Для чего нужен фазометр
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.
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.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Фазометр: назначение, принцип действия, что измеряет и как работает?
Фазометр – электроизмерительное диагностическое устройство, устанавливаемые в электрических цепях переменного тока для установления угла сдвига фаз между 2-мя изменяющимися периодическими колебаниями. К примеру, переменного тока в отношении к определяющему его напряжению либо для измерения разности фаз 2-х колебаний в электроцепях.
Область применения фазометров
Свое применение фазометры нашли при эксплуатации электроустановок для контроля коэффициента мощности — cos φ.
Помимо этого, эти приборы используются в радиолюбительской практике во время сборки, настройки и обслуживании электротехнических и электронных аппаратов.
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:
Основные принципы классификации фазометров
Как электроизмерительное устройство фазометры классифицируют по нескольким признаком:
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°.
Рассмотрим несколько фазометров различных производителей:
1. ВАФ-А(М) производства ПАРМА
Цена около 31 тыс. рублей.
Вольтамперфазометр нового поколения.
Измерение тока от 0 до 3000 А, графический индикатор, подключение прибора к ПК через USB, сохранение данных на ПК, память на 100 измерений, встроенные часы, режим «Регистратор», аккумуляторное питание.
Отличительные особенности прибора ВАФ-А(М):
2. Вольтамперфазометр ВФМ-3 произвдства Челябэнергопробор
2. Вольтамперфазометр ВФМ-3 произвдства ЧелябэнергопроборЦена около 50 тыс. рублей.
Вольтамперфазометр ВФМ-3 — малогабаритный полностью автоматизированный универсальный прибор. Предназначен для измерения действующего значения трех фазных и трех линейных напряжений и действующего значения силы трех переменных токов с одновременным вычислением активной, реактивной и полной мощностей в трех цепях, измерения частоты, угла сдвига фаз между токами и напряжениями одноименных фаз.
Прибор ВФМ-3 выводит на дисплей графическое изображение векторной диаграммы контролируемой цепи.
Вольтамперфазометр ВФМ-3 может применяться при комплексных испытаниях защит генераторов, трансформаторов, линий, в цепях трансформаторов тока и напряжения, наладки фазочувствительных схем релейной защиты и др.
Отличительные особенности ВФМ-3
3. РЕТОМЕТР-М2 производства НПО «Динамика»
3. РЕТОМЕТР-М2 производства НПО «Динамика»Цена около 50 тыс. рублей)
Это трехфазный многофункциональный и полностью автоматизированный прибор нового поколения, предназначенный для измерения параметров в трехфазных и однофазных электрических цепях с рабочей частотой 50 Гц.
Прибор является незаменимым помощником для персонала служб релейной защиты и автоматики энергопредприятий, службы главного энергетика, промышленных предприятий и многих других специалистов, занятых эксплуатацией электроустановок.
Отличительные особенности прибора РЕТОМЕТР-М2:
Ещё одно интересное видео о ВАФе Ретомерт М2:
Фазометры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности
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.
Все фазометры по принципу работы делятся на три вида:
Наибольшим спросом пользуются первые два типа, но рекомендуется применять цифровые приборы. Они отличаются большей точностью и низким уровнем помех.
По числу фаз фазометры бывают:
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.
ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Все про молоток, а Вы это знали?
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.
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.
Если посмотреть на график такого процесса, то можно увидеть, что угол между синусоидой тока и напряжения изменяется пропорционально отставанию.
Основная задача фазометра и заключается в измерении этого параметра. В трехфазной сети можно определить относительный сдвиг фаз при неравномерной нагрузке.
Фазометр
Это приборы для измерения различных параметров электричества используются как в научно – исследовательских целях, так и для наблюдения за работающим оборудованием. Отображение электрических параметров оборудования требует одновременного размещения большого количества приборов. Поэтому их изготавливают в специальном щитовом исполнении. При этом амперметры, вольтметры, частотомеры, фазометры и фазоуказатели могут быть изготовлены на основе различных измерительных механизмов.
