Мелкие вопросы по теории

[HochReiter]

Коэффициент мощности и косинус фи это есть одно и тоже?

Что такое косинус фи - понятно из названия. Косинус разности фаз тока и

напряжения. Что такое фаза, надеюсь, объяснять не надо. (к фазному проводу отношение имеет очень косвенное) В случае активной нагрузки ток и напряжение по фазе совпадают, мощность, то есть, их произведение в любой момент времени положительна (плюс на плюс или минус на минус). Косинус нуля - единица, P=U*I. В случае ёмкостной или индуктивной (реактивной) нагрузки разность фаз +90 или -90 градусов. Знаки тока и напряжения то совпадают, то противоположны, мощность то положительна, то отрицательна. Физический смысл - заряд-разряд, энергия то переходит из сети в конденсатор/дроссель, то возвращается в сеть, за что такую нагрузку и называют реактивной. Косинус 90 градусов равен нулю, никакого действия электроэнергия не производит. Промежуточный вариант - активно-реактивная нагрузка. Можно рассматривать её, как сумму двух нагрузок, активной и реактивной. Сумма I1sin(2piF) и I2sin(2piF+90) (кто не верит, может заглянуть в учебник тригонометрии) - это синус угла с фазой, определяемой соотношением амплитуд. Чем больше активная составляющая нагрузки, тем меньше угол, тем больше его косинус.

Но! Всё это говорилось о синусоидальных напряжениях и токах. Когда нагрузка нелинейна, они будут далеки от синусоиды. Вот, например, токопотребление обычного монитора.

Спойлер

Фазы тока и напряжения совпадают, cos(fi)=1, но напряжение - синус, ток - не синус. Как известно, любую периодическую кривулину можно представить в виде суммы синусоид с кратными частотами-гармониками (ряд Фурье). Говорить о сдвигах фаз можно только применительно к первой гармонике. Смотрим вторую: за один полупериод напряжения вторая гармоника тока успевает сменить знак, произведение их, соответственно тоже +- и ++, в сумме ноль. Третья гармоника меняет знак трижды, активная мощность тоже равна нулю, четвёртая четырежды и т. д.

Итого: активную мощность создаёт только первая гармоника тока с учётом её сдвига фаз относительно напряжения, все остальные гоняют энергию туда-сюда. (случай, когда и ток, и напряжение несинусоидальны, я не рассматриваю, там немного сложнее)

Поскольку результат нелинейности и реактивности нагрузки похож - часть энергии не перетекает из сети в нагрузку, а гоняется туда-сюда - коэффициент мощности называют иногда по ошибке косинусом фи.

[Gisteresis]

CrossZero в этом случае не лучший вариант, т.к. будет гарантированно давать максимальной величины переходный процесс

Полагал, что переход через ноль наоборот будет хорош, так как меньше помех в сеть уйдет. Пожалуйста поясните несколько подробнее с переходным процессом.
Например на NE555 таймер задержки сварки а включение как раз таким оптроном.

HochReiter, по моему ТС надо, что полегче. Ваше объяснение прекрасное, понятное... для меня, Слабовика..., но ТС взорвет мозг. Надо соразмерно окну восприятия (уровню понимания) давать. ИМХО.

а гоняется туда-сюда

Для этого на гидроэлектростанциях есть специальный режим работы агрегата - режим синхронного компенсатора. Когда водовод перекрывают, воду отжимают от турбины и она крутится в воздухе не оказывая влияния. А генератор компенсирует всю эту кривизну о чем сказал Слабовик.
В сеть в качестве индуктивных нагрузок в основном включаются заводы с тучей электродвигателей. Вот сумма их мощностей примерно равна мощности генератора. Если не хватает, оператор сети вводит еще один агрегат.

[jast321]

Разницу уловил
HochReiter, тот график потребления тока (который выше).
Каким образом в этих случаях вычисляется коэффициент мощности? Путем разложения на гармоники чтоли ?

