Измерение коэффициента мощности

Разработка блоков питания, других силовых модулей
Эдуард
Администратор
Сообщения: 365
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Измерение коэффициента мощности

Сообщение Эдуард » 04 ноя 2016, 18:57

Коэффициент мощности это параметр, характеризующий искажения формы потребляемого от сети переменного тока. Крайне важный показатель для любого потребителя электроэнергии. От него зависят потери на активном сопротивлении проводов сети.

Если мы подключим к сети переменного тока активное сопротивление, то форма напряжения на нем и форма тока будут совпадать. Все расчеты в такой цепи определяются действующими значениями тока и напряжения. Амперметры и вольтметры переменного тока также измерят действующие величины. Математически они определяются как среднеквадратичное значение тока или напряжения за период и эквивалентны значениям постоянного тока или напряжения по количеству выделяемого тепла. Все просто.
Но давайте подключим реактивный элемент к цепи переменного тока, например конденсатор. Форма тока и напряжения на нагрузке перестанут совпадать. (Я промоделировал в SwCAD).

km3.PNG
km3.PNG (8.09 КБ) 10510 просмотров

Конденсатор будет накапливать энергию, и отдавать ее назад в сеть. По диаграмме видно, что средние значения тока и напряжения на конденсаторе равны 0. На конденсаторе не остается энергии. Все, что получил, все вернул. Появилась реактивная мощность. Она не совершает полезной работы. Она накапливается на реактивных элементах, и возвращается в сеть питания. Возвращается по питающим проводам, от чего на их активном сопротивлении выделяется мощность потерь. Поэтому необходимо стремиться к увеличению коэффициента мощности. В идеале, для активной нагрузки он равен 1.

В отличие от постоянного тока в цепях переменного тока существуют понятия:
    P - активная мощность, та, что выделяется на нагрузке, совершает полезную работу. Измеряется в Вт.
    Q - реактивная мощность, накапливается на реактивных элементах и возвращается в сеть. Именно она создает тепловые потери в проводах сети. Измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАР).
    S – полная мощность. Вычисляется как произведение действующих значений тока и напряжения на нагрузке S = U * I. Измеряется в вольт-амперах (ВА).
Если вернуться к предыдущей диаграмме, то можно заметить, что форма тока на конденсаторе осталась синусоидальной. Просто сдвинулась фаза на определенный угол, назовем его ϕ. В этом случае говорят о линейной нагрузке с синусоидальной формой тока и для него верно соотношение:
P = S * cos ϕ.

Для синусоидальных форм тока и напряжения значение cos ϕ равно коэффициенту мощности. Т.е. cos ϕ это синоним коэффициента мощности для цепей с синусоидальным током нагрузки.

Как только форма тока нагрузки перестает быть синусоидальной, все меняется. Большинство современных потребителей электроэнергии переменного тока имеют выпрямительно-конденсаторную нагрузку и искажают форму тока. Вот эквивалентная схема таких нагрузок.

km1.JPG
km1.JPG (9.92 КБ) 10510 просмотров

Напряжение сети выпрямляется, затем сглаживается на конденсаторе. Сама нагрузка имеет активно-емкостной характер, но выпрямительные диоды имеют нелинейную характеристику. В результате ток потребляется только в середине периода и имеет сильно искаженную форму.

km4.JPG
km4.JPG (9.28 КБ) 10510 просмотров

У подобных потребителей электроэнергии коэффициент мощности около 0,7.
Вот таблица примерных значений коэффициентов мощности для разных потребителей электроэнергии.

KM_table.PNG

Часто встречается поисковый запрос ”коэффициент мощности на постоянном токе”. Так вот, в цепях постоянного тока понятия коэффициент мощности не существует. Нет реактивной мощности, нет коэффициента мощности.


