Cos phi meter

Denk eerst eens heel goed na wat er gebeurt, en wat er gebeuren kan.
Als je er echt niet uitkomt, dan betekend dat dat je niet weet waar je mee bezig bent, en kan ik je alleen maar ontraden om je gewenste meter te bouwen.

Waarom zou je eigenlijk t.o.v. het nulpunt moeten meten? Uiteindelijk gaat het er toch om het faseverschil tussen de stroom door de fasen en de spanning tussen de fasen. Waarom kun je dan niet gewoon de spanning tussen elke set van fasen meten (dus met 3 spanningsdelers), en de stroom galvanisch gescheiden pakken met hall sensors?

Je zult de onderkant van die delers toch aan elkaar moeten leggen, en aan de ground van de schakeling (met een zwevende voeding). En daar heb je dan een virtuele neutraal...

Je kunt natuurlijk ook alleen de nuldoorgangen meten met 3x een bruggelijkrichter, een paar losse weerstanden en diodes (of een zenerdiode), en een optocoupler? Zoals je ook bij een enkelfase systeem een gescheiden nuldoorgangsdetector zou maken, dus. Op die manier heb je alle metingen galvanisch gescheiden.

http://www.eltime.co.uk/resources/product/datasheet_7.pdf

bladzijde 10 staat een aansluitschema van een cos phi meter.

Schoot mij deze morgen te binnen dat in de fabriek waar ik destijds werkte geen nul aanwezig was en ook in elke trafo verdeelinrichting een cos-phi meter zat.

Klassiek gezien is het zo dat een faseverschuiving (phi!) tussen de stroom en de spanning als de oorzaak van cosinus phi werd gezien.

Als de stroom en de spanning gelijk opgaan (dus op ieder moment: I_mom = V_mom / R), dan geldt namelijk P = U_rms * I_rms.

Als de stroom en de spanning niet gelijkvormig zijn, bijvoorbeeld verschoven maar ook andere golfvormen, geldt dat P < U_rms * I_rms, of P = cosphi * U_rms * I_rms.

Als de spanning en stroom alletwee mooi sinusvormig zijn, geldt cosphi = cos (phi).

Maar de netspanning is al lang geen sinus meer. En de belasting evenmin.

Wat je dus moet doen is, de spanning en de stroom tig keer per seconde meten, dan steeds P_mom = U_mom * I_mom uitrekenen en sommeren, maar ook de som van de U_mom * U_mom en I_mom * I_mom. De wortel van de som van de spanningen is dan de gemiddelde (RMS) spanning. Idem voor de stroom, en dan kan je dus cosphi uitrekenen met cosphi = P_rms / (U_rms * I_rms) .

Wiskundig klopt dat precies. Maar nu kun je een rare situatie krijgen:

Stel - het lichtnet is heel erg vervuild met een stevige 5e harmonische.
Stel - ik plaats een seriekring voor 50Hz in serie met mijn overigens zuiver ohms belasting.
Bij de kabelbinnenkomst is de netspanning ongewijzigd, maar mijn afgenomen stroom is nu bijna sinusvormig; in mijn belasting dus ook.

Nu gaat de leverancier rekenen, en hij doet dat met de spanning en stroom op het punt waar ik ze van hem overneem.
Er komt nu een cosphi uit die kleiner is dan 1.
Maar dat is niet mijn schuld, maar van de smerige netspanning.
Dus als ze mij zouden gaan belasten vanwege een te lage cosphi, dan zou ik wel in opstand moeten komen.

Deze situatie kun je ook zo zien: de leverancier vindt dat mijn belasting reactief is, maar mijn belasting is dat alleen op die ongewenste vijfde harmonische. Op 50Hz is hij ohms, en eigenlijk zou je alleen op 50Hz mogen beoordelen.

Volgens mij heb je als klant toch ook altijd wel een klein voordeel aan een goede cos phi. Blindstroom maakt je zekeringen warm, waardoor je voor een grotere aansluitwaarde betaalt dan dat je werkelijk nodig hebt.

