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

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.

Кратко о фазометре

Во время включения устройства в цепь измерения, его подсоединяют одновременно к токовым цепям и цепям напряжения. Если же необходимо работать с сетями, имеющими три фазы напряжения, то выполняется подключение устройства одновременно ко всем этим фазам по напряжению. Подключение по току выполняется ко вторичным обмоткам трансформатора.

В приборе используется упрощённая схема подключения. Поэтому несложно будет разобраться самому с назначением фазометра. Подключение по току выполняется по двум фазам, поэтому третья фаза определяется на основе сложения векторов лишь пары токов (имеется в виду измеряемые фазы). Также назначение фазометра заключается в измерении коэффициента мощности. Этот прибор на простом языке именуется ещё как косинусфиметром.

На данный момент встречается два вида фазометров, область применения которых состоит в определении коэффициента мощности. Это цифровой и электродинамический прибор. Рассмотрим их более подробно.

Электродинамический

Электродинамический фазометр ещё часто именуется электромагнитным. В основе конструкции этого вида измерителя лежит цепь простейшего типа с механизмом логометрического направления, который позволяет проводить работы по измерению сдвига фаз. В этом фазометре присутствует пара рамок, жёстко соединённых друг с другом. Между ними существует острый угол, равный 60 градусам. Рамки устанавливаются на осях, которые закреплены в опорах, поэтому противодействующий момент механического характера отсутствует в устройстве.

Есть определённые условия, задавать которые возможно только при помощи сдвига фаз токов именно в цепях таких рамок. Подвижный компонент фазометра проворачивается на величину угла, равную углу, который характеризует показатель сдвига фаз. Шкала линейного типа на приборе даёт возможность фиксации результата проведённого измерения.

Рассмотрим принцип работы электродинамического фазометра. В таком устройстве есть катушка неподвижного типа с током и пара катушек в подвижном виде. В каждой из катушек подвижного типа протекают свои токи, создающие магнитные потоки в неподвижной и в подвижных катушках. Поэтому можно предположить, что потоки катушек, которые взаимодействуют, порождают пару вращающихся моментов. Величины этих моментов во многом находятся в прямой зависимости от расположения пары катушек относительно друг друга, а также угла, на который поворачиваются подвижные компоненты фазометра. Эти моменты направлены в разные стороны, противоположные друг другу. Средние величины данных моментов находятся в зависимости от токов, которые текут в подвижных катушках, и от тока в неподвижной катушке. Есть зависимость также от конструкции катушек и от углов сдвига фаз между катушками.

Таким образом, подвижная составляющая фазометра будет проворачиваться под работой этих моментов, пока не получится состояние равновесия, которое будет вызвано равенством самих моментов по итогам поворота. Сама же шкала такого прибора может иметь градацию в системе коэффициентов мощности, что будет удобно для проведения ряда измерений.

Минусом электродинамических фазометров в основном является прямая зависимость получаемых показаний от величины частоты. Кроме этого отмечается и большая мощность потребления от источника, который подвергается исследованию

Цифровой

Данный тип фазометра изготавливается несколькими способами. К примеру, фазометр компенсационного типа имеет одну из самых высоких степеней точности, несмотря на то, что выполняется в ручном виде. Принцип действия компенсационного фазометра совсем другой. В таком приборе имеется пара напряжений синусоидального типа. При этом назначение состоит в определении именно фазового сдвига между ними.

Первоначально напряжение подаётся на так называемый фазовращатель, управляемый специальным кодом непосредственно с управляющего устройства. Сдвиг между фазами будет изменяться постепенно, пока не достигнет состояния синфазности. Во время подстройки знак сдвига этих фаз определяется при помощи детектора фазочувствительного типа.

Выходной сигнал подается непосредственно с этого детектора на управляющее устройство. Алгоритм управления реализуется непосредственно методом кодирования импульсов. После уравновешивания входной код фазовращателя покажет величину сдвига между фазами. В этом есть его основной принцип работы.

На сегодняшний день цифровые фазометры используют в своей работе принцип, основанный на дискретном счёте. Такой метод работает в двух этапах. Первоначально происходит процесс, связанный с преобразованием сдвига фаз в показатель сигнала, имеющего определённую длительность. Потом происходит изменение самой длины данного импульса при помощи дискретного счёта. Данное устройство в своём составе имеет преобразователь для сдвига фаз в импульс, селектор временного типа, формирователь дискретных импульсов, а также счётчик и устройство управления. Важно знать, что цифровые фазометры имеют меньшую погрешность измерений, т.к. вычисления проводятся за счет несколько периодов.

