Фазометри - призначення, види, пристрій і принцип роботи

Фазометром називається електровимірювальні прилади, функція якого - вимір кута зсуву фаз між двома електричними коливаннями постійної частоти. Наприклад, за допомогою фазометра можна виміряти кут зсуву фаз в мережі трифазного напруги. Найчастіше фазометри застосовуються з метою визначення коефіцієнта потужності, косинуса фі, який-небудь електроустановки. Так, фазометри знаходять широке застосування в процесі розробки, налагодження і при експлуатації різних електротехнічних і електронних пристроїв і апаратів.

При включенні фазометра в вимірювану ланцюг, прилад приєднують до кола напруги і до Струмовимірювальні ланцюга. Для трифазної мережі електропостачання проводиться підключення фазометра по напруги до трьох фаз, а по струму - до вторинних обмоток трансформаторів струму також в трьох фазах.

Залежно від пристрою фазометра, можлива і спрощена схема його підключення, коли по напрузі він підключається також до трьох фаз, а по струму - тільки на двох фазах. Тоді третя фаза обчислюється шляхом додавання векторів тільки двох струмів (двох вимірюваних фаз). Призначення фазометра - вимір косинуса фі (коефіцієнта потужності), тому в просторіччі їх ще називають «косінусфіметрамі».

Сьогодні можна зустріти фазометри двох типів: електродинамічний і цифровий. Електродинамічні або електромагнітні фазометри мають в своїй основі найпростішу ланцюг з логометріческім механізмом вимірювання зсуву фаз. Дві жорстко скріплені між собою рамки, кут між якими 60 градусів, закріплені на осях в опорах, і протидіє механічний момент відсутня.

У певних умовах, які задаються шляхом зміни зсуву фаз струмів в ланцюгах цих двох рамок, а також кутом кріплення цих рамок між собою, рухома частина вимірювального приладу повертається на кут, рівний куту зсуву фаз. Лінійна шкала приладу дозволяє зафіксувати результат вимірювання.

Розглянемо принцип дії електродинамічного фазометра. Є нерухома котушка зі струмом I і дві рухливі котушки. По кожній з рухомих котушок протікають струми I1 і I2. Протікають струми створюють магнітні потоки як в нерухомій котушці, так і в рухомих котушках. Відповідно, взаємодіючі магнітні потоки котушок породжують два обертаючих моменту M1 і М2.

Величини цих моментів залежать від взаємного розташування двох котушок, від кута повороту рухомої частини вимірювального приладу, і спрямовані ці моменти в протилежні сторони. Середні значення моментів залежать від струмів, що протікають в рухомих котушках (I1 і I2), від струму, що протікає в нерухомій котушці (I), від кутів зсуву фаз струмів рухомих котушок щодо струму в нерухомій котушці (# 968; 1 і # 968; 2), і від конструктивних параметрів котушок.

У підсумку рухома частина приладу повертається під дією цих моментів до тих пір, поки не настане рівновага, викликане рівністю моментів в результаті повороту. Шкала фазометра може бути отградуирована в значеннях коефіцієнта потужності.

Недоліки електродинамічних фазометрів - залежність показань від частоти і значна споживана потужність від досліджуваного джерела.

Цифрові фазометри можуть бути реалізовані по-різному. Наприклад, компенсаційний фазометр має високий ступінь точності, хоч і реалізується в ручному режимі. Розглянемо, однак принцип його роботи. Є два синусоїдальних напруги U1 і U2, фазовий зсув між якими необхідно дізнатися.

Напруга U2 подається на фазообертач (ФВ), який управляється кодом з пристрою управління (УУ). Зрушення фаз між U3 і U2 поступово змінюється до досягнення стану, коли U1 і U3 стануть синфазними. При підстроювання знак зсуву фази між U1 і U3 оперделяет фазочувствительного детектор (ФЧД).

Вихідний сигнал фазочувствительного детектора подається на пристрій управління (УУ). За допомогою кодоімпульсной методу реалізується алгоритм врівноваження. По завершенні процесу врівноваження, код на фход фазовращателя (ФВ) і буде висловлювати зрушення фаз між U1 і U2.

У переважній же більшості сучасні цифрові фазометри використовують принцип дискретного рахунку. Даний метод працює в два етапи: перетворення зсуву фаз в сигнал певної тривалості, і потім вимір тривалості цього імпульсу за допомогою дискретного рахунку. Пристрій містить перетворювач зсуву фаз в імпульс, часовий селектор (ВС), формувач дискретних імпульсів (f / fn), лічильник (СЧ) і ЦОУ.

Перетворювач зсуву фаз в імпульс з U1 і U2 зі зрушенням фази # 916; # 966; формує прямокутні імпульси U3 у вигляді послідовності. Дані імпульси U3 мають частоту повторень і шпаруватість, відповідні частоті і зрушенню в часі вхідних сигналів U1 і U2. Імпульси U4 і U3 формують дискретні рахункові імпульси з періодом T0, які подаються на часовий селектор. Часовий селектор в свою чергу відкривається на час імпульсу U3, і пропускає імпульси U4. В результаті, на виході тимчасового селектора виходять пачки імпульсів U5, період проходження яких дорівнює Т.

Лічильник (СЧ) вважає кількість імпульсів в пачці послідовності U5, в результаті кількість надійшли імпульсів на лічильник (СЧ) виявляється пропорційно фазового зсуву між U1 і U2. Код з лічильника подається на ЦОУ, і показання приладу відображаються в градусах з точністю до десятих, що досягається ступенем дискретності пристрою. Похибка дискретності пов'язана з можливістю вимірювання # 916; t з точністю до одного періоду рахункових імпульсів.

Цифрові електронні фазометри середнього значення косинуса фі дозволяють зменшити похибку за рахунок обчислення середнього значення за кілька періодів Т досліджуваного сигналу. Структура цифрового фазометра середнього значення відрізняється від схеми дискретного рахунку присутністю тут ще одного тимчасового селектора (ВС2), а також генератора імпульсів (ГІ) і формувача дискретних імпульсів (ФМ).

Тут перетворювач зсуву фаз в пачки імпульсів U5 включає в себе генератор імпульсів (ГІ) і тимчасової селектор (ВР1). За калібрований проміжок часу Тк, багато більший Т, кілька пакетів подаються на пристрій, на виході якого формується кілька пакетів, це потрібно для усереднення результатів.

Імпульси U6 мають тривалість, кратну Т0, оскільки формувач імпульсів (ФМ) працює за принципом поділу частоти з заданим коефіцієнтом. Імпульси сигналу U6 відкривають тимчасової селектор (ВС2). У підсумку на його вхід приходить кілька пачок. Сигнал U7 подається на лічильник (СЧ), який пов'язаний з ЦОУ. Роздільна здатність приладу визначається ступенем кратності U6.

На похибки фазометра позначається і погана точність фіксації перетворювачем фазового зсуву в проміжок часу моментів переходу сигналів U2 і U1 через нулі. Але ці неточності знижуються при усередненні результату обчислень за період Тк, значно більший періоду досліджуваних вхідних сигналів.