¿Cómo se involucra la parte del factor de potencia en la lectura del vatímetro?

Este tipo de vatímetro no funciona directamente a partir del factor de potencia. Promedia el voltaje instantáneo por la corriente. La fuerza sobre la aguja es proporcional al voltaje multiplicado por la corriente, que es la potencia instantánea. Un resorte hace que la aguja se desvíe linealmente con la fuerza aplicada. La inercia de la aguja promedia el producto instantáneo de la corriente y el voltaje, por lo que muestra la potencia real promedio.

Si el voltaje y la corriente están desfasados ​​entre sí en 90° (factor de potencia = 0), entonces la potencia sería positiva durante la mitad del ciclo y negativa durante la mitad del ciclo. Si el medidor está diseñado para frecuencias de línea de alimentación normales, entonces el mecanismo mecánico no responderá a los semiciclos individuales de 50 o 60 Hz, pero le mostrará la potencia filtrada de paso bajo con una constante de tiempo significativamente más larga que los ciclos de potencia individuales. Con un factor de potencia de 0, este promedio será 0 y el medidor mostrará 0.

Si mide por separado el voltaje y la corriente RMS y luego los multiplica, obtiene el valor VA (magnitud de la potencia que incluye tanto la parte real como la imaginaria). Puede tomar la potencia real que muestra el medidor y dividirla por el valor de VA para obtener el factor de potencia.

De nuevo, este medidor no trata directamente con el factor de potencia. Mide la potencia real que se remonta a los primeros principios y si las señales de voltaje y corriente son senos o no.

Por cierto, el medidor de electricidad de su casa funciona con el mismo principio básico. En lugar de desviar una aguja contra un resorte, la fuerza entre las bobinas de voltaje y corriente hace que un pequeño motor gire. El número total de rotaciones es la integral de tiempo de la potencia, o la energía total entregada. Una serie de engranajes giran varios diales etiquetados para que esta integral se pueda acumular y mostrar para que el encargado del medidor pueda leer el total cada mes. Los medidores más nuevos envían la lectura acumulada a la compañía eléctrica automáticamente a través de varios medios de comunicación.

Pero la potencia real que mide el vatímetro es V×I×cos(ϕ)

No es verdad.

Si estuviera midiendo la potencia de CC, podría tomar una medida instantánea de voltaje y corriente y obtener potencia. Puede hacer esto varias veces seguidas para obtener un mejor promedio (si la carga y, por lo tanto, la corriente son cíclicas).

El vatímetro realiza "multiplicaciones" (y promedios) en los campos magnéticos y la inercia de la mecánica. No mide los valores RMS ni calcula el factor de potencia, solo multiplica y promedia (y, por supuesto, este tipo de vatímetro funciona con CC)

¿Dónde está involucrado el factor de potencia aquí? No es porque si el voltaje de CC es estable y la corriente es una forma de onda sinusoidal impresa en un nivel de CC, no existe ninguna relación de fase entre voltios y amperios.

Entonces, si el voltaje y la corriente son sinusoidales, ¿el vatímetro mágicamente tiene en cuenta el factor de potencia? No, no lo hace, continúa haciendo cálculos y multiplicando amperios por voltios.

El factor de potencia es una manera conveniente de describir el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente en un circuito ca. Es un buen método cuando las cargas son simples, pero cuando las cargas son más complejas y la forma de onda actual ya no es sinusoidal, el factor de potencia es mucho más difícil de determinar.

¿Y cómo hace frente el viejo vatímetro analógico a las distorsiones armónicas en la forma de onda actual? Lo hace bien porque la potencia es un promedio de voltios x amperios: los armónicos en la forma de onda actual (que hacen una tontería de$V.I. cos(\phi)$) simplemente se ignoran porque cuando Sin(A) se multiplica por Sin(B) el nivel promedio es cero.

Esta es la razón por la que a las empresas de suministro de electricidad no les gustan las distorsiones armónicas: es la corriente que tienen que suministrar que no contribuye a la potencia utilizada como cuando las cargas estándar tienen un factor de potencia pequeño: los armónicos tienen un "factor de potencia cero" en efecto ..