В электродвигателе, а также в трансформаторе для работы необходимо создать магнитное поле. Это поле в цепях переменного тока меняется по синусоиде, причем энергия, с ним связанная, в течение половины периода течет от генератора к токоприемнику, а в следующий полупериод возвращается обратно в генератор.
Такая энергия называется реактивной. Протекание ее проявляется в виде добавочного тока, отстающего от напряжения, как показано на рис. 1, кривая в. Этот ток, протекая от генератора к приемнику и обратно, не производит полезной работы, а только вызывает дополнительное нагревание проводов, то есть дополнительные потери активной энергии.
Подробнее про реактивную мощность читайте здесь: Мощность и потери энергии в цепи переменного тока
Активный и реактивный токи, протекающие в проводе, складываются в один общий ток, который замеряется амперметром. Произведение этого полного тока на напряжение называется полной мощностью.
Отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности. Для удобства технических расчетов коэффициент мощности выражают через косинус условного угла "фи" (cosφ).
При изменяющейся нагрузке определяют усредненный коэффициент мощности за какой-то период времени. Для определения коэффициента мощности пользуются показаниями активного и реактивного счетчиков, что позволяет узнать средневзвешенное значение tgφ за весь период, в течение которого расходовалась энергия.
Если разделить расход реактивной энергии на расход активной энергии, то получим величину, называемую тангенсом "фи":
tgφ = Wреак/Wакт
Определив tgφср, находят величину cosφ.
Величину коэффициента мощности можно определить также по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра по следующим формулам:
для однофазного тока cosφ = P/UI
для трехфазного тока cosφ = P/(1,73UлинIлин)
Рис. 1. Сдвиг по фазе между током и напряжением: а — кривая изменения напряжения, б — кривая активного тока, в — кривая емкостного тока, г — кривая изменения индуктивного тока
Коэффициент мощности можно определить с помощью фазометра. Подробнее об этом смотрите здесь: Как измерить коэффициент мощности
Определение cosφ с помощью электроизмерительных клещей
Определить коэффициент мощности отдельных электроприемников или участков сети при мало изменяющейся нагрузке можно с помощью фазометров или ваттметров. Однако эти способы затруднительны, так как требуют разрыва токовых цепей, а для мощных установок необходимо включение трансформаторов тока.
Для измерения cosφ без разрыва цепи тока используется способ с использованием электроизмерительных клещей типа Д90.
Электроизмерительные клещи Д90
В трехфазных цепях при симметричной нагрузке измеряют мощность в одной фазе. Для этого магнитопроводом клещей охватывают один из проводов линии, генераторную клемму параллельной цепи ваттметра присоединяют к той же фазе, а вторую к нулевому проводу. Затем клещами типа Ц91 или Ц4505 измеряют ток в фазе и фазное напряжение.
Коэффициент мощности вычисляют по формуле: cosφ = P/UI
При работе с измерительными клещами обязательно необходимо соблюдать меры безопасности.