请教个交流电问题：电压有效值*电流有效值等于有用功吗？【恢复】

thoro_avr

我已经由电路(RMS[真有效值])芯片输出得到电压及电流的有效值，我该如何计算：有用功和视在功？ 

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zhihuisky

不等于
要看相位差

tonykung

【19楼】 zhiwei 
 
当然要采样瞬时值了你可以虚拟出一个1/2VREF当做中点来进行采样。 ？？

能否说的详细点，，我发了个图片，，是无功功率补偿的，，

thoro_avr

谢谢楼上的

hitler

MC1495太老了，用它可能是没有别的可用，更精密的乘法器去ADI的网站上找找8。

thoro_avr

上楼这样的误差在+-3%  也太大了啊

thoro_avr

2 工作原理及电路设计

2.1 工作原理

电路组成如图1所示，由取样电路、乘积运算电路、电平转换电路、A／D转换电路和LED显示部分组成。

 
 (原文件名:1.jpg) 

本设计基于电功率等于电流与电压乘积的基本原理。完成该乘积运算的核心器件是模拟乘法器MC1495，配合使用运算放大器LM741实现电平转换，ICL7107完成A／D转换并驱动LED实现功率的数字显示。

其中，取样电路获取负载电压UL和负载电流IL，模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，即功率运算，该模拟乘法器采用差动方式从2脚和14脚输出与负载功率成比例的电流I2-I14口由运放LM741组成的电平转换电路将乘法器输出的差动电流转换成电压VO，此电压正比于负载上的平均有功功率PO，再配接由ICL7107为核心组成A／D转换及显示电路，LED数码管显示的数字即为负载有功功率。

2.2 电路设计

总体电路如图2所示。整个电路制作在一块5×8 cm的印刷电路板上。

 
 (原文件名:2.jpg) 

(1) 取样电路

取样电路的任务是获取负载电流IL和负载两端的电压UL。图2中精密取样电阻Rsense将负载电流，IL转换为电压VX′，Rsense=0.1 伲蔞X′=ILRsense=0.1IL。负载电压UL则直接送至VY′。

(2) 有效值功率转换电路

由四象限线性模拟乘法器MC1495实现负载电流与电压的乘积运算，采用差动方式输出与负载功率成比例的电流。这部分电路主要设计是依据制造商提供的MC1495技术资料及设计要求，详见文献[4]。

按最大有效值电功率P=100 W设计，扬声器阻抗RLoad耐变化范围在4～16 僦洌蚋涸氐缌鱅L最大约5 A(峰值7 A)，负载电压UL最大约40 V(峰值57 V)。从而有VX′(max)=0.7 V，VY′(max)=57 V。选择R01=51 k伲琑02=R03=R04=10 k伲ò

 

满足MC1495输入电压范围不超过±10 V的要求。

根据设计要求，MC1495的13脚外接电阻R13=12 k伲脚外接电阻由R3=12 k儆隦P3=5.0 k俅槌桑佣Ｖ脚电流I13和3脚电流I3均为1 mA左右。RP3可微调乘法器的增益系数。

根据VX(max)<I13RX和VY(max)<I3RY得RX>0.35 k伲琑Y>9.3 k伲X=0.51 k伲琑Y=10 k佟２⒏荨供电电压，选择1脚外接电阻R1=3.0k伲朔ㄆ鱉C1495输出端2脚和14脚外接负载电阻RL=3.0 k佟脚和8脚分别是乘法器的X和Y输入直流偏置调节，该功能由R05，R06，RP1，RP2，DZ1，DZ2组成的平衡调节网络完成。

至此，乘法器MC1495对电流与电压的乘积运算已实现，从2脚和14脚双端差动方式输出与负载功率成比例的电流信号。设MC1495的2脚和14脚电流(方向如图2所示)分别为I2和I14，则有

 

(3) 电平转换与滤波电路

电平转换电路由图2中的RL，R07，RP4，Rf和运放LM741组成，作用是将MC1495差动输出电流线性转换成单端输出电压，以便A／D转换。若电路对称(R07+Rp4=Rf，可通过微调RP4实现)，则可得运放的输出电压VO=(I2-I14)Rf，，由式(2)代入得

 

前面已选择I3=1 mA，RX=0.51 k伲琑Y=10 k伲⒔代入式(3)得

 

