Что такое фазометр?

Что такое фазометр?

Фазометр – это специальное устройство, которое относится к электроизмерительной серии. В его функции входит измерение угла сдвига фаз относительно пары электрических колебаний с постоянной частотой.

Что такое фазометр?

С помощью этого устройства у вас появится замечательная возможность определить угол, который показывает сдвиг фаз в сети напряжения трехфазного типа. Именно это и является его основной областью использования. В этой статье мы расскажем про устройство и принцип работы фазометра. Также вы узнаете правила его использования.

Что такое фазометр

В процессе включения устройства в цепь измерения его одновременно подсоединяют к токовым цепям, а также к цепям напряжения. Если возникает необходимость одновременно осуществлять рабочий процесс с тремя фазами тогда подключение устройства осуществляется к каждой фазе. Подключение по току должно выполняться ко вторичным обмоткам трансформатора.

В приборе присутствует упрощенная схема подключения. Поэтому разобраться с назначением фазометра будет достаточно просто. Подключение по току выполняется по двум фазам. Именно поэтому третья фаза будет определяться на основе сложения векторов только пары токов (фазы, которые измерялись). Назначение фазометра заключается в измерении коэффициента мощности. В некоторых случаях этот прибор называют еще косинусфиметром.

На данный момент в специализированных магазинах можно встретить два вида фазометра. Их область применения заключается в определении коэффициента мощности. Это цифровой, а также электродинамический прибор. Теперь пришло время рассмотреть каждый вид фазометра более детально.

Электродинамический

Электродинамический фазометр в некоторых случаях называют электромагнитным. В основе конструкции этого прибора лежит цепь простейшего типа с механизмом логометрического направления. Именно он позволяет проводить различные работы по измерению сдвига фаз. В конструкции прибора также можно заметить пару рамок, которые жестко соединяются друг с другом. Между ними присутствует острый угол, который равняется 60 градусам. Рамки в свою очередь устанавливаются на осях, которые закреплены в опорах, поэтому противодействующий момент механического характера в этом приборе отсутствует.

Подвижный компонент фазометра поворачивается на величину угла, равную углу, который характеризует показатель сдвига фаз. На приборе присутствует шкала линейного типа, которая дает возможность фиксировать результаты проведенных измерений.

Теперь пришло время рассмотреть принцип работы электродинамического фазометра. В конструкции этого устройства присутствует катушка неподвижного типа и пара катушек в подвижном виде. В каждой из катушек будут протекать свои токи, создающие магнитные потоки в неподвижной и подвижной катушке. В результате этого можно предположить, что потоки катушек, которые взаимодействуют между собой порождают пару вращающихся моментов. Величины этих моментов будут находиться в прямой зависимости от расположения пары катушек относительно друг друга, а также угла на который будут поворачиваться все подвижные компоненты вашего фазометра.

Принцип действия электродинамического фазометра

Эти элементы направлены в стороны противоположные друг другу. Средние величины этих элементов будут находиться в зависимости от токов, которые текут в подвижных катушках и от тока в неподвижной катушке. Также есть зависимость от конструкции катушек и от углов сдвига фаз между катушками.

Исходя из информации выше можно сделать вывод, что подвижная составляющая фазометра будет поворачиваться под работой этих моментов, пока не получится состояние равновесия, которое будет вызвано равенством моментов по итогам поворота. Сама шкала может иметь градацию в системе коэффициентов мощности, что будет достаточно удобно для проведения ряда измерений. Электродинамические фазометры также могут иметь и минусы. К основному относят то, что существует прямая зависимость получаемых показаний от величины частоты. Кроме этого, также будет отличаться значительная мощность потребления от источника, который подвергается исследованию.

Цифровой

Цифровой фазометр могут изготовлять несколькими способами. Например самую высокую степень точности будет иметь фазометр компенсационного типа. Принцип работы подобного устройства совершенно другой. В конструкции прибора присутствует пара напряжений синусоидального типа. Назначение прибора заключается в определении фазового сдвига между ними.

Изначально напряжение подается на фазовращатель, который управляется специальным кодом с управляющего устройства. Сдвиг между фазами будет изменяться постепенно, пока не будет достигнуто состояние синфазности. В процессе подстройки знак сдвига этих фаз будут определять с помощью детектора фазочувствительного типа. Выходной сигнал из этого детектора будет подаваться на управляющее устройство. Алгоритм управления будет реализовываться методом кодирования импульсов. После уравновешивания входной код фазовращателя покажет величину сдвига между фазами. В этом заключается основной принцип работы этого устройства.

