Φασόμετρα - σκοπός, τύποι, συσκευή και αρχή δράσης

Μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης ονομάζεται μετρητής φάσης, η λειτουργία του οποίου είναι να μετρήσει τη γωνία φάσης μεταξύ δύο ηλεκτρικών ταλαντώσεων σταθερής συχνότητας. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα μετρητή φάσης, μπορείτε να μετρήσετε τη γωνία φάσης σε ένα δίκτυο τριφασικής τάσης. Οι μετρητές φάσης χρησιμοποιούνται συχνά για τον προσδιορισμό του συντελεστή ισχύος, συνημίτονο phi, οποιασδήποτε ηλεκτρικής εγκατάστασης. Έτσι, οι μετρητές φάσης χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανάπτυξη, θέση σε λειτουργία και λειτουργία διαφόρων ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών και συσκευών.

Όταν η φάση είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα μέτρησης, η συσκευή συνδέεται στο κύκλωμα τάσης και στο κύκλωμα μέτρησης ρεύματος. Για ένα τριφασικό δίκτυο τροφοδοσίας, η φάση συνδέεται με τάση σε τρεις φάσεις και με ρεύμα στις δευτερεύουσες περιελίξεις των μετασχηματιστών ρεύματος επίσης σε τρεις φάσεις.

Ανάλογα με τη συσκευή του μετρητή φάσης, είναι επίσης δυνατό ένα απλοποιημένο σχέδιο σύνδεσής του, όταν συνδέεται επίσης με τρεις φάσεις με τάση και με ρεύμα - μόνο σε δύο φάσεις.Στη συνέχεια, η τρίτη φάση υπολογίζεται προσθέτοντας τα διανύσματα μόνο δύο ρευμάτων (δύο μετρούμενες φάσεις). Σκοπός του μετρητή φάσης — μέτρηση συνημιτόνου phi (συντελεστής ισχύος), έτσι στη συνηθισμένη γλώσσα ονομάζονται επίσης «συνημιτόμετρα».

Σήμερα μπορείτε να βρείτε μετρητές φάσης δύο τύπων: ηλεκτροδυναμικοί και ψηφιακοί. Οι ηλεκτροδυναμικοί ή ηλεκτρομαγνητικοί μετρητές φάσης βασίζονται σε ένα απλό σχήμα με αναλογικό μηχανισμό μέτρησης της μετατόπισης φάσης. Δύο πλαίσια στερεωμένα μεταξύ τους, η γωνία μεταξύ των οποίων είναι 60 μοίρες, στερεώνονται στους άξονες στα στηρίγματα και δεν υπάρχει αντίθετη μηχανική ροπή.

Υπό ορισμένες συνθήκες, οι οποίες ρυθμίζονται με αλλαγή της μετατόπισης φάσης των ρευμάτων στα κυκλώματα αυτών των δύο πλαισίων, καθώς και της γωνίας προσάρτησης αυτών των πλαισίων μεταξύ τους, το κινητό μέρος της συσκευής μέτρησης περιστρέφεται κατά γωνία ίση στη γωνία φάσης. Η γραμμική κλίμακα της συσκευής σας επιτρέπει να καταγράψετε το αποτέλεσμα της μέτρησης.

Ας δούμε την αρχή της λειτουργίας ενός ηλεκτροδυναμικού μετρητή φάσης. Έχει ένα σταθερό πηνίο ρεύματος I και δύο κινούμενα πηνία. Τα ρεύματα I1 και I2 ρέουν μέσα από κάθε ένα από τα κινούμενα πηνία. Τα ρέοντα ρεύματα δημιουργούν μαγνητικές ροές τόσο στο σταθερό πηνίο όσο και στα κινούμενα πηνία. Αντίστοιχα, οι αλληλεπιδρώντες μαγνητικές ροές των πηνίων δημιουργούν δύο ροπές M1 και M2.