FET, jij sluit dan iets aan wat ("expres") alleen stroom (en geen vermogen) verbruikt. Wat jij ook als oorzaak daarvan beoordeelt, de leverancier moet over die stroom de verliezen betalen.

Als ze je aanslaan voor een slechte cos phi, dan klopt dat m.i. dus prima. En de berekening die ik voorstelde blijft trouwens ook helemaal gelden.

@Vla_axel.

Je hebt geen nul nodig. Het faseverschil tussen de (gekoppelde) lijnspanning en de fasespanning is 30 graden. Deze moet je erbij op tellen, om de juiste (fase)nuldoorgang te bepalen.

@doorslagspanning
Met dat van jou kan ik wel voortwerken.
Dat ik daar niet aan gadacht heb

Maar ik heb een aanbod van iemand gekregen voor een cos phi regelaar voor 50 euro.
En dat kan ik eigenlijk niet afslaan he

@rew: je snapt mijn post niet.

Natuurlijk geldt je berekening precies. Met die opmerking begon ik zelfs. Het is trouwens ook de definitie van de arbeidsfactor.

Mijn belasting is zuiver ohms, neemt dus stroom en spanning en dus vermogen. De cosphi is ideaal.

Nu levert het net aan mij een sterke harmonische. Om daar van af te komen plaats ik een netfilter.

Omdat het net die harmonische levert, en IK die niet wil gebruiken, levert de berekening NU een lagere cosphi op.

Dat komt doordat ik die 5e harmonische nu niet meer ohms belast; het filter zit er immers voor.

De berekening houdt er geen rekening mee dat die 5e harmonische ongewenst is, en dat niet IK, maar de leverancier hem veroorzaakt heeft.

Als de netspanning erg vervuild is, levert het plaatsen van een netfilter dus volgens de berekening een hogere cosphi op.

Dat klopt wiskundig ook wel, maar het is niet de schuld van de verbruiker dat hij moet filteren, maar van de leverancier van de slechte sinus.

Tja.... Als jij een perfect ohmse belasting hebt, maar last hebt van de 5e harmonische in het net, dan kan je ofwel een filter plaatsen wat een lagere cos phi tot gevolg heeft, of een dure "perfecte sinus generator" die het net "perfect ohms belast".

Jij zit m.i. een beetje vastgeroest in het idee dat er volgens jou een perfecte sinus uit het stopkontakt moet komen.

Ook in de 5e harmonische zit energie. Als je die in je ohmse belasting gebruikt, heb je de hoogste cosphi die je kunt krijgen (1.0). Gebruik je hem niet, wordt de cosphi lager.

Op 26 mei 2011 08:44:55 schreef Frederick E. Terman:
De berekening houdt er geen rekening mee dat die 5e harmonische ongewenst is, en dat niet IK, maar de leverancier hem veroorzaakt heeft.

De leverancier veroorzaakt geen harmonischen. Dat doen de gebruikers met elkaar. Leveranciers (eigenlijk de netwerkbedrijven) doen juist hun stinkende best om van die harmonischen af te komen, o.a. door grote veroorzakers te verplichten om filters te installeren. Maar het is vechten tegen de bierkaai.
De 5e harmonische (en ook de zevende) wordt voornamelijk veroorzaakt door TV-toestellen en computers. Dat zit in de aard van de voedingen die in die toestellen worden gebruikt.
De derde harmonische wordt veroorzaakt door gasontladingslampen. Daaronder vallen ook TL-armaturen.

Ik weet niet of het een teken van vastgeroestheid is, dat ik opeens zie dat de definitie een verbruiker straft voor een slecht signaal van de leverancier (of in ieder geval: van de netaansluiting).

Ik heb het er ook niet over hoe die harmonische daar gekomen is.

Ik zeg alleen: grappig, als ik een netfilter plaats - wat normaal als 'goed' wordt beschouwd - dan kost mij dat in dit voorbeeld punten; ik krijg een slechtere cosphi achter mijn naam.

