Il principio e i metodi di determinazione indiretta del fattore di potenza nel circuito a corrente alternata

Fattore di potenza o coseno phi, rispetto all'utenza di corrente alternata sinusoidale, è il rapporto tra la potenza attiva assorbita P e la potenza totale S che viene fornita a tale utenza dalla rete.

Potenza totale S, nel caso generale, può essere definito come il prodotto dei valori effettivi (radice quadratica media) della corrente I e della tensione U nel circuito considerato, e la potenza attiva P — come irreversibilmente consumata dall'utente per il funzionamento del lavoro.

Potenza reattiva Q, sebbene faccia parte della potenza totale, tuttavia, non viene consumato per eseguire lavori, ma partecipa solo alla creazione di campi elettrici e magnetici alternati in alcuni elementi del circuito dell'utente.

tranne misura diretta del fattore di potenza uso di dispositivi elettrodinamici — misuratori di fase, esistono metodi indiretti abbastanza logici che consentono di comprendere matematicamente con precisione il valore di questa importantissima grandezza elettrica che caratterizza l'utente in un circuito di corrente alternata sinusoidale.

Diamo un'occhiata ai dati metodi indiretti nei dettagli, Cerchiamo di capire il principio della misurazione indiretta del fattore di potenza.

Metodo del voltmetro, dell'amperometro e del wattmetro

Wattmetro elettrodinamico con resistenza attiva aggiuntiva nel circuito della sua bobina mobile indica il valore della potenza estremamente attiva consumata nel circuito CA P.

Se ora, utilizzando un voltmetro e un amperometro, misuriamo i valori medi della corrente I e della tensione U agenti nel circuito del carico in esame, quindi moltiplicando questi due parametri otterremo solo la potenza totale S .

Quindi il fattore di potenza (coseno phi) di un dato carico può essere facilmente trovato utilizzando la formula:

Qui, se lo desideri, puoi anche trovare il valore della potenza reattiva Q, la resistenza totale del circuito z Legge di Ohm, così come la resistenza attiva e reattiva, semplicemente costruendo o rappresentando un triangolo di resistenza, e poi usando il teorema di Pitagora:

Metodo contatore e amperometro

Per utilizzare questo metodo, è necessario assemblare un circuito in cui il più semplice è collegato in serie con il carico Z e l'amperometro contatore elettrico Wh.

Per un certo periodo di tempo t, dell'ordine del minuto, sarà necessario calcolare il numero di giri del disco N, che riporterà la quantità di energia attiva spesa in un dato tempo (cioè tenendo conto della fattore di potenza).

Qui: il numero di giri del disco N, il coefficiente k è la quantità di energia per giro, I e U sono rispettivamente la corrente e la tensione rms, t è il tempo per il conteggio dei giri, il coseno phi è il fattore di potenza:

Quindi, invece dell'utente Z studiato, il carico attivo R viene inserito nel circuito tramite lo stesso contatore, ma non direttamente, ma tramite il reostato R1 (ottenendo la stessa corrente I del primo caso, con l'utente Z). Il numero di giri del disco N1 viene mantenuto per lo stesso tempo t. Ma qui, essendo il carico attivo, il coseno phi (fattore di potenza) è sicuramente uguale a 1. Quindi:

Quindi viene registrato il rapporto dei giri del contatore del disco per lo stesso periodo di tempo nel primo e nel secondo caso, che sarà il coseno phi, ovvero il fattore di potenza del primo carico (rispetto a un carico puramente attivo con lo stesso attuale):

Metodo dei tre amperometri

Per determinare il fattore di potenza in un circuito di corrente sinusoidale utilizzando tre amperometri, è necessario prima assemblare il seguente circuito:

Qui Z è un carico il cui fattore di potenza deve essere determinato e R è un carico puramente attivo.

Essendo il carico R puramente attivo, la corrente I1 in ogni istante di tempo è in fase con la tensione alternata U applicata a tale carico, in questo caso la corrente I è pari alla somma geometrica delle correnti I1 e I2. Ora costruiremo sulla base di questa posizione un diagramma vettoriale delle correnti:

Sul diagramma vettoriale delle correnti, l'angolo acuto tra la corrente I1 e la corrente I2 è l'angolo phi, il cui coseno (appunto, il valore del fattore di potenza) può essere trovato da un'apposita tabella di valori ​​delle funzioni trigonometriche o calcolate dalla formula:

Da qui possiamo esprimere il coseno phi, cioè il fattore di potenza desiderato:

Il segno del fattore di potenza trovato («+» o «-«) indicherà la natura del carico. Se il fattore di potenza (coseno phi) è negativo, il carico è di natura capacitiva. Se il fattore di potenza è un valore positivo, la natura del carico è induttiva.