如何使用示波器计算有功功率和功率因数？

我正在尝试计算待机模式下设备的实际功耗，但由于以下原因，我需要计算其功率因数：

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

现在，我的设备像许多其他IT设备一样，没有完美的正弦电流曲线，因此我不能仅仅计算出相移可以做cos（theta）。

我通读了Arduino应用程序的一些文档，显然您可以通过对电流和电压进行几次瞬时采样并将它们相乘得出平均值来计算有功功率。因此，我取出了示波器，决定获得1000个样本。

这是图形：

我将此数据导出到excel工作表，并得到以下值：

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

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

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

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

这给了我一个功率因数

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

我使用我的Kill-a-Watt设备，它告诉我功率因数约为0.6平均值。

我尝试在线调查是否遗漏了一些东西，我注意到一个网站说，当前示波器的探头应该有指向源的“流向箭头”，在我的情况下是我的交流电源插座。我注意到我反过来了，并对此进行了纠正。该图如下所示：

这给了我几乎相同的RMS值，但是当我尝试通过乘以瞬时电压和电流读数并将其平均后来计算有功功率时，我得到的有功功率为：

$P = -1.02W$

你们中任何有更多经验的人都可以向我指出正确的方向吗？我究竟做错了什么？

我认为尝试为此使用电压和电流的RMS值是行不通的。想象一下，将电流波形移到4ms之后。RMS电压和RMS电流都不会改变，但是汲取的功率会改变一个数量级。

电路消耗的瞬时功率为V *I。在任何短时间dt中，消耗的能量将为V * I * dt。在1s内消耗的能量，即汲取的功率，将是V * I * dt从T = 0到T = 1s的积分。您可以直接从excel电子表格中的样本值计算得出。在每个时间采样中，将瞬时电压乘以瞬时电流，得出瞬时功率。将其乘以采样间隔，即该采样间隔中消耗的能量。将所有这些累加到一个AC周期中，然后乘以每秒的周期数，即每秒消耗的能量，即功率。

从示波器走线看，电路汲取的电流通常为0。每个AC半周期，电流会迅速增加至约90mA，然后在约820us内线性下降至0。这是一个60Hz的电路，因此每8.3ms执行一次。当电路汲取电流时，电压大致恒定在170V。在170V = 7.65 W的情况下，在820us上的平均电流为45mA，但这仅占总时间的1/10，因此最终功耗为0.76W。

以我的经验，将电流探头向后接线的可能性恰好为0.5！

对于IT设备之类的系统，功率因数降低是由于整流器的作用而不是纯粹的电感性或电容性相移引起的，功率因数采用K因子法计算，该方法是各个谐波电流分量的函数。使用采样电流波形的FFT计算谐波含量。

您的5000/6000系列示波器（非常可爱-我每天都在工作）每天都不是完成此任务的正确工具。您确实应该为此类工作购买或租用功率计。

Xitron在功率计数学方法方面有很好的论文，而Googling也给出了一些成功案例。

电流探头基本上是一个单匝变压器。探头放置在要测量的电线上的方向无关紧要。箭头的唯一目的是指示在该方向上流动的电流将在示波器上显示为正电压。请注意，当您切换探头时，波形保持不变，但示波器上的极性相反。当必须确定电流和其他电压或电流之间的相位时，这一点很重要。波形和幅度不受影响。