Οι τιμές αυτών των ροπών εξαρτώνται από τη σχετική θέση των δύο πηνίων, από τη γωνία περιστροφής του κινούμενου μέρους της συσκευής μέτρησης και αυτές οι ροπές κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις.Οι μέσες τιμές των ροπών εξαρτώνται από τα ρεύματα που ρέουν στα κινούμενα πηνία (I1 και I2), από το ρεύμα που ρέει στο σταθερό πηνίο (I), από τις γωνίες μετατόπισης φάσης των ρευμάτων των κινούμενων πηνίων σε σχέση με το ρεύμα στο ακίνητο πηνίο (ψ1 και ψ2 ) και στις περιελίξεις των παραμέτρων σχεδιασμού.

Ως αποτέλεσμα, το κινητό μέρος της συσκευής περιστρέφεται υπό τη δράση αυτών των ροπών μέχρι να επέλθει ισορροπία, που προκαλείται από την ισότητα των ροπών που προκύπτουν από την περιστροφή. Η κλίμακα του μετρητή φάσης μπορεί να βαθμονομηθεί ως προς τον συντελεστή ισχύος.

Τα μειονεκτήματα των ηλεκτροδυναμικών φασόμετρων είναι η εξάρτηση των ενδείξεων από τη συχνότητα και η σημαντική κατανάλωση ενέργειας από τη μελετημένη πηγή.

Οι ψηφιακοί μετρητές φάσης μπορούν να εφαρμοστούν με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, ένας μετρητής φάσης αντιστάθμισης έχει υψηλό βαθμό ακρίβειας, παρόλο που λειτουργεί σε χειροκίνητη λειτουργία. Ωστόσο, σκεφτείτε πώς λειτουργεί. Υπάρχουν δύο ημιτονοειδείς τάσεις U1 και U2, τη μετατόπιση φάσης μεταξύ των οποίων πρέπει να γνωρίζετε.

Η τάση U2 παρέχεται στον μετατοπιστή φάσης (PV), ο οποίος ελέγχεται με κωδικό από τη μονάδα ελέγχου (UU). Η μετατόπιση φάσης μεταξύ U3 και U2 αλλάζει σταδιακά έως ότου επιτευχθεί μια κατάσταση όπου τα U1 και U3 βρίσκονται σε φάση. Προσαρμόζοντας το πρόσημο της μετατόπισης φάσης μεταξύ U1 και U3, προσδιορίζεται ο ευαίσθητος ανιχνευτής φάσης (PSD).

Το σήμα εξόδου του ευαίσθητου ανιχνευτή φάσης τροφοδοτείται στη μονάδα ελέγχου (CU). Ο αλγόριθμος εξισορρόπησης υλοποιείται με τη μέθοδο του κωδικού παλμού. Αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία εξισορρόπησης, ο κωδικός συντελεστή μετατόπισης φάσης (PV) θα εκφράζει τη μετατόπιση φάσης μεταξύ U1 και U2.

Η πλειοψηφία των σύγχρονων ψηφιακών μετρητών φάσης χρησιμοποιεί την αρχή της διακριτής μέτρησης.Αυτή η μέθοδος λειτουργεί σε δύο βήματα: μετατροπή της μετατόπισης φάσης σε σήμα συγκεκριμένης διάρκειας και, στη συνέχεια, μέτρηση της διάρκειας αυτού του παλμού χρησιμοποιώντας έναν διακριτό αριθμό. Η συσκευή περιέχει έναν μετατροπέα φάσης σε παλμό, έναν επιλογέα χρόνου (VS), έναν διακριτό παλμό διαμόρφωσης (f / fn), έναν μετρητή (MF) και ένα DSP.

Ένας μετατροπέας φάσης σε παλμό σχηματίζεται από U1 και U2 με μετατόπιση φάσης Δφ ορθογώνιους παλμούς U3 ως ακολουθία. Αυτοί οι παλμοί U3 έχουν ρυθμό επανάληψης και κύκλο λειτουργίας που αντιστοιχεί στη συχνότητα και τη χρονική μετατόπιση των σημάτων εισόδου U1 και U2. Οι παλμοί U4 και U3 σχηματίζουν διακριτούς αισθητικούς παλμούς περιόδου T0 που εφαρμόζονται στον επιλογέα χρόνου. Ο επιλογέας χρόνου ανοίγει με τη σειρά του για τη διάρκεια του παλμού U3 και περνά μέσα από τους παλμούς U4. Ως αποτέλεσμα της εξόδου του επιλογέα χρόνου, λαμβάνονται εκρήξεις παλμών U5, η περίοδος επανάληψης των οποίων είναι T.

