Fázismérők - cél, típusok, eszköz és működési elv

Az elektromos mérőeszközt fázismérőnek nevezzük, melynek feladata két állandó frekvenciájú elektromos rezgés közötti fázisszög mérése. Például egy fázismérő segítségével megmérheti a fázisszöget egy háromfázisú feszültséghálózatban. A fázismérőket gyakran használják bármely elektromos berendezés teljesítménytényezőjének (koszinusz phi) meghatározására. Így a fázismérőket széles körben használják különféle elektromos és elektronikus eszközök és készülékek fejlesztésében, üzembe helyezésében és üzemeltetésében.

Amikor a fázor a mért áramkörhöz van csatlakoztatva, a készülék a feszültségkörhöz és az árammérő áramkörhöz csatlakozik. Háromfázisú táphálózatnál a fázor három fázisra feszültséggel, az áramváltók szekunder tekercseire pedig szintén három fázisban árammal van kötve.

A fázismérő eszközétől függően egyszerűsített csatlakozási séma is lehetséges, amikor feszültséggel három fázishoz, árammal pedig csak két fázishoz csatlakozik.A harmadik fázis kiszámítása csak két áram (két mért fázis) vektorának összeadásával történik. A fázismérő célja - koszinusz phi mérés (teljesítménytényező), ezért a köznyelvben «kosinuszmérőknek» is nevezik őket.

Ma kétféle fázismérőt találhat: elektrodinamikus és digitális. Az elektrodinamikus vagy elektromágneses fázismérők egy egyszerű sémán alapulnak, arányos mechanizmussal a fáziseltolás mérésére. Két mereven egymáshoz rögzített keret, amelyek szöge 60 fok, a tengelyekre van rögzítve a tartókban, és nincs ellentétes mechanikai nyomaték.

Bizonyos feltételek mellett, amelyeket e két keret áramkörében az áramok fáziseltolódásának, valamint a keretek egymáshoz való rögzítésének szögének megváltoztatásával állítanak be, a mérőeszköz mozgatható része egyenlő szöggel elfordul. a fázisszögre. A készülék lineáris skálája lehetővé teszi a mérési eredmény rögzítését.

Nézzük meg az elektrodinamikus fázismérő működési elvét. Egy fix I áramú tekercs és két mozgó tekercs van rajta. Az I1 és I2 áramok mindegyik mozgó tekercsen keresztül haladnak. Az áramló áramok mágneses fluxust hoznak létre mind az álló tekercsben, mind a mozgó tekercsekben. Ennek megfelelően a tekercsek egymásra ható mágneses fluxusai két M1 és M2 nyomatékot generálnak.

Ezeknek a nyomatékoknak az értéke a két tekercs egymáshoz viszonyított helyzetétől, a mérőeszköz mozgó részének elfordulási szögétől függ, és ezek a nyomatékok ellentétes irányúak.A nyomatékok átlagos értéke a mozgó tekercsekben folyó áramoktól (I1 és I2), az álló tekercsben folyó áramtól (I), a mozgó tekercsek áramainak fáziseltolódási szögeitől függ. áramerősség az álló tekercsben (ψ1 és ψ2 ) és a tervezési paraméterek tekercselésein.

Ennek eredményeként a készülék mozgatható része ezen nyomatékok hatására addig forog, amíg a forgásból eredő nyomatékok egyenlősége okozza az egyensúlyi állapotot. A fázismérő skála teljesítménytényező szerint kalibrálható.

Az elektrodinamikus fázismérők hátrányai a leolvasások frekvenciától való függése és a vizsgált forrásból származó jelentős energiafogyasztás.

A digitális fázismérőket többféleképpen lehet megvalósítani. Például egy kompenzációs fázismérő nagy fokú pontossággal rendelkezik, még akkor is, ha kézi üzemmódban fut, de gondolja át, hogyan működik. Két szinuszos U1 és U2 feszültség létezik, amelyek közötti fáziseltolódást tudnia kell.

