Сфазировать генератор или электродвигатель поможет фазометр или по-другому фазоуказатель. Однако, его непросто найти в магазинах или же просто нет смысла покупать его для одного раза использования. Для кабельных проводов обязательно нужно знать фазы ввода, иначе может произойти короткое замыкание. При правильности определения считать напряжение будет гораздо удобнее. Что такое фазирование, и как определить фазы, как пользоваться мультиметром и сделать такой прибор дома – обо всех нюансах ниже.
Для чего проводят чередование фаз
Фазирование или фазировка – это уточнение аналогичности фаз под током каждой из 3 линий. Сфазированные обмотки согласуются, что обеспечивает правильную работу разных электрических приборов.
В настоящее время сделать это можно самостоятельно.
Проверка чередования фаз обязательно проводится при применении трехфазных электродвигателей с использованием переменного тока.
Нюансы:
- Фазировка влияет на направление вращения двигателя, что является очень важным условием, особенно, если сразу несколько механизмов используют двигатели одного порядка.
- Другим случаем, когда обязательно нужно обратить внимание на чередование фаз, является работа с помощью электросчетчика индукционного типа. При обратном порядке, нередко случается самопроизвольное вращение диска, расположенного на счётчике. Эти счетчики в настоящее время менее требовательны к фазировке, однако на индикаторе также появляются соответствующие данные.
- В некоторых случаях контроль расположения фаз можно выполнить без использования специальных приборов. Например, если подключение трехфазной сети питания происходит при соединении силовых кабелей. Если жилы внутри этого кабеля различны по своему цвету, то прозвонка происходит в разы быстрее. В некоторых случаях нужно просто очистить наружную изоляцию кабеля, чтобы узнать, где находится какая фаза. Жилы одинакового цвета обозначают, что фазы одинаковые.
Однако, цветовая маркировка не всегда гарантия правильного расположения фаз, ведь далеко не все производители придерживаются таких норм. Иногда на разных концах кабеля можно встретить различные цвета, поэтому идеальным и самым надежным способом определить, где какая фаза, является использование прозвонки жил.
Универсальность определителя фаз
Для этого лучше всего подходит механизм вычисления последовательности фазировки, то есть определитель. Он предназначен для обнаружения фазировки, в которой напряжение отстает от значения в фазе. Взятая для начала отсчета точка этого отставания нужна, чтобы правильно подключить к сети, приборы, которые требуют соблюдения последовательности чередования фаз. Одним из примеров такого прибора может быть трехфазный четырехпроводный электросчетчик.
Конструкция такого устройства отличается простотой:
- Основа представляет электроизоляционный материал, например, текстолит.
- В нём размещены 2 настенных электропатрона, внутри которых находится обычные лампы накаливания, закрытые полупрозрачными кожухами.
- На их основании укрепляют конденсатор и клеммник подсоединения проводов.
Нередко такие определители делают самостоятельно в домашних условиях. При подключении такого определителя к 3-фазной сети, из-за вставленного конденсатора в каждой фазе, меняется напряжение, поэтому лампы накаливания светятся по-разному. По интенсивности свечения ламп можно судить о принадлежности оставшихся двух проводов к оставшимся фазам.
При подключении данного элемента для вычисления чередования фазировки при обесточенной трехфазной сети, в качестве средней выбирается линия В.
По отношению к этой фазе, 1 из не подсоединенных проводов, например, А, будет опережающим. То есть, напряжение в ней будет опережать значение в фазе В. А последняя фаза С будет отстающей, в ней напряжение будет отставать от В. Схема такого подключения выглядит следующим образом. При подаче на определитель напряжения, одна из светоисточников будет гореть ярче, а другой хуже. Линия, где диод горит ярче, является отстающей. Фаза, где лампа горит наполовину, является опережающей. Таким образом, можно определить, правильное ли чередование фаз.
В некоторых случаях, определять фазы в трехфазной цепи не нужно. Например, если к трехфазной сети подключен такой же двигатель, то он способен вращается в обе стороны. Чтобы изменить направление, нужно поменять местами любые 2 фазы. Также можно равномерно распределить нагрузку на все фазы, чтобы избежать перекоса.
Если условно обозначить разные линии в любой 3-фазной сети, как буквы А, В, С, то можно выделить такие варианты их чередования:
- Обратные (CBA, BAC, ACB).
