Berechnung des wahren Leistungsfaktors in nichtlinearen Lasten

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

Wenn Sie diese beiden Wellenformen haben (die momentane Spannungs- und die momentane Stromwellenform), können Sie

• Finden Sie Irms, den RMS-Fluss von Elektronen durch die Last über einen vollen Zyklus. Stromversorgungsunternehmen ziehen es vor, Irmsso klein wie möglich zu bauen, damit ihre Stromleitungen nicht durch die durch diesen Strom verursachte I2R-Erwärmung schmelzen. (Sie können diese Zahl erfolgreich reduzieren, während sie die Wirkleistung gleich halten, indem sie sehr hohe Spannungen verwenden, Leistungsfaktoren näher an 1 vorschreiben usw.)
• Finden Sie Vrms, die RMS-Spannung über der Last über einen vollen Zyklus. (In Ihrem Fall liegt dies ziemlich nahe bei 120 VAC).
• Finden Sie die ScheinleistungS := Vrms * Irms
• Finden Sie eine dritte Wellenform: die Wellenform der momentanen Wirkleistung. Zu jedem Zeitpunkt ergibt das Produkt – aus der Momentanspannung und dem Momentanstrom – die Leistung, die in diesem Moment in die Last fließt. Bei einigen Lasten – wie z. B. induktiven Motorlasten – wechselt die Stromwellenform zwischen positiv (Strom geht in die Last) und negativ (Strom kommt aus der Last).
• Finden Sie die durchschnittliche Wirkleistung RealP über einen vollen Zyklus (den einfachen Durchschnitt, nicht den Effektivwert).
• Finden Sie den Leistungsfaktor PF := RealP / S

Soweit ich weiß, ist dies die einzige Möglichkeit, den Leistungsfaktor für nicht sinusförmige Lasten zu berechnen. (Alle anderen Formeln, die ich für den Leistungsfaktor gesehen habe, führen am Ende zu denselben oder mehreren Berechnungen, möglicherweise in einer anderen Reihenfolge mit anderen Namen für die Zwischenbegriffe, oder sind falsch).

unnötiges Geschwätz

Einige Lehrbücher implizieren, dass die Berechnung des Leistungsfaktors zuerst den Kosinus von etwas nimmt, vielleicht etwas, das mit Nulldurchgängen zusammenhängt. Das macht es falsch. Es kann passieren, dass es das aktuelle Ergebnis für perfekt lineare Lasten mit idealer Sinuswellenleistung liefert, aber nicht für nichtlineare Lasten oder lineare Lasten mit unserer weniger als idealen, nicht genau sinusförmigen Leistung. Stattdessen verwenden gute Leistungsüberwachungsgeräte die obige Gleichung, die selbst bei nichtlinearen Lasten oder nicht sinusförmiger Leistung oder beidem den korrekten Leistungsfaktor liefert.

Einige Lehrbücher implizieren, dass man die tatsächliche Leistung berechnen kann, indem man den Leistungsfaktor mit etwas multipliziert. Das ist eine unnötig umständliche Methode, um die Wirkleistung zu ermitteln, da das Gerät die Wirkleistung bereits berechnet haben muss, um den Leistungsfaktor zu erhalten.

Keine der Formeln zur Berechnung des Leistungsfaktors in Bezug auf die Phasenverschiebung wird für Sie funktionieren. Diese "Phasenwinkel"-Formeln gelten nur, wenn sowohl die Spannung als auch der Strom sinusförmig sind.

(Ich habe schon früher darüber geschimpft, an Orten wie der Leistungsüberwachung von 240-VAC-Geräten ).

pf = kd * kφ

• kφ = Verschiebungsfaktor = cos φ1
• kφ = Klirrfaktor = I1rms / Irms
• wobei I1rms = Grundstrom und Irms = Gesamtstrom
• φ1 = Phasenverschiebung des Grundstroms

Sie müssten sowohl die Spannung als auch den Strom filtern, um die Phasenverschiebung an die Grundfrequenz anzupassen und die Phasenverschiebung cos φ1 des Stroms zu messen.

Eine Annäherung könnte darin bestehen, die Spitze von Spannung und Strom zu erkennen und zu messen und die Phasenverschiebung, cos φ1, zu messen, aber dies ist Impulsrauschen ausgesetzt, aber für eine intuitive Schnellprüfung ausreichend.

Wenn die Stromspitze auf derselben Phase liegt wie die Spannungsspitze, müssen Sie den Verschiebungsleistungsfaktor nicht berechnen, sondern nur den Verzerrungsleistungsfaktor. Sie müssen den THD dieser Wellenformen berechnen. Verwenden Sie die schnelle Fourier-Transformation, um den genauen Wert des THD zu ermitteln. Dann können Sie aus dem THD den Verzerrungsleistungsfaktor zählen.

Also ist der Wert des Displacement PF = 1 und der Wert des Distortion PF < 1.

Multiplizieren Sie es, dann erhalten Sie True PF.