Мощность переменного тока и коррекция коэффициента мощности

С помощью ваттметра программы Multisimможно измерить мощность переменного тока, рассеиваемую в нагрузке, и коэффициент мощности. Используя эту функцию, измеряют мощность переменного или постоянного тока.

Все линейные нагрузки могут быть сведены к одному сопротивлению Z_Load, где Z_Load выражается комплексным числом с помощью модуля и фазы: Z_Load = Z_L ے θ_L, либо с помощью действительной и мнимой частей Z_Load= А + jB. В схеме переменного тока мощность рассеиваемая в нагрузкой, выражается как:

 

P_Load = (V_M I_M/2) cos(θ_L) = V_RMS I_RMS cos(θ_L)

 

где V_M и I_M – это максимальные значения напряжения и тока нагрузки, а V_RMS и I_RMS- действующие значения этих же величин; θ_L – это фазовый угол нагрузки, то есть угол между напряжением и током нагрузки; величина cos(θ_L) называется коэффициентом мощности и показывает соотношение активной и реактивной мощностей нагрузки.

Ваттметр измеряет активную мощность переменного тока, рассеиваемую нагрузкой, и коэффициент мощности.

В качестве примера рассчитаем мощность, рассеиваемую нагрузкой в следующей схеме

 

Предположим, что эта нагрузка подключена к схеме переменного тока, действующее напряжение которой составляет 115 В при частоте 60 Гц. Сопротивление нагрузки при частоте 60 Гц равно:

 

Рис.7

 

Z_Load = R₁ + jωL₁ = 3Ом + j(2π 60Гц)(0,004 Гн) = (3 + j1,508) Ом = (3,358 ے 26,687⁰)Ом.

 

Если нагрузка подключена к схеме с действующим напряжением 115 В, рассеиваемая мощность составит:

 

P_Load = V_RMS I_RMS cos(θ_L) = V_RMS (V_RMS/| Z_Load|) = [(115 B)² /3,358Ом] cos(26,687⁰) = 3,519 кВт

 

Коэффициент мощности равен:

cos(θ_L)= cos(26,687⁰)= 0,893.

 

Выполнив аналитический расчет, можем сравнить его результаты с результатами моделирования в Multisim.

Измерим, мощность рассеиваемую нагрузкой при ее подключении к схеме с действующим напряжением 115 В.В схеме используется питающий (а не сигнальный) источник напряжения, поэтому модуль напряжения является действующим значением. С помощью функции ваттметра измерим мощность, рассеиваемую нагрузкой при подключении к источнику напряжения. Ваттметр измеряет ток и напряжение на нагрузке, рассеиваемую мощность и коэффициент мощности. Чтобы включить в схему ваттметр, щелкнем кнопку Ваттметр на панели инструментов. Ваттметр будет «привязан» к курсору мыши. Включим ваттметр в схему рис. К схеме подключено заземление. Для реальной схемы наличие заземления не обязательно, но программа Multisim и анализ SPICE требуют, чтобы схема была заземлена. Если не заземлить схему, то увидим сообщение об ошибке.

Дважды щелкнем по ваттметру, чтобы открыть его окно и приступим к моделированию. Как видим нагрузка рассеивает мощность 3,517 кВт, а коэффициент мощности равен 0,893, и эти значения соответствуют расчетным рис.8.

 

Рис.8