Terwijl dat alleen komt omdat ik die harmonische niet wil hebben.
Wil je dus een goede cosphi laten zien, dan moet je alle harmonischen en andere vuiltjes opeten, en mag je ze niet filteren.

Dat is gewoon iets dat uit de definitie volgt, en me opviel als leuk. Meer niet.

@FET, zit jij dan in een positie dat je moet betalen voor een slechte cosphi? (eigenlijk betaal je voor afname van blindstroom)
Normaal komt dat alleen voor bij zeer grote verbruikers, waar het de moeite waard is om daarvoor de meetapparatuur te installeren.

OK FET. accoord... Inderdaad "grappig" dat als je de 250Hz energie weigert, je daarvoor moet betalen.

Anderzijds, het tarief voor de blindstroom zal wel fors lager zijn dan die voor echte stroom. Mag ik aannemen.

@Klaas: nee hoor. Het is gewoon iets dat me opviel aan die (correcte) definitie.

Okee, da's duidelijk.
Maar nu terug naar je oorspronkelijke verhaal, met die 50Hz seriekring voor een ohmse belasting.
Ik zie niet in waarom die een slechte cosphi zou opleveren.

... die 50Hz seriekring voor een ohmse belasting.
Ik zie niet in waarom die een slechte cosphi zou opleveren.

Doordat hij niet ohms is voor de vijfde harmonische.
En die vijfde in mijn bedachte voorbeeld wel geleverd wordt.

Voor een bron van 50 Hz alléén is de cosphi uitstekend.
Voor een vuile bron niet, omdat de vuile bron componenten levert die ik (opzettelijk, door die seriekring) niet ga gebruiken.

Maar die seriekring is er toch juist om de 5e harmonische tegen te houden?
Er is niet of nauwelijks 5e harmonische stroom, dus ook geen vermogen. Dus het probleem is zuiver hypotethisch.

euh cosphi geldt ALLEEN en ALLEEN maar als je met zuiver sinusvormige signalen werkt.

Dit is al jaren fout ingeburgerd.

cos(phi) = alleen het 50hz signaal
powerfactor of arbeidsfactor = 50hz + harmonische

http://www.isso.nl/fileadmin/user_upload/artikelen/Artikel_PQ_DEF.pdf

en ik dacht dat je alleen op cos(phi) wordt beboet als bedrijf.

Daarom heb ik het ook altijd 'arbeidsfactor' genoemd.
In nieuw-Nederlands zal het dus wel 'Power factor' moeten worden.
@rew noemde het 'cosphi', niet te verwarren met COS(phi).

De arbeidsfactor is kleiner dan 1, is dus niet ideaal, in alle gevallen waar de opgenomen stroom NIET dezelfde fase en 'vorm' heeft als de aangeboden spanning.
Meestal is het probleem, dat de verbruiker de stroom 'vervormt'. Maar er bestaat een andere kant van het verhaal, als je als verbruiker vervormde spanning geleverd krijgt.

In mijn voorbeeld is het dus juist de aangeboden spanning die vervormd is, terwijl de verbruiker juist een nette stroom wil.

Als nu de verbruiker zorgt dat zijn opgenomen stroom WEL sinusvormig is (met die seriekring), dan heb je wéér de situatie dat de opgenomen stroom (nu wèl sinusvormig) niet dezelfde vorm heeft als de aangeboden spanning (niet sinusvormig).
De arbeidsfactor in mijn voorbeeld is nu dus óók kleiner dan 1.

Maar als ik als verbruiker mijn filter weghaal, zodat mijn (verder zuiver ohmse) belasting nu een stroom opneemt die nèt zo vervormd is als de aangeboden spanning, dan is de arbeidsfactor weer wèl 1.
Dat volgt allemaal uit de definitie en uit de berekeningen. Maar de meeste mensen zijn gewoon niet gewend het ook eens van deze andere kant te bekijken.

Dus nogmaals de betekenis van de berekening:
De arbeidsfactor is volgens de berekening alleen 1, als de belasting zuiver ohms is voor ALLE frequenties die het net aanbiedt. Dus op geen enkele frequentie reactief, en ook nooit niet-lineair.