Ο μετρητής (MF) μετρά τον αριθμό των παλμών στο σειριακό πακέτο U5, με αποτέλεσμα ο αριθμός των παλμών που λαμβάνονται στον μετρητή (MF) να είναι ανάλογος της μετατόπισης φάσης μεταξύ U1 και U2. Ο κωδικός από τον μετρητή αποστέλλεται στο κεντρικό κέντρο ελέγχου και οι μετρήσεις της συσκευής εμφανίζονται σε μοίρες με ακρίβεια δέκατων, η οποία επιτυγχάνεται από το βαθμό διακριτικής ευχέρειας της συσκευής. Το σφάλμα διακριτικότητας σχετίζεται με την ικανότητα μέτρησης Δt με ακρίβεια μιας περιόδου μέτρησης παλμών.

Οι ηλεκτρονικοί μετρητές φάσης μέσω ψηφιακού συνημιτονοειδούς phi μπορούν να μειώσουν το σφάλμα υπολογίζοντας το μέσο όρο σε αρκετές περιόδους T του σήματος δοκιμής.Η δομή του ψηφιακού μέσου μετρητή φάσης διαφέρει από τον αριθμό διακριτών κυκλωμάτων λόγω της παρουσίας ενός ακόμη επιλογέα χρόνου (BC2), καθώς και μιας γεννήτριας παλμών (GP) και μιας διακριτής γεννήτριας παλμών (PI).

Εδώ, ο μετατροπέας μετατόπισης φάσης U5 περιλαμβάνει μια γεννήτρια παλμών (PI) και έναν επιλογέα χρόνου (BC1). Για μια βαθμονομημένη χρονική περίοδο Tk, πολύ μεγαλύτερη από την T, τροφοδοτούνται πολλά πακέτα στη συσκευή, στην έξοδο της οποίας σχηματίζονται πολλά πακέτα, αυτό είναι απαραίτητο για τον υπολογισμό του μέσου όρου των αποτελεσμάτων.

Οι παλμοί U6 έχουν διάρκεια που είναι πολλαπλάσιο του T0, αφού ο διαμορφωτής παλμών (PI) λειτουργεί με βάση την αρχή της διαίρεσης της συχνότητας με έναν δεδομένο παράγοντα. Οι παλμοί του σήματος U6 ανοίγουν τον επιλογέα ώρας (BC2). Ως αποτέλεσμα, πολλά πακέτα φτάνουν στην είσοδό του. Το σήμα U7 τροφοδοτείται στον μετρητή (MF) που είναι συνδεδεμένος στο κεντρικό κέντρο ελέγχου. Η ανάλυση της συσκευής καθορίζεται από το σετ U6.

Το σφάλμα του μετρητή φάσης επηρεάζεται επίσης από την κακή ακρίβεια στερέωσης της μετατόπισης φάσης από τον μετατροπέα κατά τη διάρκεια του χρονικού διαστήματος των ροπών μετάβασης των σημάτων U2 και U1 μέσω μηδενικών. Αλλά αυτές οι ανακρίβειες μειώνονται όταν υπολογίζεται ο μέσος όρος του αποτελέσματος των υπολογισμών για μια περίοδο Tk, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από την περίοδο των σημάτων εισόδου που μελετήθηκαν.

Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο σας βοήθησε να αποκτήσετε μια γενική κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των μετρητών φάσης. Μπορείτε πάντα να βρείτε πιο λεπτομερείς πληροφορίες σε ειδική βιβλιογραφία, από την οποία, ευτυχώς, υπάρχουν πολλά σήμερα στο Διαδίκτυο.