Методы измерения угла сдвига фаз и коэффициента мощности.
Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз.
Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях
определяется расчетным путем из найденного значения cosj осуществляют с помощью трех приборов — вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.1). Угол
Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен.
В трехфазной симметричной цепи величина cosj может быть определена следующими измерениями:
- мощность, ток и напряжение одной фазы;
- измерение активной мощности методом двух ваттметров;
- измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.
Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины — напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.2, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними
где АБ — отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по оси X; АС — отрезок, соответствующий периоду.
Погрешность измерения jх зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.
Рис. 1.
jЕсли вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига x=arcsin(АБ/ВГ).
jЭтот метод позволяет измерять х в пределах 0 90о без определения знака фазового угла.
jПогрешность измерения х также определяется погрешностью отсчета
Рис..2. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной (а) и синусоидальной (б) развертке
и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа.
Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя.
Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6... 8 кГц. Классы точности — 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5...10 Вт).
осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами.j или cosjВ трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз
Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности — 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые подсчитываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите методы измерения угла сдвига фаз
2. Приведите схему измерения косвенным методом
3. Физический смысл коэффициента мощности
4. Способы повышения коэффициента мощности.
Влияет ли напряжение сети на показания фазометра?
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ
Выполняется лабораторная работа 11 «Методических указаний по выполнению лабораторных работ по электрическим измерениям»
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
1. Ответы на вопросы по п.1
2.Заполнение таблиц измерений и выполнение расчетов
3. Выводы
4. Защита
Студенты отвечают на вопросы преподавателя и сдают готовый отчет о работе.