Расчет фактического коэффициента мощности при нелинейных нагрузках

PF := RealP / S -- by definition of power factor PF
S  := Vrms * Irms -- by definition of apparent power S

Если у вас есть эти две формы сигнала (мгновенное напряжение и мгновенная форма тока), вы можете

• найти Irms, среднеквадратичное значение потока электронов через нагрузку за полный цикл. Энергоснабжающие компании предпочитают делать Irmsкак можно меньше, чтобы их линии электропередач не плавились от нагрева I2R, вызванного этим током. (Они могут успешно уменьшить это число, сохраняя при этом реальную мощность прежней, используя очень высокие напряжения, устанавливая коэффициент мощности ближе к 1 и т. д.)
• найти Vrms, среднеквадратичное напряжение на нагрузке в течение полного цикла. (В вашем случае это довольно близко к 120 В переменного тока).
• найти кажущуюся мощностьS := Vrms * Irms
• найдите третью форму волны: мгновенную форму волны реальной мощности. В любой момент произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока дает мощность, поступающую в нагрузку в этот момент. При некоторых нагрузках, таких как нагрузки индуктивных двигателей, форма волны мощности чередуется с положительной (мощность поступает в нагрузку) и с отрицательной (мощность выходит из нагрузки).
• найти среднюю реальную мощность RealP за полный цикл (простое среднее значение, а не среднеквадратичное значение).
• найти коэффициент мощности PF := RealP / S

Насколько я знаю, это единственный способ рассчитать коэффициент мощности для несинусоидальных нагрузок. (Все другие формулы, которые я видел для коэффициента мощности, в конечном итоге выполняют те же или другие вычисления, возможно, в каком-то другом порядке с другими именами для промежуточных членов, или же они неверны).

ненужная тирада

Некоторые учебники подразумевают, что вычисление коэффициента мощности включает в себя сначала вычисление косинуса чего-то, возможно, что-то, связанное с пересечением нуля. Это неправильно. Это может привести к правильному результату для идеально линейных нагрузок с идеальной синусоидальной мощностью, но не для нелинейных нагрузок или линейных нагрузок с нашей далеко не идеальной не совсем синусоидальной мощностью. Вместо этого в хороших устройствах контроля мощности используется приведенное выше уравнение, которое дает правильный коэффициент мощности даже при нелинейных нагрузках или несинусоидальной мощности или при обоих сочетаниях.

Некоторые учебники подразумевают, что можно рассчитать реальную мощность, умножив коэффициент мощности на что-то. Это излишне окольный метод получения реальной мощности, поскольку устройство должно уже рассчитать реальную мощность, чтобы получить коэффициент мощности.

Ни одна из формул расчета коэффициента мощности по фазовому сдвигу вам не подойдет. Эти формулы «фазового угла» применяются только тогда, когда и напряжение, и ток синусоидальны.

(Я разглагольствовал об этом раньше, в таких местах, как мониторинг питания устройств 240 В переменного тока ).

pf = kd * kφ

• kφ = коэффициент смещения = cos φ1
• kφ = коэффициент искажения = I1rms / Irms
• где I1rms = основной ток и Irms = общий ток
• φ1 = фазовый сдвиг основного тока

Вам нужно будет отфильтровать как напряжение, так и ток, чтобы согласовать фазовый сдвиг с основной частотой и измерить фазовый сдвиг, cos φ1 тока.

В качестве приближения можно было бы обнаружить и измерить пик напряжения и тока, а также измерить фазовый сдвиг, cos φ1, но это зависит от импульсного шума, но удовлетворительно для интуитивной быстрой проверки.

Если пик тока находится в той же фазе, что и пик напряжения, то нет необходимости рассчитывать коэффициент мощности смещения, необходимо рассчитать только коэффициент мощности искажения. Вам необходимо рассчитать THD этих сигналов. Используйте быстрое преобразование Фурье, чтобы узнать точное значение THD. Затем из THD вы можете подсчитать коэффициент мощности искажения.

Таким образом, значение Displacement PF = 1, а значение Distortion PF < 1.

Умножьте это, и вы получите True PF.