однофазний фазометр

§ 2.10. однофазні фазометри

Прилад, призначений для безпосереднього вимірювання кута зсуву фаз між струмом і напругою або коефіцієнта потужності називають фазометром. В даний час найбільшого поширення набули фазометри електродинамічної системи.

Фазометр складається з нерухомої котушки К. (її часто роблять у вигляді двох секцій), з'єднаної послідовно з навантаженням (коефіцієнт потужності якої необхідно виміряти), і двох рухливих котушок поміщених усередині нерухомої (рис. 2-17, а). Рухливі котушки жорстко скріплені між собою під деяким кутом, наприклад 90 °, і укріплені на загальній осі, утворюючи рухливу систему приладу разом зі стрілкою. Обидві рухливі котушки підключаються паралельно навантаженні, але одна через активний опір R, а інша через велику індуктивне опір протидії пружин фазометр не має, тому у відключеного приладу його рухома система разом зі стрілкою займає будь-яке положення.

Щоб вивести залежність кута повороту рухливої ​​системи фазометра від значення кута зсуву фаз між струмом і напругою, побудуємо його векторну діаграму (рис. 2-17, б). Для цього довільно розташуємо вектор напруги U. Нехай струм в ланцюзі відстає від напруги на кут зсуву фаз магнітний потік Ф, створюваний цим струмом навантаження, збігається з останнім по фазі.

Струм в котушці збігається по фазі з напругою U (ланцюг з активним опором), а струм в котушці відстає по фазі від напруги на кут 90 °.

При включенні фазометра в ланцюг на рухливі котушки почнуть діяти сили і прагнуть повернути відповідні їм котушки в протилежні сторони (ці котушки з'єднані всередині приладу так спеціально). Значення цих сил можна визначити, користуючись векторною діаграмою:

З малюнка 2-18 видно, що обертаючі моменти, що діють на рухомі котушки, рівні відповідно

Підставивши вирази для сил зі співвідношення (2.15), отримаємо:

Під дією обертаючих моментів протилежної

напрямки рухлива система почне повертатися в сторону більшого крутного моменту, поки не настане рівновага

Якщо підібрати, то

т. е. кут повороту рухливої ​​системи фазометра визначається кутом зсуву фаз в ланцюзі навантаження між струмом і напругою.

Отриманий висновок має наступне фізичне пояснення. Звернемося до схеми фазометра (див. Рис. 2-17, а). Якщо відключити ланцюг котушки то фазометр перетвориться в ватметр активної потужності (без протидіє моменту), так як послідовно з рухомою котушкою включено велику активний опір R. Якщо ж відключити ланцюг котушки то фазометр перетвориться в ватметр реактивної потужності, так як послідовно з котушкою включено велику індуктивне опір причому їх обертаючі моменти протилежні за напрямком. Таким чином, фазометр являє собою прилад, в якому об'єднані два ваттметра (активної і реактивної потужності), що мають загальну рухому систему.

При включенні фазометра в ланцюг активного навантаження крутний момент, діючий на котушку буде дорівнює нулю (реактив-ва потужність дорівнює нулю), а крутний момент, діючий на котушку буде максимальним; котушка повернеться так, що її площину співпаде з площиною нерухомої котушки (протидіє моменту немає) і стрілка встановиться проти крайнього поділу шкали, яка відповідає

При включенні фазометра в ланцюг з індуктивністю крутний момент, діючий на котушку дорівнює нулю (активна потужність дорівнює нулю), а крутний момент, діючий на котушку буде максимальним (в ній струм і напруга співпадуть по фазі), котушка повернеться так, що її площину співпаде з площиною нерухомої котушки. Але так як в цій котушці витки навиті в протилежну сторону в порівнянні з котушкою то стрілка приладу повернеться в протилежну сторону до іншого крайнього поділу шкали, яка відповідає. І нарешті, якщо навантаження споживає рівні активну і реактивну потужності, то рухома система займе середнє (симетричне) положення відносно нерухомої, а стрілка

приладу займе положення осі нерухомої котушки проти поділу шкали, яка відповідає і т. д.

Зі співвідношення (2.17) випливає, що якщо проградуювати шкалу фазометра в значеннях кута то шкала такого приладу буде рівномірною. Однак на практиці частіше цікавляться не кутом а коефіцієнтом потужності Градуировка шкали в значеннях робить її сильно нерівномірною. Для отримання більш рівномірної шкали потрібно котушки розташувати під кутом 60 ° (а не 90 °) або опору R і підібрати так, щоб струми були рівними. Наприклад, якщо опору R і вибрати так, щоб то т. Е. Шкала стане більш рівномірною.

Зі співвідношення слід також, що при зміні знака (при зміні характеру навантаження) напрямок відхилення стрілки приладу зміниться на протилежне. Значить, якщо нульове ділення шкали розташувати в її середині, то у напрямку відхилення стрілки можна судити і про характер навантаження. На половинах шкал таких фазометрів зазвичай ставлять знаки «ЕМК» і «ІНД», відповідні ємкісному або індуктивному характеру навантажень. Разом з тим на практиці зустрічаються прилади, у яких для збільшення довжини шкали нульову поділку ставлять на початку. Такий прилад забезпечується спеціальним перемикачем для виміру ємнісний або індуктивного навантаження. Шкали таких приладів зазвичай градуируют одночасно в значеннях кута і в значеннях