- Прямые (ABC, BCA, CAB);
В случае подключения оборудования к 3-фазной линии с силовым проводом, порядок следования фаз можно проверить, не используя специальные приборы. В таком случае смотрят на разноцветную либо цифирную маркировку изоляции проводов.
Также нужно отметить, что на практике маркировка изоляцией может оказаться не самым точным критерием. Ведь, не все производители гарантируют совпадение цвета изоляции в начале и в конце кабеля.
Добиться самых правильных показаний может метод прозвонки кабеля. Например, использование 2 теле-трубок. 1 из них в таком случае является активной, то есть обладает батареей питания, другая же пассивная и не имеет тока. Также существует парные гарнитуры, которая снабжена наушниками, а также зажимами, или специально предназначенные для использования фазирования. Еще можно использовать мегомметр. При этом, нужно обязательно строго соблюдать меры безопасности.
Принципы проверки фазировки
Такая операция выполняется перед подключением в параллельную работу 2 и более линий, которые работают независимым способом. Еще от обновленного генератора, после капремонта, во время которого могла поменяться схема присоединения статора к сети. Проверить одноименность или расцветку фазных проводников обязательно нужно. Ведь в последствии их нужно будет соединить.
Такая операция:
- Направлена на предотвращение ошибки во время присоединения линий установки параллельно.
- Она позволяет правильно проверить все контакты.
- Проверяется правильность присоединения токоведущих кабелей, включаемых к аппарату.
Проверяется совпадение по линии одинаковых токов, а именно отсутствие углового сдвига. Только при получении положительных результатов во время фазировки, генераторы либо трансформаторы работают параллельно и подключаются на одновременную работу.
Особенности прямой последовательности фаз
Это также называется способом асимметричных компонентов. Подробнее, элемент определения асимметричных электронных компонентов. Он основан на разложение несимметричной системы на 3 симметричные: прямая, обратная, нулевая.
Где применяется прямая последовательность фаз:
- Метод используется для определения асимметричных порядков действия электроэнергетических компонентов.
- Данный способ применяют некоторые элементы РЗиА. Например, на этом построен принцип действия трансформатора напряжения при последовательности в ноль. Основан принцип на суммировании значений напряжения во всех фазах.
- Для 3-фазных транспортных ЛЭП, в итоге получается матрица точных собственных направлений.
Этот способ определения удачно применяется, чтобы рассчитать несимметричные режимы 3-фазной линии, либо возникновения замыкания цепи. Фазоуказатель помогает определить прямую последовательность фаз, что нужно для работы некоторых устройств. При необходимости, можно легко изменить последовательность фаз.
Электрооборудование трёхфазного тока (трансформаторы, генераторы, кабельные линии электропередач) подлежит обязательной фазировке, перед тем как оно впервые будет включено в сеть или же по окончании очередного ремонта, в результате которого могло произойти нарушение порядка чередования, следования фаз.
Фазировка заключается в проверке совпадения по фазе напряжений каждой из 3-х фаз включаемой электроустановки с соответствующими напряжениями сети. Подобного рода проверка, безусловно, необходима, ведь в процессе сборки, монтирования и ремонта электрооборудования фазы могли быть переставлены местами.
У электромашин, например, не исключается и ошибочное обозначение силовых выводов статорных обмоток; у кабелей в соединительных муфтах могут быть между собой соединены жилы разноимённых фаз.
Во всех этих случаях единственным выходом считается выполнение фазировки. Как правило, эта технологическая операция состоит из 3-х основных перечисленных ниже этапов.
Проверка и сравнение порядка чередования фаз у электрической установки и сети
. Данная операция выполняется перед непосредственным включением на параллельную работу нескольких сетей, работающих независимо, нового генератора и генератора, прошедшего капитальный ремонт, при котором могла измениться схема присоединения обмоток статора к сети.
Лишь при получении положительных результатов, полученных при фазировке, генераторы или, скажем трансформаторы синхронизируются и включаются на параллельную работу.
Проверка одноимённости или расцветки фазных проводников , которые впоследствии надо будет соединить. Эта операция ставит перед собой цель проверить правильность соединения всех элементов установки между собой. Проще говоря, выверяется правильность подвода токоведущих жил к включающему аппарату.
