Nguyên tắc và phương pháp xác định gián tiếp hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều
Hệ số công suất hoặc cosine phi, đối với người dùng dòng điện xoay chiều hình sin, là tỷ lệ giữa mức tiêu thụ năng lượng hoạt động P trên tổng công suất S được cung cấp cho người dùng này từ mạng.
Tổng công suất S, trong trường hợp chung, có thể được định nghĩa là tích của các giá trị hiệu dụng (bình phương trung bình gốc) của dòng điện I và điện áp U trong mạch được xem xét và công suất tác dụng P — do người dùng tiêu thụ không thể đảo ngược cho vận hành công việc.
Công suất phản kháng Q, tuy là một phần của công suất toàn phần, tuy nhiên nó không tiêu hao để thực hiện công mà chỉ tham gia tạo ra điện trường và từ trường xoay chiều trong một số phần tử của mạch điện người dùng.
ngoại trừ đo hệ số công suất trực tiếp sử dụng các thiết bị điện động - công tơ pha, có những phương pháp gián tiếp khá logic cho phép bạn hiểu chính xác về mặt toán học giá trị của đại lượng điện rất quan trọng này đặc trưng cho người dùng trong mạch điện xoay chiều hình sin.
Hãy nhìn vào dữ liệu phương pháp gián tiếp chi tiết, Hãy cho chúng tôi hiểu nguyên tắc đo hệ số công suất gián tiếp.
Phương pháp vôn kế, ampe kế và oát kế
oát kế điện động với điện trở hoạt động bổ sung trong mạch của cuộn dây chuyển động của nó biểu thị giá trị của công suất cực đại tiêu thụ trong mạch xoay chiều P.
Nếu bây giờ, sử dụng vôn kế và ampe kế, chúng ta đo các giá trị trung bình của dòng điện I và điện áp U tác dụng trong mạch của tải đang nghiên cứu, thì bằng cách nhân hai tham số này, chúng ta sẽ chỉ nhận được tổng công suất S .
Sau đó, có thể dễ dàng tìm thấy hệ số công suất (cosine phi) của một tải nhất định bằng công thức:
Tại đây, nếu muốn, bạn cũng có thể tìm giá trị của công suất phản kháng Q, tổng trở của mạch z Định luật Ohm, cũng như điện trở chủ động và phản kháng, đơn giản bằng cách xây dựng hoặc biểu diễn một tam giác điện trở, sau đó sử dụng định lý Pythagore:
Phương pháp đếm và ampe kế
Để sử dụng phương pháp này, cần phải lắp ráp một mạch điện trong đó mạch đơn giản nhất được mắc nối tiếp với tải Z và ampe kế công tơ điện Wh.
Trong một khoảng thời gian t nhất định, cỡ một phút, sẽ cần phải tính số vòng quay của đĩa N, số vòng quay này sẽ cho biết lượng năng lượng hoạt động đã sử dụng trong một thời gian nhất định (nghĩa là có tính đến hệ số công suất).
Ở đây: số vòng quay của đĩa N, hệ số k là năng lượng trên mỗi vòng quay, I và U lần lượt là cường độ dòng điện và hiệu điện thế, t là thời gian đếm số vòng quay, cosin phi là hệ số công suất:
Sau đó, thay vì người dùng Z đã nghiên cứu, tải hoạt động R được đưa vào mạch thông qua cùng một bộ đếm, nhưng không trực tiếp mà thông qua bộ biến trở R1 (đạt được dòng điện I giống như trong trường hợp đầu tiên, với người dùng Z). Số vòng quay của đĩa N1 được duy trì trong cùng thời gian t. Nhưng ở đây, vì tải đang hoạt động, cosine phi (hệ số công suất) chắc chắn bằng 1. Do đó:
Sau đó, tỷ lệ số vòng quay của bộ đếm đĩa được ghi lại trong cùng một khoảng thời gian trong trường hợp thứ nhất và thứ hai. Đây sẽ là cosin phi, tức là hệ số công suất của tải đầu tiên (so với tải hoạt động hoàn toàn có cùng hiện hành):
Phương pháp ba ampe kế
Để xác định hệ số công suất trong mạch dòng điện hình sin bằng ba ampe kế, trước tiên bạn phải lắp ráp mạch sau:
Ở đây Z là tải có hệ số công suất được xác định và R là tải thuần hoạt động.
Vì tải R chỉ hoạt động nên dòng điện I1 tại bất kỳ thời điểm nào cũng cùng pha với điện áp xoay chiều U đặt vào tải này.Trong trường hợp này, dòng điện I bằng tổng hình học của các dòng điện I1 và I2. Bây giờ chúng ta sẽ xây dựng dựa trên vị trí này một sơ đồ vectơ của các dòng điện:
Trên sơ đồ vectơ của dòng điện, góc nhọn giữa dòng điện I1 và dòng điện I2 là góc phi, cosin của nó (trên thực tế, giá trị của hệ số công suất) có thể được tìm thấy từ một bảng giá trị đặc biệt. của các hàm lượng giác hay được tính theo công thức:
Từ đây, chúng ta có thể biểu diễn cosine phi, nghĩa là hệ số công suất mong muốn:
Dấu hiệu của hệ số công suất được tìm thấy («+» hoặc «-«) sẽ cho biết bản chất của tải. Nếu hệ số công suất (cosine phi) âm, tải có tính chất điện dung. Nếu hệ số công suất là một giá trị dương, thì bản chất của tải là cảm ứng.