Az U2 feszültséget a fázisváltó (PV) táplálja, amelyet a vezérlőegység (UU) kódja vezérel. Az U3 és U2 közötti fáziseltolás fokozatosan változik mindaddig, amíg el nem érik azt az állapotot, amikor U1 és U3 fázisban vannak. Az U1 és U3 közötti fáziseltolás előjelének beállításával a fázisérzékeny detektor (PSD) meghatározásra kerül.

A fázisérzékeny érzékelő kimeneti jele a vezérlőegységhez (CU) kerül. A kiegyenlítő algoritmus impulzuskódos módszerrel valósul meg. A kiegyenlítési folyamat befejezése után a fáziseltolási tényező (PV) kódja az U1 és U2 közötti fáziseltolást fejezi ki.

A modern digitális fázismérők többsége a diszkrét számlálás elvét használja.Ez a módszer két lépésben működik: a fáziseltolást meghatározott időtartamú jellé alakítja, majd ennek az impulzusnak az időtartamát egy diszkrét szám segítségével méri. A készülék tartalmaz egy fázis-impulzus átalakítót, egy időválasztót (VS), egy diszkrét alakító impulzust (f / fn), egy számlálót (MF) és egy DSP-t.

Az U1-ből és U2-ből fázis-impulzus átalakító van kialakítva Δφ fáziseltolással téglalap alakú impulzusok U3 sorozatként. Ezeknek az U3 impulzusoknak az U1 és U2 bemeneti jelek frekvenciájának és időeltolásának megfelelő ismétlési gyakorisága és munkaciklusa van. Az U4 és U3 impulzusok T0 periódusú diszkrét érzékelési impulzusokat képeznek, amelyek az időválasztóra kerülnek. Az időválasztó pedig az U3 impulzus időtartamára nyílik meg, és az U4 impulzusok között váltakozik. Az időválasztó kimenetének eredményeként U5 impulzussorozatokat kapunk, amelyek ismétlési periódusa T.

A számláló (MF) számolja az U5 soros csomagban lévő impulzusok számát, aminek eredményeként a számlálón (MF) kapott impulzusok száma arányos az U1 és U2 közötti fáziseltolással. A számláló kódja a központi vezérlőközpontba kerül, és a készülék leolvasott értékei fokokban, tizedes pontossággal jelennek meg, amit a készülék diszkréciós foka ér el. A diszkrétségi hiba a Δt egy impulzusszámlálási periódusnyi pontossággal történő mérésének képességével kapcsolatos.

A digitális koszinusz phi átlagoló elektronikus fázismérők csökkenthetik a hibát a tesztjel több T periódusának átlagolásával.A digitális átlagfázismérő felépítése eltér a diszkrét áramkör-számlálástól egy további időválasztó (BC2), valamint egy impulzusgenerátor (GP) és egy diszkrét impulzusgenerátor (PI) jelenlétében.

Itt az U5 fáziseltolásos átalakító egy impulzusgenerátort (PI) és egy időválasztót (BC1) tartalmaz. A T-nél jóval nagyobb Tk kalibrált időtartamra több csomagot táplálunk be a készülékbe, amelyek kimenetén több csomag keletkezik, ez az eredmények átlagolásához szükséges.

Az U6 impulzusok időtartama T0 többszöröse, mivel az impulzusformáló (PI) azon az elven működik, hogy a frekvenciát elosztja egy adott tényezővel. Az U6 jel impulzusokkal nyitja meg az időválasztót (BC2). Ennek eredményeként több csomag érkezik a bemenetére. Az U7 jelet a számlálóhoz (MF) táplálják, amely a központi vezérlőközponthoz csatlakozik. A készülék felbontását az U6 készlete határozza meg.

A fázismérő hibáját az is befolyásolja, hogy a konverter nem rögzíti a fáziseltolást az U2 és U1 jelek nullák közötti átmenetének időintervallumában. De ezek a pontatlanságok csökkennek, ha a számítások eredményét egy Tk periódusra átlagoljuk, amely sokkal nagyobb, mint a vizsgált bemeneti jelek periódusa.

Reméljük, hogy ez a cikk segített általános megérteni a fázismérők működését. A szakirodalomban mindig találhat részletesebb információkat, amelyekből ma már szerencsére bőven fellelhető az internet.