Проверка совпадения по фазе одноимённых напряжений , то есть отсутствия между ними угла сдвига фаз. В электрических сетях во время фазировки линий электропередач и силовых трансформаторов, которые принадлежат одной электрической системе, достаточно выполнить 2 последние операции, поскольку у всех генераторов, работающих синхронно с сетью, порядок следования фаз одинаков.
Приборы для фазировки . Сегодня существует множество методик, которые зависят от прямого назначения электрооборудования, схем соединения обмоток и от используемых приспособлений и приборов. К основным приборам и приспособлениям можно отнести:
Вольтметры переменного тока
, используемые при фазировки электроустановок до 1 кВ и подключаемые непосредственно к выводам электрооборудования.
Фазоуказатели , принцип действие которых похож на принцип действия АД (асинхронного двигателя), когда при подключении катушки приборов к 3-х фазной сети токов происходит образование вращающегося магнитного поля, которое заставляет вращаться рабочий диск. При этом по направлению вращения диска можно судить о правильности порядка следования фаз токов, проходящих по катушкам.
Универсальные приборы (портативные вольтамперфазоиндикаторы, универсальные фазоуказатели) .
Мегаомметры , представляющие собой переносные приборы, необходимые для измерения сопротивлений изоляции в широких диапазонах, что очень хорошо себя зарекомендовало при производстве фазировки.
Указатели напряжения для фазировки. Данные устройства хорошо подходят для фазировки электроустановок выше 1 кВ. При выполнении операции на отключённый аппарат (разъединитель, выключатель) на каждую сторону подаются фазируемые напряжения.
При этом, щупы прибора подносятся к токоведущим частям фазируемого аппарата, и дальше осуществляется наблюдение за свечением сигнальной лампы на устройстве.
Стоит учесть, что горение лампы говорит о несовпадении фаз, а отсутствие свечения лампочки – о согласованном включении и возможности включения коммутационного аппарата.
Методы фазировки . Эта операция может быть предварительной; выполняемой при монтаже и ремонте электрооборудования, и фазировкой непосредственно перед вводом в работу, осуществляемой перед первым включением оборудования, когда фазы могли быть переставлены местами.
Трехфазная цепь является частным случаем многофазных электрических систем, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе относительно друг друга на определенный угол. Отметим, что обычно эти ЭДС, в первую очередь в силовой энергетике, синусоидальны. Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной. Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой, т.е. фаза – это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке.
Таким образом, понятие «фаза» имеет в электротехнике два различных значения:
- фаза как аргумент синусоидально изменяющейся величины;
- фаза как составная часть многофазной электрической системы.
Разработка многофазных систем была обусловлена исторически. Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений.
Важнейшей предпосылкой разработки многофазных электрических систем явилось открытие явления вращающегося магнитного поля (Г.Феррарис и Н.Тесла, 1888 г.). Первые электрические двигатели были двухфазными, но они имели невысокие рабочие характеристики. Наиболее рациональной и перспективной оказалась трехфазная система, основные преимущества которой будут рассмотрены далее. Большой вклад в разработку трехфазных систем внес выдающийся русский ученый-электротехник М.О.Доливо-Добровольский, создавший трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, предложивший трех- и четырехпроводные цепи, в связи с чем по праву считающийся основоположником трехфазных систем.
Источником трехфазного напряжения является трехфазный генератор, на статоре которого (см. рис. 1) размещена трехфазная обмотка. Фазы этой обмотки располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве друг относительно друга на эл. рад. На рис. 1 каждая фаза статора условно показана в виде одного витка. Начала обмоток принято обозначать заглавными буквами А,В,С, а концы- соответственно прописными x,y,z. ЭДС в неподвижных обмотках статора индуцируются в результате пересечения их витков магнитным полем, создаваемым током обмотки возбуждения вращающегося ротора (на рис. 1 ротор условно изображен в виде постоянного магнита, что используется на практике при относительно небольших мощностях). При вращении ротора с равномерной скоростью в обмотках фаз статора индуцируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но отличающиеся вследствие пространственного сдвига друг от друга по фазе на рад. (см. рис. 2).
Трехфазные системы в настоящее время получили наибольшее распространение. На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются:
Экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния;
Самым надежным и экономичным, удовлетворяющим требованиям промышленного электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
Возможность получения с помощью неподвижных обмоток вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств;
Уравновешенность симметричных трехфазных систем.
Для рассмотрения важнейшего свойства уравновешенности трехфазной системы, которое будет доказано далее, введем понятие симметрии многофазной системы.