[HochReiter]

Полагал, что переход через ноль наоборот будет хорош, так как меньше помех в сеть уйдет

Что такое ноль для индуктивности? Ноль напряжения или таки ноль первой производной напряжения? В установившемся режиме напряжение и ток сдвинуты на четверть периода.

по моему ТС надо, что полегче.

Мы с ним общались на этом уровне на подобные темы, всё нормально. Чуть-чуть выше его уровня, чтобы не было скучно.

[Slabovik]

Полагал, что переход через ноль наоборот будет хорош, так как меньше помех в сеть уйдет.

Не для индуктивности. У трансформатора большая индуктивность намагничивания. При подключении индуктивности к цепи переменного тока возникает переходный процесс. Примерно проиллюстрировано на картинке 6.11. При подключении при 0 напряжения переходный процесс максимален - ток намагничивания, если бы сердечник не имел насыщения, просто был бы двукратным. Но проблема в том, что обычный трансформатор имеет насыщающийся сердечник и при двукратном токе (эквивалентно, что подали бы вместо 220 все 440) успешно насыщается, из-за чего ток и вовсе желает улететь в небеса, ограничиваясь только активным сопротивлением обмотки (при этом на вторичной обмотке ЭДС -> 0 Не, ну дак насытившийся сердечник эквивалентен его отсутствию). Была тут где-то темка в Питании, где разбирали данный процесс. Длительность переходного процесса - десятки периодов (не как на картинке - на ней всё быстро).

Для того, чтобы переходный процесс в индуктивности намагничивания был минимальным, подключать (и отключать) трансформатор необходимо на пике напряжения сети. А это совсем не CrossZero в том виде, в котором он есть в изделиях. При этом тут есть и противоречие с тем, что в момент подключения (и отключения) напряжение сети (и на нагрузке) будет максимальным, так что общий ток через трансформатор (общий ток - это суммарный ток намагничивания сердечника и ток нагрузки - см. Т-образную модель трансформатора) также отнюдь не нулевой, а совсем даже наоборот. А отделить эти токи друг от друга не представляется возможным поэтому следить можно только за вектором напряжения (проекцией).

[HochReiter]

Каким образом в этих случаях вычисляется коэффициент мощности?

Так же, как и для синусоидального тока, отношение активной мощности к полной, а полная - это произведение среднеквадратичного тока на среднеквадратичное напряжение: PF=Cos(fi)=P/UI (PF - Power Factor - коэффициент мощности) Только для синусоидальных токов и напряжений соотношения среднего, среднеквадратичного и амплитудного известны заранее, а для несинусоидального вычисляются для каждого случая. PF = [ui]/sqr[u^2*i^2]. u и i - мгновенные значения напряжения и тока, в квадратных скобках средние значения, вычисляются при помощи интегралов. Можно и в ряд Фурье разложить, но это очень занудно.

[Gisteresis]

ааа при отключении через ноль ток максимален. Да, понял.
А реле чем спасет? Все равно надо ловить отступ от нуля тогда.

[Slabovik]

Реле спасает тем, что оно дубовое и вокруг него не нужно "ходить на цыпочках" - просто включил и просто выключил. А тут ведь симистор предполагается 16-амперный. Симистор хорошо в одном - отключается он всегда на 0 токе (*). А вот включить его надо на максимуме напряжения, который надо "поймать". Задача вполне решаемая, но не тремя деталями.

* причём 0-й ток, если нагрузка отключена, совпадает с нулевым током намагничивания. А когда нагрузка подключена - близко к 0 напряжения. При этом подключенная нагрузка "заберёт в себя" энергию из индктивности. Но вот с отключенной нагрузкой есть один косяк. Несмотря на то, что симистор отключится при 0 токе, он тут же "получит удар" от dv/dt. Почему? Ну... предлагаю поразмышлять

[HochReiter]

при отключении через ноль ток максимален.

При отключении через чей ноль? Ноль сетевого напряжения? Откуда оно известно симистору?