Принцип работы цифровых фазометров основывается на дискретном счете. Этот метод способен осуществлять свою работу в двух этапах. Изначально происходит процесс, который связан с преобразованием сдвига фаз в показатель сигнала, который имеет определенную длительность. Затем будет происходить изменение длины этого импульса с помощью дискретного счета. В составе этого устройства присутствует специальный преобразователь для сдвига фаз в импульс, селектор временного типа, формирователь дискретных импульсов, а также счетчик и устройство управления.

Важно знать! Многие специалисты утверждают, что именно цифровые фазометры имеют наименьшую погрешность измерений. Этого удалось добиться благодаря нескольким периодам вычислений.

Если будет интересно тогда можете прочесть о том, как использовать мультиметр.

Рекомендации по эксплуатации

Перед тем, как использовать определенный фазометр, вам потребуется изучить его инструкцию по эксплуатации. Перед тем, как приступить к измерениям также следует выполнить ряд последовательных действий. Убедитесь в том, что диапазон частот полностью соответствует метрологическим характеристикам. Также убедитесь, что внешние условия полностью соответствуют рабочим. После этого можно приступать к сборке устройства.

Процесс эксплуатации фазометра должен осуществляться в следующей последовательности:

1. Ознакомьтесь с инструкцией по эксплуатации. Обычно она прилагается в комплекте с вашим прибором.
2. С помощью корректора установите стрелку на отметке нулевого значения.
3. Посмотрите, чтобы все кнопки на приборе находились в отжатом положении.
4. Подключите пробники в соответствующие разъемы.
5. Включите кнопку сети и в этом случае должен загореться специальный индикатор.
6. Сразу приступать к измерениям не следует. Это связано с тем, что сначала устройство должно прогреться. Обычно подобная процедура занимает 15 минут.
7. Найдите напряжение сигнала со стороны входа.
8. Нажмите на специальную кнопку, которая отвечает за установку необходимого диапазона частот.
9. Теперь нажмите «>0 0

Как выбрать фазометр — обзор, назначение, принцип действия, область применения + инструкция по применению с фото

При выборе любого измерительного прибора основными критериями являются: точность измерений, помехоустойчивость, функциональность, удобство эксплуатации и цена.

Прежде чем рассматривать преимущества и недостатки видов фазометров необходимо пояснить, для регистрации каких параметров переменного напряжения они предназначены, и что это за параметры.

Краткое содержимое статьи:

Что такое фаза и сдвиг фаз

По названию прибора можно догадаться, что измеряется фаза. На самом деле – сдвиг фаз. В электроэнергетике этим словом обозначаются сразу два разных понятия – физический проводник, на котором имеется потенциал (напряжение), и состояние уровня этого потенциала или силы тока в конкретный момент времени.

Из школьной программы все помнят график изменения переменного напряжения и тока в виде синусоид. В идеальном случае они полностью совпадают. Но на практике это не всегда выполняется.

При подключении в сеть оборудования, которое имеет высокую индуктивность (электродвигателей или трансформаторов большой мощности) происходит отставание скорости нарастания тока от напряжения. Это и называется сдвигом фаз.

Реактивная мощность и косинус фи

Объясняется это явление тем, что индуктивность препятствует увеличению силы тока, а убывание – наоборот замедляет, и при нулевом значении напряжения отдает его обратно в сеть.

В этот момент ток возвращается к питающему трансформатору и частично расходуется на нагрев проводов. Эти непроизводительные потери называются реактивной мощностью, которая создает дополнительную нагрузку на сеть и снижает реальную мощность подключенного оборудования.

Если посмотреть на график такого процесса, то можно увидеть, что угол между синусоидой тока и напряжения изменяется пропорционально отставанию.

Численное значение косинуса этого угла (от -1 до +1) соответствует отношению реактивной мощности к полной, и называется коэффициентом мощности или косинусом фи. Он показывает, какая часть поступающего тока используется по назначению.

Основная задача фазометра и заключается в измерении этого параметра. В трехфазной сети можно определить относительный сдвиг фаз при неравномерной нагрузке.

Виды фазометров и их отличия

Существует два типа таких приборов – электродинамические (аналоговые) и цифровые, в исполнении для однофазной или трехфазной сети. У всех есть свои достоинства и недостатки.

• 

Первые имеют относительно простую конструкцию, удобную и наглядную стрелочную шкалу, и приемлемую стоимость. На фото такого фазометра видно, что отклонение стрелки вправо показывает значение косинуса фи при индуктивной нагрузке, а отклонение влево – преобладание емкостной.

Но они не отличаются высокой точностью. Погрешность измерений составляет 1-3%. Требуется предварительный прогрев от 15 минут до одного часа. К тому же на работу влияют помехи и изменения частоты.

Тем не менее, благодаря отработанной технологии производства и неприхотливости к условиям эксплуатации, такие устройства получили широкое распространение и используются на многих стационарных пунктах контроля параметров электросетей.

