Что такое фазометр?

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).

Читать еще:  Модные фотообои – современные тенденции

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.

Что такое фазометр и как им пользоваться?

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.

Читать еще:  Ремонт батарей отопления

Инструкция по эксплуатации

Лучшим пособием, объясняющим как пользоваться фазометром, является его инструкция по эксплуатации, которая должна обязательно входить в комплектацию. Перед началом работы необходимо выполнить ряд последовательных действий. Важно первым делом убедиться, что диапазон частот соответствует метрологическим характеристикам, а также что внешние условия соответствуют рабочим. После этого уже можно собирать схему.

Итак, эксплуатация фазометра должна осуществляться в следующей последовательности:

  1. Первоначально необходимо внимательно ознакомится с инструкцией по эксплуатации, прилагаемой к прибору, где можно узнать о его назначении и правилах пользования.
  2. При помощи корректора устанавливается стрелка на отметке нулевого значения.
  3. Нужно посмотреть, чтобы все кнопки были в положении отжатого типа.
  4. Пробники на входе подключите к соответствующим разъёмам.
  5. Теперь необходимо включить кнопку сети. В это момент должен загореться специальный индикатор.
  6. Далее не следует сразу приступать к измерениям, так как прибору необходимо время для прогрева. Примерно на данную процедуру понадобиться четверть часа.
  7. Теперь находим напряжение сигнала со стороны входа.
  8. Нажимаем одну из кнопок в зависимости от нужного напряжения и устанавливаем необходимый диапазон частот.
  9. После этого нажимаем «>0 0 Теперь вы знаете, как пользоваться фазометром и для чего нужен этот прибор. Надеемся, предоставленный материал был для вас полезным и понятным!

Наверняка вы не знаете:

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?

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector