オシロスコープを使用して実際の力と力率を計算する方法は？

スタンバイモードでのデバイスの実際の電力消費量を計算しようとしていますが、そのためには次の理由により力率を計算する必要があります。

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

現在、他の多くのITデバイスと同様に、私のデバイスは完全な正弦波電流曲線を持たないため、位相シフトを計算してcos（theta）を計算することはできません。

Arduinoアプリケーションのいくつかのドキュメントを読みました。どうやら、電流と電圧のいくつかの瞬間的なサンプリングを行い、それらを乗算して平均を取得するだけで、実際の電力を計算できます。だから私は自分のスコープを取り出し、1000サンプルを取得することにしました。

これがグラフです：

このデータをExcelシートにエクスポートし、次の値を取得しました。

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

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

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

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

これは私に力率を与えます

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

Kill-a-Wattデバイスを使用したところ、力率が平均0.6前後であることがわかりました。

何かを見逃した場合はオンラインで調査を試みましたが、スコープの現在のプローブには、ソース（私の場合はACコンセント）を指す「フロー矢印」があるはずだと言うウェブサイトに気付きました。逆に気付いたので修正しました。グラフは以下のとおりです。

これでほぼ同じRMS値が得られますが、瞬間的な電圧と電流の読み取り値を乗算して平均すると、次のような実際の電力が得られます。

$P = -1.02W$

もっと経験のある人が私を正しい方向に向けることができますか？私は何を間違えていますか？

これに電圧と電流のRMS値を使用しようとしてもうまくいかないと思います。4ms後に電流波形をシフトすると想像してください。RMS電圧もRMS電流もまったく変化しませんが、消費される電力は1桁変化します。

回路によって消費される瞬間的な電力はV * Iです。任意の短い時間dtで消費されるエネルギーはV * I * dtになります。1秒間に消費されるエネルギー、つまり消費される電力は、T = 0からT = 1までのV * I * dtの積分になります。これは、Excelスプレッドシートのサンプル値から直接計算できます。各時間のサンプルで、瞬時電圧に瞬時電流を掛けて、それが引き出される瞬時電力を与えます。これにサンプル間隔を掛けます。これは、そのサンプル間隔で消費されるエネルギーです。これらすべてをACサイクルにわたって加算し、1秒あたりのサイクル数を乗算します。これは、1秒あたりに消費されるエネルギーであり、電力とも呼ばれます。

オシロスコープのトレースを見ると、回路に流れる電流は通常0です。AC半サイクルごとに電流が急速に約90mAに増加し、その後、約820usにわたって直線的に0に減少します。これは60Hz回路なので、8.3msごとにこれを実行します。回路に電流が流れている場合、電圧は170Vでほぼ一定です。これは、170V = 7.65 Wで820usを超える平均電流45mAですが、この電力は合計時間の1/10しかかからないため、最終的な電力消費は0.76 Wです。

私の経験では、電流プローブを逆に配線する確率はちょうど0.5です。

IT機器のようなシステムの場合、力率の低下は整流器の動作によるものであり、純粋に誘導性または容量性の位相シフトではありません。力率は、個々の高調波電流成分の関数であるK係数法で計算されます。高調波成分は、サンプリングされた電流波形のFFTを使用して計算されます。

5000/6000シリーズのスコープ（これはとても素敵です-私は毎日1つ使用しています）は、このタスクに適したツールではありません。この種の作業には、パワーメーターを購入またはレンタルする必要があります。

Xitronには、パワーメーターの数学的な手法に関する優れた論文があり、グーグルによっていくつかのヒットも得られます。

電流プローブは、基本的にはワンターントランスです。プローブが測定するワイヤー上に配置される方向は関係ありません。矢印の唯一の目的は、その方向に流れる電流がオシロスコープに正の電圧として表示されることを示すことです。プローブを切り替えたとき、波形は同じままですが、オシロスコープの極性が反転していることに注意してください。これは、電流と他の電圧または電流との間の位相を決定する必要がある場合に重要です。波形と振幅は影響を受けません。