Устройство цифровых фазометров сложнее, но они значительно точнее и более устойчивы к помехам. Благодаря отсутствию механических движущихся деталей – более надежны.

Что такое фазометр – назначение, области применения, популярные модели

Фазометр — прибор, применяемый для получения точной информации о величине фазового сдвига между двумя меняющимися время от времени электрическими колебаниями. Устройство, как правило, используется для измерений в 3-фазной сети.

Фазометры часто используются в электрических установках для вычисления коэффициента реактивной мощности (косинуса «фи»). Прибор активно применяется при эксплуатации электрических подстанций и сетей, при разработке электронных и электротехнических изделий.

Коротко о фазометре

Для проведения измерений фазометр подключается к цепям напряжения, которые выступают опорной точкой, и токовой цепи, которая показывает положение измеряемого вектора. При работе в 3-х фазной сети может потребоваться подключение ко всем фазам.

Особенность современных приборов заключается в упрощенном принципе применения, поэтому разобраться с особенностями и тонкостями использования фазометра не составит труда даже малоопытному специалисту.

Измерение производится для двух фаз, после чего последняя фаза вычисляется на базе сложения векторов. Кроме того, фазометр часто применяется для измерения косинуса «фи», о чем упоминалось в начале статьи.

Все фазометры по принципу работы делятся на три вида:

• Электродинамические;
• Цифровые;
• Электромеханические.

Наибольшим спросом пользуются первые два типа, но рекомендуется применять цифровые приборы. Они отличаются большей точностью и низким уровнем помех.

По числу фаз фазометры бывают:

• Однофазные — для проведения измерений в 1-фазной цепи.
• Трехфазные — для 3-фазных цепей.

Электродинамический

Еще недавно наибольшим спросом пользовались электродинамические (электромагнитные) фазометры. Конструктивно этот прибор состоит из простого логометрического механизма, позволяющего с точностью измерять смещение фаз.

В устройстве предусмотрено две рамки, которые жестко объединены между собой. Угол между упомянутыми элементами составляет 60 градусов. Рамки крепятся на осях, зафиксированных на опорных узлах. Благодаря этой особенности, в устройстве отсутствует механическое противодействие.

В приборе предусмотрен специальный элемент, который поворачивается на угол, характеризующий величину текущего сдвига фаз. С помощью линейной шкалы специалист может зафиксировать измерение и определить текущий параметр смещения.

В основе электродинамического фазометра лежит неподвижная токовая катушка, а также еще два аналогичных, но подвижных элемента. В смещающихся катушках текут свои токи, что способствует появлению магнитного потока во всех катушках — подвижных и неподвижных.

При взаимодействии потоков катушек появляется пара вращающихся моментов, величина которых зависит от расстояния между перемещающимися элементами устройства. Упомянутые моменты имеют различное направление, которое противоположно по величине.

Показатели моментов зависят от токов, протекающих в катушках подвижного типа, а также от уровня тока в фиксированной катушке. Кроме того, упомянутые показатели зависят от конструктивных особенностей катушки и углового фазного сдвига.

Как результат, перемещающийся элемент фазометра прокручивается под влиянием упомянутых моментов до ситуации, когда не возникнет равновесие, то есть моменты становятся равны.

У самого фазометра часто предусмотрена градация, позволяющая точно измерить коэффициент мощности.

Преимущества прибора — надежность, высокая точность показаний, доступная цена.

Недостаток — зависимость измеряемых параметров от показателя частоты. Еще один минус — повышенная потребляемая мощность с изучаемого источника.

Цифровой

Как отмечалось, это более предпочтительный тип прибора из-за более удобного применения и высокой точности. Такие устройства изготавливаются по различным технологиям.

К примеру, компенсационный фазометр делает максимально точные измерения, несмотря на необходимость ручного применения. Прибор работает на ином принципе. В процессе измерений появляется пара U, имеющих синусоидальный тип, а главное назначение прибора заключается именно в вычислении сдвига между фазами.

Сначала U подается на фазовращатель, управление которым производится со специального прибора. Процесс измерения происходит плавно до момента, пока в не произойдет совпадение фаз. В процессе настройки величина смещения фаз вычисляется с помощью устройства фазочувствительного вида.

Сигнал на выходе передается с детектора на управляющий прибор. Заданный алгоритм реализуется посредством кодировки импульсов. Как только происходит уравновешивание, код фазовращателя отражает интересующие сведения.

На современном этапе цифровые фазометры применяют методику, которая базируется на дискретном счете. Суть способа заключается в прохождении двух этапов.