就一般情况而言，可能存在非阻性负载引起的相移觯敲从Ω靡愿涸氐缌骱偷缪顾彩敝到猩钊敕治觯瑁墒得运放输出瞬时电压为

 

cos鍪枪β室蚴６允作频域分析可看出，第一项是直流成分，正是负载上消耗的有功功率。后两项则是输入信号的2次谐波，很容易滤除掉(从而得鮋的平均值)。运放输出信号鮋经分压、滤波电路R08，R09，C3，C4后的电压作为A／D转换器的输入电压VIN送到ICL7107的31脚，此电压代表负载上的平均有功功率，根据图2得

 

对于任意非正弦电压和电流可看作是由一系列正弦波叠加组成，可证明，上述结论对有功功率的计算仍然正确。

(4) A／D转换及显示电路

这部分电路主要由ICL7107为核心组成，外围元件参数选择及设计是依据制造商提供的ICL7107技术资料及设计要求。ICL7107是3.5bit A／D转换器，能直接驱动LED数码管，其显示数N和输入电压VIN之间的关系是

 

说明数码管显示的数字正比于负载有功功率，实现设计目的。

可通过RP5调节ICL7107的36脚参考电压VRFF，来对该功率计进行定标。当采用±5 V为ICL7107供电时，要求VIN<3.5 V，前述VIN(max)=2V完全满足要求。此时调节RP5使VREF大约为2 V时，4位LED数码管将显示“1000”，正确选择小数点位，此即代表电功率为100.0W。

3 调试

电路中所有电位器均使用精密多圈电位器，安装并检查电路连接无误后，按如下过程调节：

(1) 乘法器X输入端直流偏置调节：在MC1495的Y输入端4脚接入1.0 kHz，5.0 V(P-P)正弦波，将X输入端9脚接地，调节RP1，使示波器在运放LM741输出端6脚观察到的波形幅度尽量接近零。

(2) 乘法器Y输入端直流偏置调节：在MC1495的X输入端9脚接1.0 kHz，0.5 V(P-P)正弦波，Y输人端4脚接地，调节RP2，使运放LM741的输出端6脚波形幅度尽量接近零。

(3) 运放输出平衡调节：将MC1495的X输入端9脚和Y输入端4脚接地，调节RP4，使运放LM741的输出端6脚直流电位为零(LED数码管也将显示零，该步骤实际是功率计调零)。

(4) 乘法器增益系数调节：依据式(3)，在MC1495的X输入端9脚接入0.2 V直流电压，在Y输入端4脚接入4.0 V直流电压，调节RP3，使运放LM741的输出端6脚直流电压为3.0 V(与此对应VIN=2 V)。

(5) A／D转换器的初步定标：在步骤(4)的基础上调节RP5，使4位LED数码管显示“1000”。

根据需要，重复(1)～(5)的步骤。

(6) A／D转换器的准确定标：本电路采用直接耦合，直流电压和电流便于准确测量，故采用直流信号对系统进行准确定标。

选择RLoad=8.0 伲纳⒐β蚀笥p;W的假负载，对取样电阻Rsense的要求是耗散功率大于5 W，稳定性好。测试时UL接直流稳压电源，用数字电压表和电流表分别同时测量假负载RLoad的电压UL和电流IL，在UL=20.0V时(约50W)，仔细调节RP5，使LED数码管显示功率与此时理论计算功率PL=ULIL完全一致，从而完成准确定标。

4 测试

(1) 交流功率测试

选择音频功放配接RLoad=8 俚难锷鳎玫推敌藕欧⑸鞯牡テ嫡倚藕抛饕羝倒Ψ判藕旁矗肈S5022M数字示波器测试负载交流电压和取样电阻上的电压，从而求得负载功率，测试结果表明，在音频范围内，本系统显示功率与实际功率的满度相对误差不超过±3％。

(2) 直流功率测试

UL接直流稳压电源进行测量，结果如表1所示。相对误差小于2.5%。

 

注：*处相对误差按(显示功率P-实际功率PL)÷实际功率PL计算，满度相对误差小于此数值。

5 结论

(1) 本电路既能用于直流电功率测量，又能用于低频交流电功率测量，从直流到音频范围内都能正常工作。上限工作频率主要取决于乘法器MC1495，其频率范围可从直流达到100 kHz以上。本设计是以量程100W的音频电功率测量来详细说明系统的设计方法。

(2) 由于采用有效值乘积的计算方式，不论对正弦单频信号，还是复杂波形的音乐、语音信号，本电路直接给出的都是负载实际消耗的有功功率，满度误差一般不超过±3％。

(3) 本电路的突出优点是电路简单可靠，工作频率范围宽，低成本，以有效值方式实现了有功功率的测量。既可单独使用，也可直接内嵌到相关设备中实现直流和低频电功率的测量及数字显示。