Система ЭДС (напряжений, токов и т.д.) называется симметричной, если она состоит из m одинаковых по модулю векторов ЭДС (напряжений, токов и т.д.), сдвинутых по фазе друг относительно друга на одинаковый угол . В частности векторная диаграмма для симметричной системы ЭДС, соответствующей трехфазной системе синусоид на рис. 2, представлена на рис. 3.
 |
|
| Рис.3 | Рис.4 |
Из несимметричных систем наибольший практический интерес представляет двухфазная система с 90-градусным сдвигом фаз (см. рис. 4).
Все симметричные трех- и m-фазные (m>3) системы, а также двухфазная система являются уравновешенными. Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует (см. рис. 5,а), изменяя за время одного периода не только величину, но в общем случае и знак, суммарная мгновенная мощность всех фаз остается величиной постоянной в течение всего периода синусоидальной ЭДС (см. рис. 5,б).
Уравновешенность имеет важнейшее практическое значение. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Такая переменная механическая нагрузка вредно отражалась бы на энергогенерирующей установке, сокращая срок ее службы. Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям.
Если симметрия нарушается (двухфазная система Тесла в силу своей специфики в расчет не принимается), то нарушается и уравновешенность. Поэтому в энергетике строго следят за тем, чтобы нагрузка генератора оставалась симметричной.
Схемы соединения трехфазных систем
Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, т.е. будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично. В этой связи подобные системы не получили широкого применения на практике.
Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Различают два вида соединений: в звезду и в треугольник. В свою очередь при соединении в звезду система может быть трех- и четырехпроводной.
Соединение в звезду
На рис. 6 приведена трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду. Здесь провода АА’, ВВ’ и СС’ – линейные провода.
Линейным называется провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной (на рис. 6 N и N’ – соответственно нейтральные точки генератора и нагрузки).
Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом – четырехпроводной.
Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных,
к
линии - линейных.
Как видно из схемы на рис. 6, при соединении в звезду
линейные токи и равны соответствующим фазным токам.
При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе 
. Если система фазных токов симметрична,
то . Следовательно, если бы симметрия
токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Как будет показано
далее, нейтральный провод обеспечивает поддержание симметрии напряжений на нагрузке
при несимметрии самой нагрузки.
Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные
напряжения генератора (см. рис. 6) действуют от точек А,В и С к нейтральной
точке N; 
- фазные напряжения нагрузки.
Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать
 ;
|
(1) |
 ;
|
(2) |
Обычно при расчетах принимается 
. Тогда для случая прямого чередования
фаз
, (при обратном чередовании фаз
фазовые сдвиги у и меняются местами). С учетом этого
на основании соотношений (1) …(3) могут быть определены комплексы линейных напряжений.
Однако при симметрии напряжений эти величины легко определяются непосредственно
из векторной диаграммы на рис. 7. Направляя вещественную ось системы координат
по вектору (его начальная фаза равна нулю),
отсчитываем фазовые сдвиги линейных напряжений по отношению к этой оси, а их
модули определяем в соответствии с (4). Так для линейных напряжений и получаем: 
; 
.
Соединение в треугольник
В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывает несимметричной, очень важно на практике, например, в схемах с осветительными приборами, обеспечивать независимость режимов работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной, подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника в треугольник. Но в треугольник также можно соединить и фазы генератора (см. рис. 8).
Для симметричной системы ЭДС имеем
.
Таким образом, при отсутствии нагрузки в фазах генератора в схеме на рис. 8 токи будут равны нулю. Однако, если поменять местами начало и конец любой из фаз, то и в треугольнике будет протекать ток короткого замыкания. Следовательно, для треугольника нужно строго соблюдать порядок соединения фаз: начало одной фазы соединяется с концом другой.
Схема соединения фаз генератора и приемника в треугольник представлена на рис. 9.
Очевидно, что при соединении в треугольник линейные напряжения равны соответствующим фазным. По первому закону Кирхгофа связь между линейными и фазными токами приемника определяется соотношениями
Аналогично можно выразить линейные токи через фазные токи генератора.
На рис. 10 представлена векторная диаграмма симметричной системы линейных и фазных токов. Ее анализ показывает, что при симметрии токов
| . | (5) |
В заключение отметим, что помимо рассмотренных соединений «звезда - звезда» и «треугольник - треугольник» на практике также применяются схемы «звезда - треугольник» и «треугольник - звезда».