Сначала выполнятся процесс по преобразованию смещения фаз в параметр сигнала с определенной продолжительностью. Далее меняется длина этого импульса с помощью дискретного счета.

В состав прибора входит:

• Преобразователь, обеспечивающий преобразование смещения фаз в импульс;
• Временной селектор;
• Элемент, который формирует дискретные импульсы;
• Управляющее устройство и счетчик.

Плюсы фазометров цифрового типа — меньшая погрешность, благодаря выполнению вычислений за несколько периодов, большая точность и удобство применения. Недостатки — более высокая цена.

Инструкция по эксплуатации

Чтобы разобраться с применением фазометра, главное внимание уделяется инструкции по эксплуатации (входит в комплект с устройством). Перед началом работы требуется сделать несколько шагов.

Для начала стоит убедиться, что условия работы соответствуют тем, что рекомендует производитель, а частотный диапазон находится в соответствии с метрологическими характеристиками. После этого собирается сама схема.

Эксплуатация фазометра выполняется по такому алгоритму:

• Сначала требуется прочесть инструкцию, которая идет вместе с изделием. В документе раскрываются нюансы и правила применения прибора.
• С помощью корректора выставляется стрелка на 0-ой отметке.
• Убедитесь, что кнопки не сработаны.
• Подключите пробники на входе к требуемым разъемам.
• Нажмите клавишу, которая подает питание на устройство. Обратите внимание на загорание специального индикатора.
• Выждите некоторое время, чтобы прибор хорошо прогрелся. Это необходимо, чтобы добиться максимальной точности измерений. В среднем выдержка по времени должна составлять около 10-15 минут.
• Найдите напряжение на входе.
• Жмите на клавишу в зависимости от выбора внешнего напряжения и установите требуемый частотный диапазон.
• Жмите «>0 ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Сабельные пилы, принцип работы, где применятся, как выбрать

Популярные модели на рынке

Рассмотрим несколько моделей фазометров, которые пользуются наибольшим спросом сегодня.

Фазометры Д5721 и Д5782

Применяются для работы в 1-фазных цепях переменного тока с частотой 50 (60) Герц и позволяют измерить смещение фаз между гармоническими составляющими тока и напряжения.

Прибор имеет высокий класс точности (0,5), позволяет измерять углы в диапазоне от 0 до 360 градусов. Вес прибора не больше 6,5 кг, а размеры — 23*28*14 см.

Мегеон 40850

Эта модель фазоуказателя относится к категории портативных (компактных) приборов, позволяющих с высокой скоростью и точностью выполнять измерения.

Для диагностики правильности чередования фаз или наличия ошибок применяются светодиоды, установленные на передней панели. Также имеется встроенный зуммер.

Плюсы Мегеона 490850 заключается в готовности к работе и соответствии 2-му классу безопасности. В процессе измерения применяются «крокодилы» (идут в комплекте), что упрощает процесс пользования прибором.

В комплектацию входит сам прибор, зажимы «крокодил» (3 ед.), запястный ремешок (3 ед.), инструкция по эксплуатации, а также чехол для хранения и перевозки прибора.

Масса брутто изделия всего 810 грамм, а размеры коробки — 15*10*15 см. Прибор производит измерения при напряжении от 200 до 400 В. Уровень защиты IP65. Оптимальная рабочая температура от -10 до +40 градусов Цельсия.

Ц302 — трехфазный фазометр

Главное назначение фазометра Ц302 в том, что с его помощью можно быстро и точно измерить коэффициент «фи» в переменной сети. Частота тока может быть различной — от 50 до 10 тысяч Гц. Размеры прибора 12*12*9,5 см, класс точности — 2,5.

Рассматриваемая модель отличается повышенной стойкостью к ударам и вибрациям. Принцип действия измерителя построен на преобразовании входного синусоидального сигнала в прямоугольные импульсы с последующим преобразованием в постоянный ток.

Параметр I зависит от угла фазного сдвига. В состав Ц302 входит электрический измеритель и индикатор магнитоэлектрической системы.

Фазометр Э35000

Задача этого оборудования заключается в том, чтобы убедиться в корректности работы фазометров Д578 и Д5782.

Кроме того, изделие применяется для проведения измерений в различных цепях с высоким классом точности, составляющим 0,2 (в случае применения без трансформатора).

Работа изделия базируется на основе сравнения полученного угла разности между первоначальными параметрами фаз искажения напряжения и тока с заданным показателем. Погрешность модели составляет до 0,1%. Габариты — 23*28*14 см. Вес 7 кг.

Фазометр Д5000

Модель Д5000 применяется для определения точности однофазных фазометров, работающих на частоте, равной 50 Гц. Этот тип измерительного устройства часто монтируется в схемы с разделенными токовыми и напряженческими цепями.