Nu zou het best kunnen, dat in werkelijkheid DEZE berekening NIET gebruikt wordt, en dat er alleen op 50 Hz gemeten wordt. Maar dáárover is in dit topic niets gezegd.

En nu vraag ik mij toch opeens af... Hoe zou een actieve arbeidsfactorcorrectie (zo eentje met een boost-converter) omgaan met slechte netspanning?

Bij een PFC is het doel (dacht ik) dat de last ohms lijkt, en de stroom dus op elk moment recht evenredig is met de spanning. Dat is natuurlijk ook het eenvoudigste te implementeren, lijkt me, want je kunt dan gewoon een spanningsdeler gebruiken om een setpoint te maken voor de spoelstroom.

Daarbij zou dat gedrag natuurlijk ideaal zijn om de vervuiling weg te werken; op het moment dat de spanning hoger is, wordt er meer stroom afgenomen, waardoor de spanning in zal zakken. Heel minimaal natuurlijk, maar als iedereen dat doet kan het best effect hebben. Als de spanning lager is, daalt de stroom, waardoor er minder spanningsval zal optreden, en de spanning dus iets zal stijgen.

Je zou natuurlijk ook een PFC kunnen maken die actief probeert juist de harmonische te consumeren, om zo de vervuiling weg te werken. In principe zou je dat kunnen doen met een band-stop filter op 50Hz (of een band-pass met een verschilversterker), en dat gebruiken om een setpoint mee te maken. Er moet dan waarschijnlijk nog wel iets bij om ook gedurende de hele cyclus stroom te kunnen trekken, voor het geval er nauwelijks vervorming aanwezig is. Dit laatste is misschien te doen op basis van de uitgangsspanning van de PFC, om te voorkomen dat die teveel in kan zakken.

@SparkyGSX: ik heb mij altijd afgevraagd wat er dan gebeurd met die zijbanden. Als je ingangsstroom sinusvormig is, dan wordt dit op lange termijn gemoduleerd met de gemiddelde belasting. Als je belasting een ledlamp is die met 5 Hz knippert, dan heb je toch ook stroom op 45Hz en 55Hz? Is dat niet net zo erg?

Dit is geloof ik voor het eerst dat ik iemand op het forum over zijbanden zie schrijven in dit verband! Het klopt wel, natuurlijk.
Toch zal het wel meevallen met de last die je daarvan hebt.

Ten eerste is het lichtnet vrij laagohmig op die frequenties: de spanningval, en dus de modulatie, zal erg klein zijn. Je moet al veel moeite doen om de spanning ook maar één Volt te laten zakken op de plaats waar hij je pand binnenkomt.
Daarbij komt dat het hierbij toch om 'in-band' frequenties gaat. Aparatuur die geen last heeft van 50Hz, zal dat ook nauwelijks hebben van 45 of 55Hz; vooral niet omdat die in verhouding maar heel miniem aanwezig zijn.

De hogere harmonischen vormen een iets ander verhaal. Op die frequenties is het net lang niet zo laagohmig. De spanningen kunnen hoger worden en ook blijven, en 'komen dus verder'.
En omdat het over heel andere frequenties gaat, kunnen er dingen gebeuren waaraan je niet denkt als je voor 50Hz ontwerpt.
De derde harmonischen van alle drie de fasen van een driefazennet zijn bijvoorbeeld met elkaar in faze, en tellen dus op in de nulleider. Dat schijnt nog aardig te kunnen oplopen.

En over de storende werking van nog veel hogere frequenties hoeven we niet eens te hebben: bijna niemand hier kan nog naar een radio luisteren op lange, midden- of korte golf, zonder het typische ratelen dat we al bijna normaal zijn gaan vinden.
En nu nog PLC er overheen. Maar dat zijn geen harmonischen.

Je zou natuurlijk ook een PFC kunnen maken die actief probeert juist de harmonische te consumeren, om zo de vervuiling weg te werken.

Als je dat lukt, zou je 't gratis moeten krijgen vind ik. Het immers ontegenzeglijk een Goede Daad.