2020年10月6日 星期二

功率的難題_true rms

了解波形因數的意義
還有一般電表處理AC、DC的方法之後
這個功率的難題就可以迎刃而解了
首先先看功率計
功率計的設計就是以交流電通過負載的電壓、電流的有效值去計算的
不管你的負載最後是不是DC
一開始進入的電都是市電的AC
因此得到的數字應該是可靠的(這有前提,後面再說)
連接AC, P=8.03-1.85=6.18W
連接DC,P=7.98-1.85=6.13W


再來看用一般電表量測的AC
這也是轉換為有效值的結果(將平均值乘1.11)
因此用P=IV算出來的數字和功率計很接近
V=113.9V,I=54.57mA,P=6.216W

若用電表的DC檔測量
電表會直接用平均值來呈現
但我們利用全波整流的DC並不是一條直線啊
還是屬於正弦波的積分模式
因此真正的電壓(電流)應該再乘以1.111才是計算功率應該用的數字

所以DC量到的電壓V=100V,有效值應為100*1.111=111.1V
電流I=48.63mA,有效值應為48.63*1.111=54.03mA
由此算出的P=6.003W
這樣就比較合理了

再把有效值的功率6.216除以平均值的功率4.863,比值為1.278
開根號後為1.13
這個數字也很接近正弦波的波形因數

但這些的前提必須我們量測的交流電是漂亮的正弦波(還記得吧)
如果不是正弦波(在電子電路中幾乎都不是標準正弦波),電表就會失去所有的準頭
甚至有些誤差會將近百分之50!!
https://www.fluke.com/en-id/learn/blog/electrical/what-is-true-rms

還有FLUKE拍的說明影片

怎麼解決?
最根本的方法就是測量每個時間點的真實電壓
再去積分算出均方根,這就是真實的均方根(true rms)
怎麼做?
基本上就是要有一個高速運算的IC可以去擷取極小時間點的電壓
比如精品中的精品FLUKE...(快去敗家吧)
擷取峰值電壓的週期小到250 µS!!
頻率高達100kHz
(Fluke 287技術手冊,http://www.farnell.com/datasheets/1672144.pdf?_ga=2.193260782.2108839462.1601986880-92747708.1601986880)

這樣理論上就可以測量非正弦波的true rms
這在電子電路或音響電路中十分重要
如果單純只是測量市電或直流電,普通電錶就足夠了

所以...我有一台教師節禮物,TRUE RMS!!!
但不是FLUKE,意思就是...

利用TRIAC調光電路當作例子測量一下
TRIAC電路是甚麼?後續再說吧
反正就不是標準正弦波的交流電就是了

大家自己看看測量結果就知道差別了
普通電錶市電

高級電表市電

普通電錶調光電路最大值

普通電錶調光電路最小值

高級電錶調光電路最大值

高級電錶調光電路最小值

所以,很多時候其實是儀器本身的設計問題
這也是為甚麼同樣功能(表面上)的儀器,不同廠牌不同型號的價差會多會到數十倍的原因了