Номинальный ток и напряжение прибора — 5 и 10 А, а также 100, 127 и 220 В соответственно. Мощность потребления при последовательном/параллельном подсоединении 5 и 8 Ампер соответственно. Внешне похож на предыдущий прибор.

Однофазный фазометр С302-М1

Модель С302-М1 примеряется для измерения коэффициента мощности в 3-фазной сети переменного тока, имеющего частоту 50 Гц. Главным условием считается симметрия линейных напряжений, а также симметрия нагрузки фаз.

Конструктивно прибор состоит из преобразователя электронного типа, а также индикатора магнитоэлектрической системы (оба элемента находятся в одном корпусе).

Фазометр Ц42305

Модель фазоизмерительного устройства Ц42305 используется для измерения коэффициента мощности в 3-х фазных сетях с номинальной частотой в 50 Гц при условии симметричной нагрузки и наличии симметрии линейных U.

В основе устройства входит электронное устройство, которое преобразовывает входной сигнал, а также магнитоэлектрический элемент.

Класс точности модели составляет 2,5. Номинальное напряжение (220, 100, 380 или 127 В). Подключение осуществляется непосредственно через ТТ или ТН.

Фазометр Ц42309

Измеритель Ц42309 применяется для вычисления точного коэффициента мощности в 3-фазных сетях переменного тока. Принцип действия построен на работе преобразователя электронного типа, который принимает входные сигналы и преобразовывает их постоянный ток.

Класс точности прибора составляет 2,5. Номинальные напряжения — 220, 100, 380 или 127 В.

Прочие модели

Кроме рассмотренных выше фазометров, стоит выделить еще ряд моделей — фазометры PIC144A, FTZ144 500V, FEMC144 110V, FEMC96 100/v3, FEMC96 100V FTZ96 230V, FEMC96 100V и другие.

Важность фазометров сложно переоценить. С помощью этого прибора удается точно измерить коэффициент «фи». Этот параметр показывает наличие реактивной составляющей в сети.

По результатам измерения специалистами принимают решение о необходимости коррекции коэффициента мощности и общем характере нагрузки.

Фазометры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Фазометр – это электрический прибор, которым измеряют сдвиг фаз двух колебаний постоянной частоты, например, в сети 3-фазного напряжения. Чаще всего фазометры используются для вычисления коэффициента мощности электроустановки.

Фазометры стали популярными при проектировании, наладке различных электрических устройств. Они применяются в оборудовании, где электрическая сеть работает в изменяемом режиме, при этом она влияет на коэффициент мощности. Такими устройствами можно назвать синхронные двигатели, генераторы на электростанциях.

Электрический двигатель синхронного типа имеет коэффициент мощности, зависящий от тока возбуждения. При некотором режиме работы синхронный двигатель способен отдать в сеть питания реактивную энергию. При этом он играет роль компенсатора реактивной мощности. Чтобы оценить режим функционирования электродвигателя, на его щите управления подключают фазометр.

Синхронный генератор при работе имеет коэффициент мощности, зависящий от вида нагрузки и тока возбуждения. В процессе функционирования автоматическая система следит за cos φ, который характеризует коэффициент мощности, и поддерживает его в определенных пределах путем регулировки тока ротора.

Во время запуска генератора и при возникающих неисправностях регулировку переключают с автоматического режима на ручной. Управление берет на себя оператор. Для ручной регулировки коэффициента мощности на пульте управления подключен фазометр.

При отклонении стрелки прибора вправо и уменьшении cos φ (при индуктивной нагрузке) обмотка статора может перегреться. При емкостной нагрузке независимо от ее значения, генератор расходует ток из сети. Это является аварийным режимом эксплуатации генератора.

Регулировка коэффициента мощности

Большая часть нагрузок потребителей будет тратиться на полезную работу при приближении cos φ к единице. При его уменьшении снижается мощность, которая расходуется на ненужное нагревание электрооборудования: линий кабелей, электромоторов, обмоток трансформаторов и т.д. Напряжение в питающей сети уменьшается, а для выполнения такой же работы устройствам необходима значительная мощность.

Наиболее оптимальной величиной коэффициента мощности является 0,95 в индуктивном виде. Как действовать, когда в сети питания имеется много индуктивных потребителей? В таком случае трансформаторных подстанциях монтируют конденсаторы, которые называются реактивными компенсаторами. По названию можно понять их назначение. Они выравнивают индуктивную составляющую сопротивления. При этом они приближают угол сдвига к нулю, а коэффициент мощности к 1.

При монтаже емкостей с постоянным номиналом появляется другой недостаток: при изменении числа потребителей с индуктивным сопротивлением cos φ изменяется. Такая компенсация не является эффективной, и даже вредна. Для устранения этой причины, такие устройства делают автоматическими. Автоматика подключает или выключает емкости от сети в зависимости от угла между напряжением и током. При этом изменяется емкость батареи.