Литература
- Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
Контрольные вопросы и задачи
Небольшое вступление
Попалась на глаза история о монтаже электрооборудования, а именно двух масляных трансформаторов. Работы были завершены успешно. В итоге имелась следующая схема электроснабжения. Собственно сами трансформаторы, вводные выключатели, секционные разъединители, две секции шин. Успешно, как считали монтажники, прошли пусконаладочные работы. Стали включать оба трансформатора на параллельную работу и получили . Естественно, монтажники утверждали, что произвели проверку чередования фаз с обоих источников и все совпадало. Но, о фазировке не было сказано ни слова. А зря! Теперь давайте разберемся подробно, что же пошло не так.
Что собой представляет чередование фаз?
Как известно, в трехфазной сети присутствует три разноименные фазы. Условно они обозначаются как А, В и С. Вспоминая теорию, можно говорить что синусоиды фаз смещены относительно друг друга на 120 градусов. Так вот всего может быть шесть разных порядков чередования, и все они делятся на два вида – прямое и обратное. Прямым чередованием считается следующий порядок – АВС, ВСА и САВ. Обратный порядок будет соответственно СВА, ВАС и АСВ.
Чтобы проверить порядок чередования фаз можно воспользоваться таким прибором, как фазоуказатель. О том, мы уже рассказывали. Конкретно рассмотрим последовательность проверки прибором ФУ 2.
Как выполнить проверку?
Сам прибор (предоставлен на фото ниже) представляет собой три обмотки и диск, который вращается при проверке. На нем нанесены черные метки, которые чередуются с белыми. Это сделано для удобства считывания результата. Работает прибор по принципу асинхронного двигателя.
Итак, подключаем на выводы прибора три провода от источника трехфазного напряжения. Нажимаем кнопку на приборе, которая расположена на боковой стенке. Увидим, что диск начал вращаться. Если он крутится по направлению нарисованной на приборе стрелки, значит, чередование фаз прямое и соответствует одному из вариантов порядка АВС, ВСА или САВ. Когда диск будет вращаться в противоположную стрелке сторону, можно говорить об обратном чередовании. В таком случае возможен один из таких трех вариантов – СВА, ВАС или АСВ.
Если возвращаться к истории с монтажниками, то все что они сделали – это лишь определение чередования фаз. Да, в обоих случаях порядок совпал. Однако нужно было еще проверить фазировку. А ее невозможно выполнить с помощью фазоуказателя. При включении были соединены разноименные фазы. Чтобы узнать где условно А, В и С, нужно было применить мультиметр или .
Мультиметром измеряется напряжение между фазами разных источников питания и если оно равно нулю, то фазы одноименные. Если же напряжение будет соответствовать линейному напряжению, то они разноименные. Это самый простой и действенный способ. Более подробно о том, вы можете узнать в нашей статье. Можно, конечно, воспользоваться осциллографом и смотреть по осциллограмме какая фаза от какой отстает на 120 градусов, но это нецелесообразно. Во-первых, так на порядок усложняется методика, и во-вторых такой прибор стоит немалых денег.
На видео ниже наглядно показывается, как проверить чередование фаз:
Когда нужно учитывать порядок?
Проверить чередование фаз нужно при эксплуатации трехфазных электродвигателей переменного тока. От порядка фаз будет меняться направление вращения двигателя, что иногда бывает очень важно, особенно если на участке находится много механизмов, использующих двигатели.
Также важно учитывать порядок следования фаз при подключении электросчетчика индукционного типа СА4. Если порядок будет обратный возможно такое явление как самопроизвольное движение диска на счетчике. Новые электронные счетчики, конечно, нечувствительны к чередованию фаз, но на их индикаторе появится соответствующее изображение.
Если имеется электрический силовой кабель, с помощью которого необходимо выполнить подключение трехфазной сети питания, и нужен контроль фазировки, выполнить его можно и без специальных приборов. Зачастую жилы внутри кабеля отличаются по цвету изоляции, что сильно упрощает процесс «прозвонки». Так, чтобы узнать где условно находится фаза А, В или С понадобится лишь . На двух концах мы увидим жилы одинакового цвета. Их мы и примем за одинаковые. Подробнее о вы можете узнать из нашей статьи.
