Principiul și metodele de determinare indirectă a factorului de putere în circuitul de curent alternativ

Factor de putere sau cosinus phi, în raport cu utilizatorul de curent alternativ sinusoidal, este raportul dintre puterea activă consumată P și puterea totală S care este furnizată acestui utilizator din rețea.

Puterea totală S, în cazul general, poate fi definit ca produsul dintre valorile efective (rădăcină pătrată medie) a curentului I și a tensiunii U din circuitul considerat și puterea activă P - așa cum este consumată ireversibil de utilizator pentru operarea muncii.

Puterea reactivă Q, deși face parte din puterea totală, cu toate acestea, nu este consumată pentru a efectua lucrări, ci participă doar la crearea câmpurilor electrice și magnetice alternative în unele elemente ale circuitului utilizatorului.

cu exceptia măsurarea directă a factorului de putere utilizarea dispozitivelor electrodinamice - contoare de fază, există metode indirecte destul de logice care vă permit să înțelegeți cu exactitate matematic valoarea acestei marimi electrice foarte importante care caracterizează utilizatorul într-un circuit de curent alternativ sinusoidal.

Să ne uităm la date metode indirecte in detalii, Să înțelegem principiul măsurării indirecte a factorului de putere.

Metoda voltmetru, ampermetru și wattmetru

Wattmetru electrodinamic cu rezistență activă suplimentară în circuitul bobinei sale mobile indică valoarea puterii extrem de active consumate în circuitul AC P.

Dacă acum, folosind un voltmetru și un ampermetru, măsurăm valorile medii ale curentului I și ale tensiunii U care acționează în circuitul sarcinii studiate, atunci prin înmulțirea acestor doi parametri, vom obține doar puterea totală S .

Apoi factorul de putere (cosinus phi) al unei sarcini date poate fi găsit cu ușurință folosind formula:

Aici, dacă doriți, puteți găsi și valoarea puterii reactive Q, rezistența totală a circuitului z Legea lui Ohm, precum și rezistența activă și reactivă, pur și simplu prin construirea sau reprezentarea unui triunghi de rezistență și apoi folosind teorema lui Pitagora:

Metoda contor și ampermetru

Pentru a utiliza această metodă, este necesar să asamblați un circuit în care cel mai simplu este conectat în serie cu sarcina Z și ampermetrul. contor electric Wh.

Pentru o anumită perioadă de timp t, de ordinul unui minut, va fi necesar să se calculeze numărul de rotații ale discului N, care va arăta cantitatea de energie activă cheltuită într-un anumit timp (adică, ținând cont de factor de putere).

Aici: numărul de rotații ale discului N, coeficientul k este cantitatea de energie pe rotație, I și U sunt curentul efectiv și respectiv tensiunea, t este timpul de numărare a rotațiilor, cosinus phi este factorul de putere:

Apoi, în locul utilizatorului studiat Z, sarcina activă R este inclusă în circuit prin același numărător, dar nu direct, ci prin reostatul R1 (realizându-se același curent I ca în primul caz, cu utilizatorul Z). Numărul de rotații ale discului N1 este menținut în același timp t. Dar aici, deoarece sarcina este activă, cosinusul phi (factor de putere) este cu siguranță egal cu 1. Prin urmare:

Apoi raportul de rotații al contorului de disc este înregistrat pentru aceeași perioadă de timp în primul și al doilea caz.Acesta va fi cosinus phi, adică factorul de putere al primei sarcini (față de o sarcină pur activă cu aceeași actual):

Metoda cu trei ampermetre

Pentru a determina factorul de putere într-un circuit de curent sinusoidal folosind trei ampermetre, trebuie mai întâi să asamblați următorul circuit:

Aici Z este o sarcină al cărei factor de putere trebuie determinat și R este o sarcină pur activă.

Deoarece sarcina R este pur activă, curentul I1 în orice moment de timp este în fază cu tensiunea alternativă U aplicată acestei sarcini, în acest caz, curentul I este egal cu suma geometrică a curenților I1 și I2. Acum vom construi pe baza acestei poziții o diagramă vectorială a curenților:

Pe diagrama vectorială a curenților, unghiul ascuțit dintre curentul I1 și curentul I2 este unghiul phi, al cărui cosinus (de fapt, valoarea factorului de putere) poate fi găsit dintr-un tabel special de valori de funcții trigonometrice sau calculate prin formula:

De aici putem exprima cosinusul phi, adică factorul de putere dorit:

Semnul factorului de putere găsit («+» sau «-«) va indica natura sarcinii. Dacă factorul de putere (cosinus phi) este negativ, sarcina este de natură capacitivă. Dacă factorul de putere este o valoare pozitivă, atunci natura sarcinii este inductivă.