Принцип действия

Фазометры, работают по следующему принципу. В приборе контролируемый сдвиг фаз преобразуется в промежуток времени (рисунки «а» и «б»). Благодаря устройствам формирования ФУ из напряжений u₁ и u₂ образуются импульсы во время перехода напряжений через ноль в сторону повышения. Эти импульсы приходят на входы триггера Т, на выходе триггера образуются прямоугольные импульсы.

Их длительность t напрямую зависит от фазового сдвига: t = φ*Т / 360. Средняя величина выходного напряжения триггера, зависящего от фазового сдвига равна:

Это напряжение измеряется встроенным вольтметром. Амплитуда импульсов U_m подбирается так, чтобы результат на вольтметре совпадал со сдвигом фаз φ, который выражается в градусах.

Такой способ измерения сдвига фаз имеет систематическую погрешность вследствие несимметричного ограничения контролируемых напряжений в формирующем устройстве. В таком случае выходное напряжение ограничителя в ФУ1 станет иметь постоянную составляющую (рисунок «в»).

Дифференциальная цепь, которая входит в устройство формирования, не пропускает постоянную составляющую, поэтому моменты прохождения напряжения через ноль смещаются. На рисунке это изображено стрелками. Изменение диапазона t создает погрешность измерения сдвига фаз.

Виды и особенности

Фазометры являются электроизмерительными устройствами, которые классифицируются по различным признакам. Подробнее рассмотрим наиболее часто применяемые приборы.

Электродинамические фазометры

Такие приборы также называют электромагнитными. Они основаны на простой цепи с логометрическим приспособлением для замера сдвига фаз. Две рамки жестко соединены друг с другом. Между ними угол 60 градусов. Рамки зафиксированы на осях.

При работе в цепи в момент возникновения фазного сдвига, двигающаяся часть фазометра поворачивается на угол, соответствующий фазному сдвигу. На шкале фиксируется результат.

Принцип действия

В приборе установлены 2 подвижные катушки и 1 неподвижная. По подвижным частям проходят токи I1 и I2, которые образуют магнитные потоки, образующие два момента вращения М1 и М2.

Их значения зависят от угла поворота подвижного элемента, от расположения 2-х катушек. Моменты имеют противоположные направления. Средние моменты зависят от токов (I1 и I2), проходящих по подвижным катушкам, и тока (I), проходящего по неподвижной катушке, а также от конструкции катушек и углов сдвига фаз (ψ1 и ψ2) подвижных катушек.

В результате подвижный элемент поворачивается до наступления равновесия. Шкала прибора имеет градуировку по величине коэффициента мощности.

Отрицательным фактором такого типа приборов можно отметить зависимость результатов от мощности контролируемого источника.

Цифровые

Такие приборы выполняются по различным принципам. Компенсационный фазометр имеет повышенную степень точности, хотя выполнен для ручного управления.

Принцип действия

Необходимо определить сдвиг фаз между напряжениями синусоидальной формы U1 и U2. Напряжение U1 поступает на фазовозвращатель ФВ, на который воздействует код с управляющего устройства УУ. Сдвиг медленно изменяется пока U1 и U3 не будут синфазными.

Сигнал на выходе детектора поступает на управляющее устройство УУ. С помощью кодоимпульсного метода выполняется алгоритм выравнивания. По окончании процесса выравнивания, код на входе фазовозвращателя ФВ будет определять сдвиг фаз напряжений U1 и U2.

Чаще всего новые модели фазометров функционируют на дискретном счете. Этот способ действует в 2 этапа:

1. Преобразование фазного сдвига в электрический сигнал.
2. Определение времени дискретным подсчетом.

Прибор состоит из селектора ВС, преобразователя фазного сдвига, образователя импульсов (f/fn), счетчика (СЧ), цифрового усилителя ЦОУ.

Импульсный преобразователь фазного сдвига из U1 и U2 с фазным сдвигом Δφ создает прямоугольный вид импульсов U3 в форме последовательности. Такие импульсы U3 обладают скважностью и частотой повторений, которые соответствуют частоте и сдвигу сигналов входа по времени U1 и U2. Импульсы напряжений U4 и U3 образуют счетные дискретные импульсы с периодом Т0, подающиеся на селектор времени. В итоге на выходе селектора образуются импульсы U5, которые имеют период следования Т.

Счетчик определяет число импульсов в группе U5. В результате число пришедших импульсов зависит от сдвига фаз между U1 и U2. Показания фазометра видны в градусах. Степень дискретности прибора позволяет достичь точности показаний до десятых долей. Погрешность связана с измерением Δt с точностью до 1 периода импульсов.