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.

Принцип действия фазометра

Фазометры функционируют используя следующий принцип: благодаря регулируемому фазовращателю и звуковому генератору формируются 2 напряжения синусоидальной формы, сдвинутые на 90°. Они подаются на вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, генерируя круговую развертку.

При этом одно из напряжений подключается ко входу изучаемого четырехполюсника. А к выходуподключается электронное реле. Выходные дифференцированные импульсы электронного реле модулируют электронный луч осциллографа так, что на видимой части экрана трубки появляется метка, местоположение которой определяется фазовым сдвигом, принесенным четырехполюсником. Установление точки начала отсчета производится путем подключения входа электронного реле к входу четырехполюсника, а с помощью оптического устройства производится отсчет угла между точкой начала отсчета и меткой.

Интересное видео о работе фазометра можете посмотреть ниже:

Подключение

Как правило, в инструкции по использованию фазометра подробно описывается способ подключения. При ее отсутствии не очень сложно сделать это самостоятельно.

Требуется подключить клеммы прибора с соответствующими обозначениями и соединителями к цепям напряжения и тока (в разрыв фазного провода).

• Свойства, сфера применения базальтового утеплителя Paroc
• Mitsubishi Electric: история компании

• Дозировочные насосы — устройство, виды и области применения

В крайнем случае, всегда можно воспользоваться интернетом и найти необходимое описание.

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: Как проверить электродвигатель на исправность?

Критерии выбора

Для начала нужно определиться – для чего необходим прибор, где и как будет использоваться. Будет ли это только фиксация наличия и величины реактивной мощности в стационарных условиях и в стандартной электросети, или требуются точные измерения в широком диапазоне для расчетов параметров устройств и проектирования систем электроснабжения.

В первом случае хорошим решением будет недорогой аналоговый фазометр. Для второго – больше подойдет один из цифровых вариантов исполнения.

В зависимости от финансовых возможностей, это может быть небольшое многофункциональное устройство с необходимым классом точности или микропроцессорный комплекс, с программным обеспечением и набором сервисных приложений.

Если требуется производить замеры в разных местах, то на рынке есть несколько малогабаритных дискретных мобильных устройств.

Для квалифицированного специалиста энергетика подобрать соответствующее устройство не составит труда.

Для менее сведущих, просто потребуется учесть вышеперечисленные критерии, оценить соотношение цена-качество, известность бренда производителя и надежность поставщика оборудования.

В любом случае, при выборе фазометра, следует руководствоваться целесообразностью и здравым смыслом, чтобы не переплачивать за лишние функции, не требующийся высокий класс точности или «красивые» опции.

Основные принципы классификации фазометров

Как электроизмерительное устройство фазометры классифицируют по нескольким признаком:

1. Исходя из конструктивного исполнения:
   аналоговые (электромеханические, электродинамические);
2. цифровые (электронные).
3. По количеству фаз:
   однофазные;
4. трехфазные.

Однофазные приборы предназначены для определения угла сдвига фаз в однофазных цепях, а 3-фазные — позволяют производить измерения в полно проводной трехфазной цепи. Конструктивно такие устройства мало чем отличаются, разница в том, что в однофазном приборе все подвижные рамки расположены друг относительно друга под углом 90 град, а в 3-х-фазном – под 60 град.

Измерение cos φ на промышленных частотах выполняют электромеханическими приборами с непосредственным отсчётом, у которых в качестве измерительного механизма используется логометр (ферродинамический, электромагнитный, индукционный, электродинамический). Отклонение движущийся части логометра определяется сдвигом фаз соотносимых тока, напряжения.

Для широкого диапазона частот в роли фазометра используют электронно-счётные измерители интервалов временных промежутков от момента прохождения соотносимых фазовых колебаний через 0, и градуированные фазовращатели а ансамбле с индикаторами нулевой разности фаз (к примеру, фазовыми детекторами).

Фазометры электронного типа выполняются в виде обособленного блока. На его лицевую панель выводятся микроамперметр, шкала которого градуируется в градусах, выключатель питающей сети, входные клеммы измеряемых сигналов.

Все составленные части прибора смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и закрепленной на измерительных зажимах микроамперметра.

Подключение платы с входными клеммами выполняется экранированным проводом, что обеспечивает его высокую помехоустойчивость.

Погрешность электромеханического фазометра- 1-3°, электронных- 0,06-0,1°.

Фото фазометров

Вам понравилась статья? Поделитесь

1+