本贴被 thoro_avr 编辑过,最后修改时间：2008-09-18,00:34:30.

marx

我拆过一块美国波音的功率表，核心器件就是MC1495，电流电压分别是XY输入，输出经低通滤波平均后就是有功功率。把电压移相90度送入MC1495的时候输出的就是无功功率。因为工频是很稳定的400Hz，所以调整好的移相电路不会引起电压幅值的变化。
MC1495的XY输入短接就是TrueRMS电路，我不知道你用的是什么芯片，是否可以按照上面的接法使用。

marx

【15楼】 hendry 同学，已经有人这么做了，但是失败了——测春阻性负载效果很好，测谐波分量多的电脑电源就不能用了，AVR的AD采样率还是太低了。
http://www.ouravr.com/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=771946

zhiwei

当然要采样瞬时值了你可以虚拟出一个1/2VREF当做中点来进行采样。

thoro_avr

对这句话不太理解：“有功功率=电压瞬时值*电流瞬时值的积分 ”  那我采样电流电压时，直接采样未滤波前的交流信号吗？  有正负值，单片机AD前电路该如何处理呢？

本贴被 thoro_avr 编辑过,最后修改时间：2008-09-17,14:35:56.

wang007ggg

视在功率=瞬时视在功率对时间的积分, 对U*I求时间积分得到视在功率.
有用功率=瞬时有用功率对时间的积分, 对U*I*P求时间积分得到有用功率.
注意,你还要得到U,I的相位差,算出功率因数,功率因数并不是不变的,还需要实时测量,这样得到的功率值才是准确的!

hendry

用 M88 能实现：

1）用两路 A/D 分别对电压和电流实时采样，注意采样率要大于信号频率的2倍以上以避免失真，一般取 4 倍。

2）剩下的就是运算：相乘，累加，计算...，都是加法和乘法及除法（移位）计算，对于 M88 能够胜任。

3）需要设计好对电压和电流的采样电路，采样需要一个衰减系数，计算结果要乘以衰减系数以得到正确结果。

thoro_avr

用M88:
能实现：：“对 (电压 * 电流) 沿时间进行积分，所得值 除以 用时，就是有用功 功率。 ”  吗？会不会太慢了。

zhiwei

不知道怎么计算“有用功”。诸如“有效电压”、“有效电流”也不知道是什么东东。
有功功率=电压瞬时值*电流瞬时值的积分
视在功率=电压有效值*电流有效值
无功功率=（视在功率平方 - 有功功率平方）再开方

ilcvm

视在功率就是有效电压*有效电流啊，只是没有功率因数没法得到有效功率

thoro_avr

郁闷。

thoro_avr

我的电压及电流有效值是用专用RMS（真有效值）芯片得出的。  那么这样有用功和视在功都无法计算哦/

本贴被 thoro_avr 编辑过,最后修改时间：2008-09-17,10:31:14.

ilcvm

楼主你的有效电压跟有效电流是从仪器测出来的吗？如果是的话，通常都会有功率因数显示的。那有效功率=有效电压*有效电流/功率因数。
如果是自己理论计算的，可以直接使用【7楼】 hendry 说的方法计算，或者自己求出功率因素。

rainyss

是这样的:

交流电的神奇之处在于,如果你用个大电容直接接电源,电流也会很大,但电表几乎不转,这就是功率因数问题.
原因是交流电有相位的问题,电容上通过的电流与电源电压有90度移相,所以在前半周乘积为正值后半周乘积为负值,相加为0,这就是有功功率.结果电力白白消耗在供电线上,电力公司收不到钱

hendry

或者按照定义计算：对 (电压 * 电流) 沿时间进行积分，所得值 除以 用时，就是有用功 功率。

积分可以用相乘累加办法进行。

注意虑除电压和电流的直流分量，也就是说，电压和电流都要是交流信号（正弦波）。


  

hendry

只有电压电流的有效值是计算不出来的，还需要电压和电流的相对相位，也就是 Q 功率因数

电压电流有效值不变情况下，有用功是变化的，最小可能是 0，最大是 电压有效值和电流有效值乘积 再乘以一个什么系数，大概这样吧。

liyinchao

要是求功话就与时间积分吧

本贴被 liyinchao 编辑过,最后修改时间：2008-09-17,10:05:12.

liyinchao

功和功率不一样
S=VI
Q=?
P=?

rainyss

注意符号

thoro_avr

谢谢楼上，我知道这公式，现在想知道我已经由电路得到电压及电流的有效值，我该如何计算：有用功和视在功？

ilcvm

视在功率=有效功率/功率因数

525133174

mark