无功功率表的原理是什么
以50Hz的工频电为例,工频电是正弦波。
1、设想有个单相工频电源带了一个恒定的负载。在电路进入稳态后,从某个电源电压为零且开始变为正值的时刻起,记录电压、电流波形。
①u=Um sin(314t)
②i=Im sin(314t+ φ)
其中,φ是电压波形与电流波形的相位差,Um、Im是电压电流最大瞬时值。
记电源输出的功率为p,则
p=Um sin(314t)* Im sin(314t+φ)
p=Um sin(314t)* [ Im sin(314t) * cosφ + Im cos(314t) * sinφ]
p=Um sin(314t) * Im sin(314t) * cosφ + Um sin(314t) * Im cos(314t) * sinφ
p=UmIm * cosφ * sin(314t) * sin(314t)+ UmIm * sinφ * sin(314t) * cos(314t)
记Um=1.414 U,Im=1.414 I,则
p=2UIcosφ * sin(314t)^2 + UIsinφ * sin(628t)
p=UIcosφ * [1-cos(628t)] + UIsinφ * sin(628t)
记p1=UIcosφ * [1-cos(628t)],p2=UIsinφ * sin(628t)
功=功率 * 做功时间。
在一个周期T=0.02s内(0.02=2π/314),p2=UIsinφ * sin(628t)这部分做功等于0。
p1=2UIcosφ * sin(314t)^2 这部分做功不为零,是电源对负载所做的功,被使用掉的电能。
在一个周期内,对p1积分,得UIcosφ * T,周期平均功率为UIcosφ。
对三相对称电路,p1a+p1b+p1c=3UIcosφ,U为相单相电源电压,I为各相导线中通过的电流。
即三相电路瞬时功率是个定值。
p2a+p2b+p2c=0,即三相电路瞬时无功功率的之和为零。稳态时,负载与电源交换的无功功率总和为零,不是说没有交换。相当于一个三口之家向另一个三口之家借钱总数为0,但不等于家庭成员没有向对方的借钱。
2、有功功率的测量
这得做出区分,测的是有功功率瞬时值p1,还是有功功率的周期平均值P1,还是电源瞬时输出功率p。注意单相电源瞬时输出功率p和有功功率p1有时不相等,但电源输出功率的周期平均值就等于有功功率的周期平均值,即P=P1。
在一个电压周期内对u、i采样,采样间隔为∆t,然后计算出每个ui*∆t,全部加起来后再除以周期T,就得到了功率平均值,即P=P1=UIcosφ。
三相电源输出瞬时功率之和就等于瞬时有功功率,pa+pb+pc=p1a+p1b+p1c=3UIcosφ。
3、无功功率的测量
已知:p=ui=UIcosφ * [1-cos(628t)] + UIsinφ * sin(628t)
用采样的办法可以求出p在一个周期内的平均值,也即有功功率P1,P1=UIcosφ。
现在对几个周期的采样数据绘图如下:
图中相同横坐标下的u、i是同一时刻的,ui*∆t是功率p在采样间隔所做的功。现在用不同时刻的u、i在计算ui*∆t,相当于先挪动一下电流波形,再计算同一个横坐标时的ui*∆t。
挪动多少呢?
已知:sinφ=cos(φ—π/2)=cos(π/2—φ)。
将电流波形向右挪动π/2,相当于改变了阻抗角。新图如下:
做这样的挪动后,记新电压电流波形的有功功率为P1new,
P1new=UIcos(π/2—φ)
正好等于UIsinφ。
这样就求出无功功率了。