Princíp a metódy nepriameho stanovenia účinníka v obvode striedavého prúdu

Účiník alebo kosínus phi, vzhľadom na užívateľa sínusového striedavého prúdu, je pomer činnej spotreby P k celkovému výkonu S, ktorý je tomuto užívateľovi dodávaný zo siete.

Celkový výkon S, vo všeobecnom prípade možno definovať ako súčin efektívnych (mocná kvadrát) hodnôt prúdu I a napätia U v uvažovanom obvode a aktívneho výkonu P — ako nevratne spotrebovaný užívateľom za prevádzka práce.

Jalový výkon Q, je síce súčasťou celkového výkonu, nespotrebováva sa však na výkon práce, ale podieľa sa len na vytváraní striedavých elektrických a magnetických polí v niektorých prvkoch obvodu používateľa.

okrem priame meranie účinníka použitie elektrodynamických zariadení — fázové merače, existujú celkom logické nepriame metódy, ktoré umožňujú matematicky presne pochopiť hodnotu tejto veľmi dôležitej elektrickej veličiny, ktorá charakterizuje používateľa v sínusovom obvode striedavého prúdu.

Pozrime sa na údaje nepriame metódy detailne, Pochopme princíp nepriameho merania účinníka.

Metóda voltmetra, ampérmetra a wattmetra

Elektrodynamický wattmeter s dodatočným aktívnym odporom v obvode jeho pohyblivej cievky udáva hodnotu extrémne aktívneho výkonu spotrebovaného v striedavom obvode P.

Ak teraz pomocou voltmetra a ampérmetra zmeriame priemerné hodnoty prúdu I a napätia U pôsobiaceho v obvode skúmanej záťaže, potom vynásobením týchto dvoch parametrov dostaneme iba celkový výkon S .

Potom je možné ľahko nájsť účinník (kosínus phi) daného zaťaženia pomocou vzorca:

Tu, ak chcete, môžete nájsť aj hodnotu jalového výkonu Q, celkový odpor obvodu z Ohmov zákon, ako aj aktívny a reaktívny odpor, jednoducho zostrojením alebo znázornením trojuholníka odporu a potom pomocou Pytagorovej vety:

Metóda počítadla a ampérmetra

Na použitie tejto metódy je potrebné zostaviť obvod, v ktorom je najjednoduchší zapojený do série so záťažou Z a ampérmetrom elektromer Wh.

Za určitý čas t, rádovo minútu, bude potrebné vypočítať počet otáčok kotúča N, ktorý ukáže množstvo aktívnej energie vynaloženej za daný čas (t. j. pri zohľadnení tzv. účinník).

Tu: počet otáčok disku N, koeficient k je množstvo energie na otáčku, I a U sú rms prúd a napätie, t je čas na počítanie otáčok, kosínus fí je účinník:

Potom namiesto študovaného používateľa Z je aktívna záťaž R zaradená do obvodu cez rovnaký čítač, ale nie priamo, ale cez reostat R1 (dosahuje rovnaký prúd I ako v prvom prípade s používateľom Z). Počet otáčok kotúča N1 je zachovaný po rovnakú dobu t. Ale tu, keďže záťaž je aktívna, kosínus fí (účinník) sa určite rovná 1. Preto:

Potom sa za rovnakú dobu zaznamená pomer otáčok diskového počítadla v prvom a druhom prípade, čo bude kosínus fí, teda účinník prvej záťaže (vzhľadom na čisto aktívnu záťaž s rovnakým aktuálne):

Metóda troch ampérmetrov

Ak chcete určiť účinník v obvode sínusového prúdu pomocou troch ampérmetrov, musíte najprv zostaviť nasledujúci obvod:

Tu Z je záťaž, ktorej účinník sa má určiť a R je čisto aktívna záťaž.

Pretože záťaž R je čisto aktívna, prúd I1 je v každom časovom okamihu vo fáze so striedavým napätím U aplikovaným na túto záťaž. V tomto prípade sa prúd I rovná geometrickému súčtu prúdov I1 a I2. Teraz na základe tejto polohy zostavíme vektorový diagram prúdov:

Na vektorovom diagrame prúdov je ostrý uhol medzi prúdom I1 a prúdom I2 uhol phi, ktorého kosínus (v skutočnosti hodnotu účinníka) možno nájsť zo špeciálnej tabuľky hodnôt. goniometrických funkcií alebo vypočítané podľa vzorca:

Odtiaľ môžeme vyjadriť kosínus fí, teda požadovaný účinník:

Znamienko zisteného účinníka («+» alebo «-«) bude indikovať charakter záťaže. Ak je účinník (kosínus phi) záporný, záťaž je kapacitného charakteru. Ak je účinník kladná hodnota, potom je charakter záťaže induktívny.