Средние по cos φ фазометры могут снизить погрешность за счет определения средней величины за несколько периодов Т контролируемого сигнала. Структура цифрового прибора средней величины имеет отличия от структуры дискретного счета наличием дополнительного селектора времени ВС2, генератора импульсов ГИ, создателя дискретных импульсов ФИ.

В данном случае преобразователь фазового сдвига в группе импульсов U5 вмещает в себя генератор ГИ и селектор времени ВС1. За градуированный диапазон времени Тк, который значительно больше Т, несколько групп импульсов поступают на устройство, на его выходе образуется несколько групп, что требуется для получения среднего результата.

Время импульсов U6 кратна Т0, так как создатель импульсов ФИ действует по принципу разделения частоты с определенным коэффициентом. Сигнальные импульсы U6 открывают селектор времени ВС2. В результате на вход поступает несколько групп импульсов. Разрешающая возможность прибора зависит от кратности U6.

На отклонения в показаниях фазометра влияет малая точность фиксации фазного сдвига во время перехода сигналов через нули. Однако такие погрешности уменьшаются при получении среднего результата за период Тк, который намного выше периода входных сигналов.

По числу фаз фазометры делятся на:

• 1-фазные.
• 3-фазные.

Эти приборы по устройству практически не отличаются, кроме того, что в 1-фазном фазометре подвижные рамки находятся под прямым углом, а в 3-фазном под 60 градусов.

Щитовые фазометры применяются для контроля технологических процессов. Они бывают цифровыми или стрелочными. Обе модели хорошо выполняют свои функции. Однако для работников удобнее работать со стрелочным прибором из-за его наглядности.

Лабораторные фазометры применяются для запуска и наладки электроустановок, также для ремонта и настройки аппаратуры в радиоэлектронике.

В инновационных измерительных цифровых комплексах для настройки оборудования чаще всего приборы изготавливаются цифровые. Они входят в устройство одного универсального прибора, который определяет сразу несколько параметров.

Также обстоит дело и с щитовыми фазометрами. Чтобы уменьшить число приборов, применяют универсальные комплексы, которые выдают на один экран несколько измеряемых параметров в одно время. Оператор имеет возможность быстро изменить их состав в зависимости от режима функционирования электроустановки. При этом на дисплей выводятся различные физические параметры, или один из них, для каждой контрольной фазы.

Фазометры – назначение, виды, устройство и принцип работы

Фазометром называется электроизмерительный прибор, функция которого — измерение угла сдвига фаз между двумя электрическими колебаниями постоянной частоты. К примеру, при помощи фазометра можно измерить угол сдвига фаз в сети трехфазного напряжения. Зачастую фазометры применяются с целью определения коэффициента мощности, косинуса фи, какой-нибудь электроустановки. Так, фазометры находят широкое применение в процессе разработки, наладки и при эксплуатации различных электротехнических и электронных устройств и аппаратов.

При включении фазометра в измеряемую цепь, прибор присоединяют к цепи напряжения и к токоизмерительной цепи. Для трехфазной сети электроснабжения производится подключение фазометра по напряжения к трем фазам, а по току – ко вторичным обмоткам трансформаторов тока также в трех фазах.

В зависимости от устройства фазометра, возможна и упрощенная схема его подключения, когда по напряжению он подключается также к трем фазам, а по току — только на двух фазах. Тогда третья фаза вычисляется путем сложения векторов только двух токов (двух измеряемых фаз). Назначение фазометра — измерение косинуса фи (коэффициента мощности), поэтому в просторечии их еще называют «косинусфиметрами».

Сегодня можно встретить фазометры двух типов: электродинамический и цифровой. Электродинамические или электромагнитные фазометры имеют в своей основе простейшую цепь с логометрическим механизмом измерения сдвига фаз. Две жестко скрепленные между собой рамки, угол между которыми 60 градусов, закреплены на осях в опорах, и противодействующий механический момент отсутствует.

В определенных условиях, которые задаются путем изменения сдвига фаз токов в цепях этих двух рамок, а также углом крепления этих рамок между собой, подвижная часть измерительного прибора поворачивается на угол, равный углу сдвига фаз. Линейная шкала прибора позволяет зафиксировать результат измерения.

Рассмотрим принцип действия электродинамического фазометра. Имеются неподвижная катушка с током I и две подвижные катушки. По каждой из подвижных катушек протекают токи I1 и I2. Протекающие токи создают магнитные потоки как в неподвижной катушке, так и в подвижных катушках. Соответственно, взаимодействующие магнитные потоки катушек порождают два вращающих момента M1 и М2.

