Princip i metode neizravnog određivanja faktora snage u krugu izmjenične struje
Faktor snage ili kosinus phi, s obzirom na korisnika sinusne izmjenične struje, je omjer utroška djelatne snage P i ukupne snage S koja se tom korisniku isporučuje iz mreže.
Ukupna snaga S, u općem slučaju, može se definirati kao umnožak efektivne (srednje kvadratne) vrijednosti struje I i napona U u razmatranom krugu, a aktivna snaga P — kao nepovratno utrošena od strane korisnika za operacija rada.
Jalova snaga Q, iako je dio ukupne snage, međutim, ne troši se za obavljanje rada, već samo sudjeluje u stvaranju izmjeničnog električnog i magnetskog polja u nekim elementima strujnog kruga korisnika.
osim izravno mjerenje faktora snage korištenje elektrodinamičkih uređaja — fazometri, postoje sasvim logične neizravne metode koje vam omogućuju da matematički točno shvatite vrijednost ove vrlo važne električne veličine koja karakterizira korisnika u sinusoidnom krugu izmjenične struje.
Pogledajmo podatke neizravne metode u detalje, Razumimo princip neizravnog mjerenja faktora snage.
Metoda voltmetra, ampermetra i vatmetra
Elektrodinamički vatmetar s dodatnim aktivnim otporom u krugu njegove pokretne zavojnice označava vrijednost ekstremno aktivne snage potrošene u izmjeničnom krugu P.
Ako sada pomoću voltmetra i ampermetra izmjerimo prosječne vrijednosti struje I i napona U koji djeluju u krugu opterećenja koje se proučava, tada ćemo množenjem ova dva parametra dobiti samo ukupnu snagu S .
Tada se faktor snage (kosinus phi) danog opterećenja može lako pronaći pomoću formule:
Ovdje, ako želite, možete pronaći i vrijednost reaktivne snage Q, ukupnog otpora kruga z Ohmov zakon, kao i aktivni i reaktivni otpor, jednostavno konstruiranjem ili predstavljanjem trokuta otpora, a zatim korištenjem Pitagorinog teorema:
Metoda brojača i ampermetra
Za korištenje ove metode potrebno je sastaviti krug u kojem je najjednostavniji spojen u seriju s opterećenjem Z i ampermetrom mjerač električne energije Wh.
Za određeni vremenski period t, reda veličine minute, bit će potrebno izračunati broj okretaja diska N, koji će pokazati količinu potrošene aktivne energije tijekom određenog vremena (tj. uzimajući u obzir faktor snage).
Ovdje: broj okretaja diska N, koeficijent k je količina energije po okretaju, I i U su efektivne vrijednosti struje i napona, t je vrijeme za brojanje okretaja, kosinus phi je faktor snage:
Tada se, umjesto proučavanog korisnika Z, aktivno trošilo R uključuje u strujni krug preko istog brojača, ali ne izravno, već preko reostata R1 (ostvarujući istu struju I kao u prvom slučaju, s korisnikom Z). Broj okretaja diska N1 održava se za isto vrijeme t. Ali ovdje, budući da je opterećenje aktivno, kosinus phi (faktor snage) sigurno je jednak 1. Dakle:
Zatim se bilježi omjer okretaja brojača diska za isto vrijeme u prvom i drugom slučaju. To će biti kosinus phi, odnosno faktor snage prvog opterećenja (u odnosu na čisto aktivno opterećenje s istim Trenutno):
Metoda tri ampermetra
Da biste odredili faktor snage u krugu sinusne struje pomoću tri ampermetra, prvo morate sastaviti sljedeći krug:
Ovdje je Z opterećenje čiji faktor snage treba odrediti, a R je čisto aktivno opterećenje.
Budući da je opterećenje R čisto aktivno, struja I1 u bilo kojem trenutku vremena je u fazi s izmjeničnim naponom U koji se primjenjuje na ovo opterećenje. U ovom slučaju, struja I jednaka je geometrijskom zbroju struja I1 i I2. Sada ćemo na temelju ove pozicije izgraditi vektorski dijagram struja:
Na vektorskom dijagramu struja, akutni kut između struje I1 i struje I2 je kut phi, čiji se kosinus (zapravo vrijednost faktora snage) može pronaći iz posebne tablice vrijednosti trigonometrijskih funkcija ili izračunati po formuli:
Odavde možemo izraziti kosinus phi, odnosno željeni faktor snage:
Predznak pronađenog faktora snage («+» ili «-«) će pokazati prirodu opterećenja. Ako je faktor snage (kosinus phi) negativan, opterećenje je po prirodi kapacitivno. Ako je faktor snage pozitivna vrijednost, tada je priroda opterećenja induktivna.