярности PF.

Таким образом, «хорошие» измерители мощности вычисляют коэффициент мощности косвенно через THD, который вычисляется путем выполнения БПФ для текущей формы волны и выполнения некоторых взвешенных вычислений содержания гармоник. Если «дорогой» означает цену анализатора мощности, соответствующего стандарту IEC61000-3-2 , или причудливого пробника тока + осциллограф с БПФ и модулем анализатора мощности, я скажу, что недорогое инструментальное решение невозможно.

Если вы хотите визуализировать ток и просто почувствовать, насколько плохим может быть коэффициент мощности, широкополосный пробник переменного тока , подключенный к осциллографу, может быть весьма показательным.

Добавьте конденсатор параллельно и измерьте токи, поступающие от источника питания. Снимите его и снова измерьте. Составьте уравнения эквивалентной схемы и решите их.