Как измерить коэффициент мощности.
Для измерения в цепях с синусоидальным током, т.е. для измерения cos ϕ существуют специальные приборы – фазометры.

km5.jpg
km5.jpg (8.1 КБ) 10510 просмотров

Для измерения коэффициента тока в цепях с искажением формы тока нагрузки используют следующую методику.
Надо собрать не сложную схему.

km2.JPG

Дальше необходимо посчитать полную мощность, как произведение показаний амперметра и вольтметра
S = I * U.
Остается разделить активную мощность (показания ваттметра) на вычисленную полную мощность
λ = P / S.
В результате получим значение коэффициента мощности.

Вольтметр и амперметр переменного тока есть у всех. А вот ваттметр активной мощности найти не так просто. Его можно заменить счетчиком электроэнергии. Современные электросчетчики имеют класс точности 1, т.е. измерения получатся по точности не хуже чем с ваттметром.

Для вычисления активной мощности нужно замерить время, например, 10 калибровочных импульсов (миганий светодиода на передней панели электросчетчика). Дальше, вычислить время периода для одного импульса, т.е. разделить на 10. Зная передаточный коэффициент счетчика (обычно 3200 импульсов на 1 кВт ч) можно вычислить активную мощность на нагрузке.

P = 3600 / 3200 / Tимп
    P – активная мощность (кВт);
    Tимп – период калибровочных импульсов (сек);
    3200 – коэффициент счетчика;
    3600 – количество секунд в часе.
Все зависит от того, насколько точно будет измерено время периода калибровочных импульсов.


Симон Боливарский
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 17 ноя 2016, 19:13

Re: Измерение коэффициента мощности

Сообщение Симон Боливарский » 17 ноя 2016, 20:04

Т.е., теоретически, поставив на входе в квартиру корректор коэффициента мощности, можно уменьшить потребление электроэнергии?

Эдуард
Администратор
Сообщения: 365
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Измерение коэффициента мощности

Сообщение Эдуард » 17 ноя 2016, 20:41

Не думаю, что это даст эффект. Длина проводов в квартире, а значит и потери на них не значительны. Потери в корректоре коэффициента мощности будут больше.

Симон Боливарский
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 17 ноя 2016, 19:13

Re: Измерение коэффициента мощности

Сообщение Симон Боливарский » 26 ноя 2016, 00:13

Есть ещё одна тема. Частотные преобразователи.
Дано: производственная линия, состоящая из 7-8 валковых станков и транспортеров, каждый из которых имеет свой асинхронный трёхфазный двигатель. Изделие должно двигаться по линии со постояной скоростью .
Реально ли синхронизировать станки между собой с возможностью изменения скорости?

Эдуард
Администратор
Сообщения: 365
Зарегистрирован: 30 окт 2016, 20:53

Re: Измерение коэффициента мощности

Сообщение Эдуард » 26 ноя 2016, 13:49

Я занимался такими задачами. Но это сложная разработка. Дешевле использовать стандартные частотные преобразователи.Откройте тему. Может что-нибудь посоветуют. Думаю,синхронизировать готовые преобразователи можно без особых проблем.

Аватара пользователя
Witmarkthogy
Сообщения: 2
Зарегистрирован: 25 янв 2017, 22:10

Управление шаговым двигателем

Сообщение Witmarkthogy » 30 янв 2017, 01:39

Сейчас схема управления как на рисунке ниже, все это время работала как часы, но в этой схеме нет функции снижения нагрузки на контакты в момент коммутации, можно ли это реализовать? Если есть материал по теме, буду благодарен

DroryErex
Сообщения: 1
Зарегистрирован: 21 май 2017, 04:13

Управление шаговым двигателем

Сообщение DroryErex » 22 май 2017, 11:01

для моего проекта нужно линейно управлять шаговым двигателем. Можете помочь написать программу на flowcode. Мой драйвер DM860A. Кто уже с этим сталкивался покажите примеры. Наткнулся на application note avr446, там как раз про линейное управление шаровым двигателем. Но у меня проблемы при написании кода.


Вернуться в «Силовая электроника»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей