Masurarea directa a factorului de putere. Fazmetrul.

Masurarea directa a factorului de putere. Fazmetrul.

In conditii de exploatare, defazajul si factorul de putere se masoara direct cu ajutorul aparatelor indicatoare sau inregistratoare denumite fazmetre (cosfimetre). Aparatele utilizate sunt de tip electrodinamic, ferodinamic sau feromagnetic cu diapozitivul de masurat de tip logometric. De asemenea se utilizeaza fazmetre magnetoelectrice cu redresoare sau fazmetre electronice.

In continuare va fi prezentat fazmetrul electrodinamic.

Fazmetrul electrodinamic monofazat este realizat cu ajutorul unui logometru electrodinamic cu bobina fixa compusa din doua jumatati identice, montate in serie in circuit si doua bobine mobile 1 si 2 fixate rigid pe axul sistemului mobil sub un unghi de 90° si montate in derivatie in circuit (fig.3.132 a).

In serie cu bobina 1 este conectata o rezistenta neinductiva de valoare mare in comparatie cu reactanta circuitului respectiv, astfel incat curentul 1₁ din aceasta bobina sa poata fi considerat in faza cu tensiunea aplicata U. In serie cu bobina 2 este conectata o bobina de inductanta, avand reactanta inductiva mare in comparatie cu rezistenta circuitului, astfel incat curentul I₂ din aceasta bobina sa poata fi considerat defazat cu 90° in urma tensiunii aplicate (fig.3.132 b).

Dispozitivul de masurat fiind electrodinamic, rezulta pentru cuplurile active medii relatiile:

(3.6.3)

unde K₁ si K₂ depind de numerele de spire si suprafetele bobinelor mobile, iar I este curentul din circuitul serie.

Fig.3.132 Fazmetrul monofazat

a) schita constructiva; b) diagrama fazoriala

Cum , iar , la echilibrul sistemului mobil se poate scrie:

(3.6.4)

sau

de unde rezulta:

(3.6.5)

Daca impedantele circuitelor de tensiune sunt egale, I₂=I₁ si K₁=K₂, iar relatia (3.6.5) devine:

(3.6.6)

Aceasa relatie arata ca deviatia echipajului mobil al fazmetrului este egala cu defazajul dintre curentul si tensiunea din circuitul de masurare si nu depinde de valorile acestora. Daca defazajul devine negativ (sarcina preponderent capacitiva) deviatia schimba de sens. Ca urmare scala fazmetrelor electrodinamice va fi bilaterala, cu zero la mijloc si extensie de 180°.

In practica, intereseaza mai mult decat defazajul si ca urmare scala aparatului (cosfimetru) se gradeaza in unitati de si devine astfel neuniforma.

Indicatiile fazmetrului electrodimanic sunt influentate de variatiile de frecventa (care produc modificarea curentului I₂).

Fazmetrul electrodinamic trifazat se utilizeaza pentru masurarea defazajului si respectiv a factorului de putere in retele si circuite trifazate simetrice si echilibrate.

Deosebirile fata de fazmetrul monofazat constau in faptul ca unghiul dintre planele bobinelor mobile este de 120° (fata de un unghi la cel monofazat), iar in serie cu aceste bobine sunt montate rezistente neinductive, de valori egale (fig.3.133). Bobina de curent se monteaza in serie pe unul din conductoarele circuitului trifazat; circuitele de tensiune sunt alimentate cu tensiuni intre conductorul respectiv si celelalte doua faze ale circuitului trifazat. Astfel se obtin deviatii ale sistemului mobil egale cu defazajul circuitului trifazat .

Fiind realizat cu logometru, cuplul rezistent al echipajului mobil lipseste si acul fazmetrului nu revine la zero dupa masuratori, ramanand intr-o pozitie oarecare a scalei.

Fig.3.133 Fazmetrul trifazat

Cateva date tehnice pentru un fazmetru sunt:

tensiunea nominala: 100-300v;

curentul nominal: 5A;

domeniul de masurare de la 0 la 1 inductiv sau capacitiv; de la 0,5 capacitiv la 1 si 0,5 inductiv; de la 0,8 capacitiv la 1 si 0,2 inductiv;

clasa de precizie: 1,5 - 2,5;

domeniul de frecventa: 49 - 51Hz;

consum propriu: 3 - 6VA;.

In circuitele cu tensiuni sau curenti mai mari, fazmetrele se monteaza prin intermediul transformatoarelor de masura.

In ultimul timp, odata cu dezvoltarea intensa a electrotehnicii, a luat o amploare deosebita si aparatura electronica de masura. Fazmetrul electronic analogic, care face parte din aceasta categorie de aparate functioneaza pe principiul convertirii defazajului dintre doua semnale electrice in impulsuri, a caror valoare medie pe o perioada se masoara cu un dispozitiv magnetoeletric.

Fig.3.134 Schema de principiu a unui fazmetru electronic analogic

In figura 3.134 este prezentata schema bloc a unui fazmetru electronic analogic. Tensiunile alternative sinusoidale u₁ si u₂ intre care urmeaza a se determina defazajul se aplica unor detectoare de valori maxime construite cu diode. La iesirea detectoarelor, se obtin tensiunile dreptunghiulare si (cu aceeasi amplitudine u₀) care se aplica unui amplificator diferential. La iesirea acestuia se obtine o tensiune U_A de forma unor impulsuri pozitive si negative. Dupa o noua redresare a semnalului, cu un dispozitiv magnetoelectric se masoara valoarea medie a curentului i:

(3.6.7)

unde I₀ este cunoscut. Defazajul dintre u₁ si u₂ rezulta:

(3.6.8)

Fazmetrele electronice functioneaza in gama 20-50Hz si masoara defazaje intr-o gama larga, de la 0-1 la 0-180 , cu erori de la 0,02% pana la 2%.