2019年8月27日 星期二

功率因數是啥東東

之前做的電力監測器有一個PF值
這個PF就是Power Factor功率因數的縮寫
基本上功率就是P=I*V
這在直流電的系統是沒問題的
但交流電的電壓和電流不是穩定的
因此在計算交流電功率時會用電壓和電流的均方根來計算
這樣就可以得到交流電的輸出功率S(直接將電路中的電流和電壓相乘)
附載端也會有一個消耗的功率P
所謂功率因數就是這兩個數字的比值
PF=P/S

若是電路的負載端是純電阻式(只有消耗能量,沒有吸收能量)
例如鎢絲燈
那電路的輸出功率幾乎就會等於電器的消耗功率,PF=1
但如果負載端有電容或電感等元件,情況就不同了
電容和電感基本上都是屬於儲能元件
簡單來說
電容會吸收多餘的電壓,電感則會吸收多餘的電流
吸收能量之後呢?
當然就是在電路中電流或電壓相對低時釋放出來啦
此時如果是交流電系統
就會出現所謂的位向差了

正常的交流電系統,電壓和電流的位向是相同的
所以所有輸出功率都會被消耗
如下圖

但如果電路中是純電感
就會釋放出電流擾亂原本漂亮的位向
最極端的情況就是剛好差了90度
如下圖

這時等於負載完全沒有消耗功率
PF=0

但真實世界不會那麼誇張
因為電感的放電時機並不會那麼剛好
加上幾乎沒有純電感的負載
通常都會有電阻或電容
如果有電容,就會使得電壓也產生位移
此時就不會剛好是90度
PF值就會介於0~1之間
以下測試了幾種電器的PF值
鎢絲燈0.97(幾乎是純電阻式的負載)

日光燈0.6

筆記型電腦0.55

LED燈泡0.76

USB充電器0.44

氖氣燈0.18

這個現象基本上對於用電端沒有太大的影響
除非像工廠等級,用電量超大,就另當別論了
但對供電端(台電)就不一樣了
當PF低,就表示用戶端有一個極大的電流輸出到電網中
這個由用戶端輸出的電流就會影響供電端的輸出
台電必須要加大功率(電壓)才能將電輸出
也會造成電網的負擔(要消耗用戶端輸出的電流)

因此台電會希望用戶端的PF值不要過低
以一般用戶來說最好在0.95以上
但家庭用戶通常用電量不大
台電還能支撐,就不會太積極去查你的功率因數
但企業用戶就不同了
台電可不是吃素的
會再加裝另一個偵測這個虛功率的儀器_乏時計
去計算你工廠的實際PF值來加收電費


2019年8月26日 星期一

電力監測器DIY

陳秋民老師在今年的物理教育研討會展示了一個電力監測器
類似像這樣的東西

其實這不是甚麼新鮮事
市面上早就有許多現成的商品
但就是想自己來搞一下
依照以往經驗,過程中應該可以學到許多沒想到的知識和技術

監控表當然只能買現成的零件(連這個都要DIY就太神了...)
外殼用現成的插座便當盒
不過要自己切出可以放入監控表的大小





當然要接上保險絲才安全
開關也要有比較方便
插座也選擇有地線的,未來可以演示的實驗更多也比較安全





整體電路圖如下

兩個插座要並聯
所以先作了兩條並聯的實心線



所有接頭務必接好並且再三檢查
畢竟動到110V的家用電,一定要非常小心
再接上電源線之前先用的12V的AC檢查了一下
確認接線都正確才接上電源線

做好像這樣
看起來滿像一回事的
難得有做出來的東西不像炸彈
本身待機有0.17W



測試看看LED燈泡、鎢絲燈泡、充電座
可以得到目前消耗的功率



但如果你用電壓乘以電流,理論上應該就等於功率
但LED燈泡和充電座卻和表上的功率不一樣?
這就是交流電本身的問題了
後續再來說明吧~~

2019年8月25日 星期日

綠光裡的紅外光

每年去物理教育研討會總會有一些收獲
晚宴有幸可以當陳秋民老師的助理攝影
當然就是全場最近的VIP啦~~(高興地勒!!)
當天陳秋民老師提到綠光雷射內部其實是一個高功率的紅外線激發一個特殊晶體所產生的
理論上這個紅外光功率是很高的
當然要來拆拆看啦
拆雷射筆需要動用許多雞絲頭
畢竟人家並沒打算讓你拆開的
裡面長成這樣





再把所有透鏡拆掉
就可以看到那個傳說中的特殊晶體

再狠心一點挖掉這個晶體(其實很擔心搞壞...)
終於看到內部的紅外光發射器了



用相機拍不怎麼樣
因為現在許多相機或手機為了讓拍出來的色彩更接近肉眼所見
會在鏡頭前加上一片紅外光濾鏡
之前嘗試將濾鏡拆掉
可以看這篇
用這樣的攝影機才能看到這顆不起眼的小東西威力有多大!!
鏡頭幾乎亮瞎了!!


手邊有的紅外光都靠邊站了
這能拿來幹嘛??
暫時不知道
但....直覺就是個好東西啊

2019年8月17日 星期六

無線型靜電偵測器

靜電偵測器之前作過許多個
可以直接連結文章,就不再多說
不過上課利用教學提示機投影時
顯示的LED燈角度不好調整
因此如果可以讓顯示燈外接就會更方便
拉線當然是最簡單的方法
但手邊有無線控制器
當初用來作無線遙控門閂
應該可以來改裝一下才是
但事情總是不如想像中順利...
要控制遙控器的開關最方便的就是繼電器
但繼電器所需的電流較大
一般電晶體出來的電流量不夠
想了好久解決的方法
最後在E極輸出時後再經過一個mosfet來增加電流
但mosfet的G極是用電容控制
因此加一個電容讓輸入mosfet的電流可以穩定
這樣就能讓繼電器穩定的開關
電路圖如下

過程大致如下














影片會更清楚

其實這應該有現成的集成IC可以用(我猜的,我也不知道可以用哪個IC)
但我還是喜歡從基本零件開始
那個過程很痛苦,但也很享受
每次思考設計就會讓自己再加深一層功力
這也是我一直不喜歡用套件的原因
雖然套件真的很方便
不過....就是只有方便而已

後續這個遙控裝置應該還會有其他用途才是...