[Gisteresis]

А если сделать дифференциатор который развернет на 90, потом как обычно детектор нуля. Не шибко сложно вроде.

Откуда оно известно симистору?
Собственно симистору оно не известно, будет выброс. Разрыв производной.

[mickbell]

Никогда не дифференцируйте реальные сигналы! Такую мерзость увидите...

[Gisteresis]

Вариантов не много
1 Ловить переход через пик
1.1 ловить переход при помощи DB3, схема будет плавать.
1.2 ловить переход при помощи МК, мега сложно.
2 Дифференцировать, в теории получить детектором ноля искомое. Если посмотреть что там в сети, то можно понять mickbell. Да тут ничего не поделать.
Какие еще варианты?

Несмотря на то, что симистор отключится при 0 токе, он тут же "получит удар" от dv/dt. Почему? Ну... предлагаю поразмышлять

При нулевом токе, напряжение как раз будет в экстремуме. Если в это время отключить, то dv будет иметь амплитуду питания и она выделится на симисторе.

[12943]

Вариант - трансформатор с пониженной индукцией, есть такие и заводские, для частых включений.

[Gisteresis]

Этот вариант тоже отпадает по причине наличия трансформатора из микроволновки. Я так точно не буду покупать

Кстати, Слабовик, а не имеет ли место быть вот это dV/dt=-L*dI/dt ?
Получается где и как ни отключай какой то выброс будет.

[jast321]

[uquote="HochReiter",url="/forum/viewtopic.php?p=3612687#p3612687"]

Каким образом в этих случаях вычисляется коэффициент мощности?

Так же, как и для синусоидального тока, отношение активной мощности к полной, а полная - это произведение среднеквадратичного тока на среднеквадратичное напряжение: PF=Cos(fi)=P/UI (PF - Power Factor - коэффициент мощности) Только для синусоидальных токов и напряжений соотношения среднего, среднеквадратичного и амплитудного известны заранее, а для несинусоидального вычисляются для каждого случая. PF = [ui]/sqr[u^2*i^2]. u и i - мгновенные значения напряжения и тока, в квадратных скобках средние значения, вычисляются при помощи интегралов. Можно и в ряд Фурье разложить, но это очень занудно.[/uquote]
Спасибо .

[Slabovik]

не имеет ли место быть вот это

Не, там всё проще. I в этот момент =0 Можно просто представить на месте симистора обычный выключатель

[HochReiter]

jast321, если бы впридачу к "спасибо" Вы сказали, чему равен PF того монитора, осциллограмму токопотребления которого я приводил, мне было бы ещё радостнее

Спойлер

Какие еще варианты?

2.Интегрировать и инвертировать = дифференцировать, с точностью до коэффициента.
3. Игнорировать. Трансформатор от микроволновки в микроволновке включался через реле и никакого контроля нуля.
4. Контролировать наличие нагрузки. Без неё не включать.
5. dU/dt сгладить снаббером.

[Gisteresis]

обычный выключатель

Но напряжение то в этот момент максимально. Так? Обычный выключатель обгорит.

3. Игнорировать.

Схема игноратора

[Slabovik]

Нет, не обгорит тока-то нет (он =0). Просто на нём скачком вырастет напряжение, а на индуктивности оно скачком же станет равным нулю. На симисторе аналогично. Скачок напряжения, если dv/dt будет превышено для данного типа симистора, откроет симистор

[jast321]

[uquote="HochReiter",url="/forum/viewtopic.php?p=3612886#p3612886"]jast321, если бы впридачу к "спасибо" Вы сказали, чему равен PF того монитора, осциллограмму токопотребления которого я приводил, мне было бы ещё радостнее [/uquote]
К=отношение активнойк полной.
Полная 231*0,465=107.4
Активная. Найти такой интеграл я самостоятельно не могу. Но предположу, что с картинки это 65W.
Итого 65/107,4=0.6