Come calcolare la potenza reale e il fattore di potenza usando un oscilloscopio?

Sto cercando di calcolare il consumo di energia reale del mio dispositivo in modalità Stand-by, ma per farlo devo capire il suo fattore di potenza a causa di:

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

Ora, il mio dispositivo come molti altri dispositivi IT non ha una curva di corrente sinusoidale perfetta, quindi non posso semplicemente calcolare lo sfasamento in grado di fare cos (theta).

Ho letto un po 'di documentazione per un'applicazione Arduino e apparentemente puoi calcolare il Real Power facendo diversi campionamenti istantanei di corrente e tensione e moltiplicandoli e ottenendo semplicemente la media. Così ho eliminato il mio ambito di applicazione e ho deciso di ottenere 1000 campioni.

Ecco il grafico:

Ho esportato questi dati in un foglio Excel e ho ottenuto i seguenti valori:

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

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

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

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

Questo mi dà un fattore di potenza di

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

Ho usato il mio dispositivo Kill-a-Watt e mi dice che il mio fattore di potenza è di circa 0,6 in media.

Ho provato a fare investimenti online se ho perso qualcosa e ho notato un sito Web in cui si diceva che la sonda corrente per l'oscilloscopio dovrebbe avere la sua "freccia di flusso" che punta alla sorgente, nel mio caso la mia presa CA. Ho notato che avevo il contrario e ho corretto questo. Il grafico è sotto:

Mi dà quasi gli stessi valori RMS, ma quando provo a calcolare la potenza reale moltiplicando le letture istantanee di tensione e corrente e calcolandole in media ottengo una potenza reale di:

$P = -1.02W$

Qualcuno di voi con più esperienza può indicarmi la giusta direzione. Che cosa sto facendo di sbagliato?

Penso che il tentativo di utilizzare i valori RMS di tensione e corrente per questo non funzionerà. Immagina di spostare la forma d'onda corrente 4ms più tardi; né la tensione RMS né la corrente RMS cambierebbero affatto, ma la potenza assorbita cambierebbe di un ordine di grandezza.

La potenza istantanea assorbita dal circuito è V * I. In ogni piccolo tempo dt, l'energia consumata sarà V * I * dt. L'energia consumata in 1 s, la potenza assorbita, sarà l'integrale di V * I * dt da T = 0 a T = 1s. Puoi calcolarlo direttamente dai valori di esempio nel tuo foglio di calcolo Excel. Ad ogni campionamento, moltiplicare la tensione istantanea per la corrente istantanea e ciò fornisce la potenza istantanea assorbita. Moltiplicare quello per l'intervallo di campionamento e questa è l'energia consumata in quell'intervallo di campionamento. Aggiungi tutti quelli su un ciclo CA e moltiplica per il numero di cicli al secondo e cioè l'energia assorbita al secondo, altrimenti nota come potenza.

Osservando le tracce dell'oscilloscopio, la corrente assorbita dal circuito è di solito 0. Una volta per semiciclo CA, la corrente aumenta a circa 90 mA molto rapidamente, quindi scende linearmente a 0 su circa 820us. È un circuito a 60Hz quindi lo fa ogni 8,3ms. Quando il circuito assorbe corrente, la tensione è più o meno costante a 170 V. Questa è una corrente media di 45 mA sugli 820us a 170 V = 7,65 W, ma richiede solo questa potenza 1/10 del tempo totale, quindi il consumo finale è 0,76 W.

Nella mia esperienza, la probabilità di collegare indietro una sonda di corrente è esattamente 0,5!

Per sistemi come le apparecchiature IT, in cui il degrado del fattore di potenza è dovuto all'azione del raddrizzatore e allo sfasamento non puramente induttivo o capacitivo, il fattore di potenza viene calcolato con un metodo del fattore K, che è una funzione dei singoli componenti della corrente armonica. Il contenuto armonico viene calcolato utilizzando un FFT della forma d'onda della corrente campionata.

Il tuo ambito della serie 5000/6000 (che è abbastanza bello - ne uso uno ogni giorno al lavoro) non è lo strumento giusto per questo compito. Dovresti davvero comprare o noleggiare un misuratore di potenza per questo tipo di lavoro.

Xitron ha una buona carta sui metodi matematici del misuratore di potenza e anche Google dà alcuni successi .

Una sonda di corrente è fondamentalmente un trasformatore a un giro. Non importa in quale direzione la sonda è posizionata sul filo che sta misurando. L'unico scopo della freccia è di indicare che una corrente che scorre in quella direzione verrà visualizzata come tensione positiva sull'oscilloscopio. Si noti che quando si è cambiata la sonda, la forma d'onda è rimasta la stessa ma la polarità sull'oscilloscopio è stata invertita. Questo è importante quando deve essere determinata la fase tra la corrente e qualche altra tensione o corrente. La forma d'onda e l'ampiezza non sono interessate.