Das Prinzip und die Methoden der indirekten Bestimmung des Leistungsfaktors im Wechselstromkreis

Leistungsfaktor oder Cosinus Phi, bezogen auf den Nutzer von sinusförmigem Wechselstrom, ist das Verhältnis der Wirkleistungsaufnahme P zur Gesamtleistung S, die diesem Nutzer aus dem Netz zugeführt wird.

Gesamtleistung S, im allgemeinen Fall, kann als das Produkt der effektiven (quadratischen) Werte des Stroms I und der Spannung U im betrachteten Stromkreis und der Wirkleistung P definiert werden – wie sie vom Benutzer für die irreversibel verbraucht wird Betrieb der Arbeit.

Blindleistung QObwohl es Teil der Gesamtleistung ist, wird es nicht für die Arbeitsleistung verbraucht, sondern ist nur an der Erzeugung elektrischer und magnetischer Wechselfelder in einigen Elementen des Stromkreises des Benutzers beteiligt.

außer direkte Leistungsfaktormessung Einsatz elektrodynamischer Geräte – PhasenmesserEs gibt durchaus logische indirekte Methoden, mit denen Sie den Wert dieser sehr wichtigen elektrischen Größe, die den Benutzer in einem sinusförmigen Wechselstromkreis charakterisiert, mathematisch genau verstehen können.

Schauen wir uns die Daten an indirekte Methoden im Detail, Lassen Sie uns das Prinzip der indirekten Leistungsfaktormessung verstehen.

Voltmeter-, Amperemeter- und Wattmeter-Methode

Elektrodynamisches Wattmeter mit zusätzlichem Wirkwiderstand im Stromkreis seiner beweglichen Spule gibt den Wert der im Wechselstromkreis P verbrauchten extremen Wirkleistung an.

Wenn wir nun mit einem Voltmeter und einem Amperemeter die Durchschnittswerte des Stroms I und der Spannung U messen, die im Stromkreis der untersuchten Last wirken, erhalten wir durch Multiplikation dieser beiden Parameter nur die Gesamtleistung S .

Dann kann der Leistungsfaktor (Cosinus Phi) einer bestimmten Last leicht mithilfe der Formel ermittelt werden:

Hier finden Sie auf Wunsch auch den Wert der Blindleistung Q, den Gesamtwiderstand des Stromkreises z Ohm'sches Gesetz, sowie aktiven und reaktiven Widerstand, indem man einfach ein Widerstandsdreieck konstruiert oder darstellt und dann den Satz des Pythagoras verwendet:

Zähler- und Amperemeter-Methode

Um diese Methode anwenden zu können, ist es notwendig, eine Schaltung aufzubauen, bei der die einfachste in Reihe mit der Last Z und dem Amperemeter geschaltet ist Stromzähler W..

Für einen bestimmten Zeitraum t in der Größenordnung einer Minute muss die Anzahl der Umdrehungen der Scheibe N berechnet werden, die die Menge der während einer bestimmten Zeit verbrauchten aktiven Energie anzeigt (d. h. unter Berücksichtigung der Leistungsfaktor).

Hier: die Anzahl der Umdrehungen der Scheibe N, der Koeffizient k ist die Energiemenge pro Umdrehung, I und U sind der Effektivstrom bzw. die Effektivspannung, t ist die Zeit zum Zählen der Umdrehungen, Cosinus Phi ist der Leistungsfaktor:

Dann wird anstelle des untersuchten Benutzers Z die aktive Last R über denselben Zähler in den Stromkreis einbezogen, jedoch nicht direkt, sondern über den Rheostat R1 (wobei mit dem Benutzer Z der gleiche Strom I wie im ersten Fall erreicht wird). Die Drehzahl der Scheibe N1 bleibt für die gleiche Zeit t erhalten. Aber da die Last aktiv ist, ist der Kosinus Phi (Leistungsfaktor) hier sicherlich gleich 1. Daher:

Dann wird das Verhältnis der Umdrehungen des Scheibenzählers für den gleichen Zeitraum im ersten und zweiten Fall aufgezeichnet. Dies ist der Kosinus Phi, also der Leistungsfaktor der ersten Last (relativ zu einer rein aktiven Last mit derselben). aktuell):

Drei-Amperemeter-Methode

Um den Leistungsfaktor in einem Sinusstromkreis mit drei Amperemetern zu bestimmen, müssen Sie zunächst die folgende Schaltung aufbauen:

Dabei ist Z eine Last, deren Leistungsfaktor bestimmt werden soll und R eine rein aktive Last.

Da die Last R rein aktiv ist, ist der Strom I1 zu jedem Zeitpunkt in Phase mit der an dieser Last anliegenden Wechselspannung U. In diesem Fall ist der Strom I gleich der geometrischen Summe der Ströme I1 und I2. Nun erstellen wir basierend auf dieser Position ein Vektordiagramm der Ströme:

Im Vektordiagramm der Ströme ist der spitze Winkel zwischen dem Strom I1 und dem Strom I2 der Winkel Phi, dessen Kosinus (eigentlich der Wert des Leistungsfaktors) einer speziellen Wertetabelle entnommen werden kann ​​von trigonometrischen Funktionen oder berechnet nach der Formel:

Von hier aus können wir Cosinus Phi, also den gewünschten Leistungsfaktor, ausdrücken:

Das Vorzeichen des gefundenen Leistungsfaktors („+“ oder „-“) gibt Aufschluss über die Art der Last. Wenn der Leistungsfaktor (Cosinus Phi) negativ ist, ist die Last kapazitiver Natur. Wenn der Leistungsfaktor ein positiver Wert ist, ist die Art der Last induktiv.