Фазометры, основанные на принципе преобразования переменного тока в постоянный при помощи диодов, содержат магнитоэлектрический измерительный механизм. Примером таких приборов являются малогабаритные щитовые фазометры Ц1424. Они применяются для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:
Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор.
Электромагнитные фазометры содержат несколько неподвижных катушек. Они создают магнитные потоки, воздействующие на подвижную конструкцию, изготовленную с использованием ферромагнетика. Катушки имеют специальное пространственное расположение. По каждый из них течет ток, который имеет фазовый сдвиг определенный и отличный от токов в других катушках. Примером таких фазометров является модель Э144. Это малогабаритный, герметичный и ударопрочный фазометр с непосредственным отсчетом. Применяется в мобильном электрооборудовании для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:
Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор. Схема прибора Э144 показана ниже:
В нем есть три неподвижных обмотки, отмеченные на схеме как 1, 2 и 3. Обмотки 1 и 2 сделаны двухсекционными. Между секциями размещена подвижная часть прибора в виде сердечника из магнитомягкого железного сплава по форме напоминающего букву Z, который поворачивается на оси. Секции обмоток имеют пространственное расположение относительно друг друга в 60 градусов. Обмотка 3 изготовлена как коаксиальная с осью подвижного сердечника катушка цилиндрической формы.
В электроцепях постоянного и переменного тока используются электро- и ферродинамические фазометры. Их работа основана на взаимодействии двух катушек. Эти подвижная и неподвижная катушки создают магнитные потоки, которые и обуславливают взаимодействие между ними. Если у катушек отсутствует сердечник, то прибор именуется электродинамическим фазометром. Если стальной сердечник имеется в наличии – ферродинамическим фазометром. Ферродинамические приборы более чувствительны, но менее точны. Применяются такие фазометры как мобильные лабораторные приборы.
Примером электродинамического фазометра может быть модель Д5781. Этот переносной экранированный прибор предназначен для измерения угла фазового сдвига и cosφ в однофазных электросетях. В трехфазных электросетях для измерения угла фазового сдвига и cosφ применяется ферродинамическая модель Д120. Схема, а также изображение этого фазометра показаны далее.
Перечисленные модели фазометров далеко не единственные в своем роде. Но их еще очень много в работающем оборудовании. Дальнейшее развитие электроизмерительных приборов основано на применении цифровой обработки сигналов. То же относится и к фазометрам. Хотя и сейчас аналоговые приборы также производятся. Современные фазометры показаны далее на изображении:
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.
Как сделать трансформатор своими руками — пошаговая инструкция, схема, чертежи, список материалов + фото готового самодельного трансформатора
Какой детектор скрытой проводки лучше? ТОП-10 лучших производителей с фото и описанием
Технологические карты в строительстве — что это такое
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.
Отвертки изолированные-диэлектрические до 1000В — советы как выбрать лучшего производителя
Диэлектрический изолированный инструмент для работы — какой лучше выбрать? Обзор производителей, фото + видео
Основные принципы работы таких фазометров – это компенсационный метод и различные способы дискретных преобразований фазы или частоты.
Но главное общее отличие – это малая погрешность (0,06-0,1%), широкий диапазон измеряемых величин и универсальность. Часто прибор выполняет функции амперметра и вольтметра.
Кроме того выпускается множество вариантов исполнения – от малогабаритных мобильных до стационарных универсальных комплексов.
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).
Как сделать антенну для радио FM своими руками — простая инструкция по изготовлению самодельной антенны с фото и описанием
Как самостоятельно сделать и подключить терморегулятор: принцип работы, инструкция, схема + фото лучших самодельных терморегуляторов
В крайнем случае, всегда можно воспользоваться интернетом и найти необходимое описание.
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.
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.