Величины этих моментов зависят от взаимного расположения двух катушек, от угла поворота подвижной части измерительного прибора, и направлены эти моменты в противоположные стороны. Средние значения моментов зависят от токов, протекающих в подвижных катушках (I1 и I2), от тока, протекающего в неподвижной катушке (I), от углов сдвига фаз токов подвижных катушек относительно тока в неподвижной катушке (ψ1 и ψ2), и от конструктивных параметров катушек.

В итоге подвижная часть прибора поворачивается под действием этих моментов до тех пор, пока не наступит равновесие, вызванное равенством моментов в результате поворота. Шкала фазометра может быть отградуирована в значениях коэффициента мощности.

Недостатки электродинамических фазометров — зависимость показаний от частоты и значительная потребляемая мощность от исследуемого источника.

Цифровые фазометры могут быть реализованы по-разному. Например, компенсационный фазометр обладает высокой степенью точности, хоть и реализуется в ручном режиме. Рассмотрим, однако принцип его работы. Имеются два синусоидальных напряжения U1 и U2, фазовый сдвиг между которыми необходимо узнать.

Напряжение U2 подается на фазовращатель (ФВ), который управляется кодом с устройства управления (УУ). Сдвиг фаз между U3 и U2 постепенно изменяется до достижения состояния, когда U1 и U3 станут синфазными. При подстройке знак сдвига фазы между U1 и U3 оперделяет фазочувствительный детектор (ФЧД).

Выходной сигнал фазочувствительного детектора подается на устройство управления (УУ). Посредством кодоимпульсного метода реализуется алгоритм уравновешивания. По завершении процесса уравновешивания, код на фходе фазовращателя (ФВ) и будет выражать сдвиг фаз между U1 и U2.

В подавляющем же большинстве современные цифровые фазометры используют принцип дискретного счета. Данный метод работает в два этапа: преобразование сдвига фаз в сигнал определенной длительности, и затем измерение длительности этого импульса посредством дискретного счета. Устройство содержит преобразователь сдвига фаз в импульс, временной селектор (ВС), формирователь дискретных импульсов (f/fn), счетчик (СЧ) и ЦОУ.

Преобразователь сдвига фаз в импульс из U1 и U2 со сдвигом фазы Δφ формирует прямоугольные импульсы U3 в виде последовательности. Данные импульсы U3 имеют частоту повторений и скважность, соответствующие частоте и сдвигу во времени входных сигналов U1 и U2. Импульсы U4 и U3 формируют дискретные счетные импульсы с периодом T0, которые подаются на временной селектор. Временной селектор в свою очередь открывается на время импульса U3, и пропускает импульсы U4. В результате, на выходе временного селектора получаются пачки импульсов U5, период следования которых равен Т.

Счетчик (СЧ) считает количество импульсов в пачке последовательности U5, в итоге количество поступивших импульсов на счетчик (СЧ) оказывается пропорционально фазовому сдвигу между U1 и U2. Код со счетчика подается на ЦОУ, и показания прибора отображаются в градусах с точностью до десятых, что достигается степенью дискретности устройства. Погрешность дискретности связана с возможностью измерения Δt с точностью до одного периода счетных импульсов.

Цифровые электронные фазометры среднего значения косинуса фи позволяют уменьшить погрешность за счет вычисления среднего значения за несколько периодов Т исследуемого сигнала. Структура цифрового фазометра среднего значения отличается от схемы дискретного счета присутствием здесь еще одного временного селектора (ВС2), а также генератора импульсов (ГИ) и формирователя дискретных импульсов (ФИ).

Здесь преобразователь сдвига фаз в пачки импульсов U5 включает в себя генератор импульсов (ГИ) и временной селектор (ВС1). За калиброванный промежуток времени Тк, много больший Т, несколько пакетов подаются на устройство, на выходе которого формируется несколько пакетов, это нужно для усреднения результатов.

Импульсы U6 имеют длительность, кратную Т0, поскольку формирователь импульсов (ФИ) работает по принципу деления частоты с заданным коэффициентом. Импульсы сигнала U6 открывают временной селектор (ВС2). В итоге на его вход приходит несколько пачек. Сигнал U7 подается на счетчик (СЧ), который связан с ЦОУ. Разрешающая способность прибора определяется степенью кратности U6.

На погрешности фазометра сказывается и плохая точность фиксации преобразователем фазового сдвига в промежуток времени моментов перехода сигналов U2 и U1 через ноли. Но эти неточности снижаются при усреднении результата вычислений за период Тк, значительно больший периода исследуемых входных сигналов.

Надеемся, что данная статья помогла вам получить общее представление о принципах работы фазометров. Более подробную информацию вы всегда сможете найти в специальной литературе, которой, благо, много сегодня в сети.