Fázoměry - účel, typy, zařízení a princip činnosti

Elektrický měřicí přístroj se nazývá fázový měřič, jehož funkcí je měřit fázový úhel mezi dvěma elektrickými kmity konstantní frekvence. Například pomocí fázorového měřiče můžete měřit fázový úhel v síti třífázového napětí. Fázové měřiče se často používají k určení účiníku, cosinus phi, jakékoli elektrické instalace. Fázové měřiče jsou tedy široce používány při vývoji, uvádění do provozu a provozu různých elektrických a elektronických zařízení a přístrojů.

Když je fázor připojen k měřenému obvodu, je zařízení připojeno k napěťovému obvodu a k obvodu měření proudu. U třífázové napájecí sítě je fázor připojen napětím na tři fáze a proudem na sekundární vinutí proudových transformátorů také ve třech fázích.

V závislosti na zařízení fázového měřiče je také možné zjednodušené schéma jeho připojení, když je také připojeno ke třem fázím napětím a proudem - pouze ke dvěma fázím.Třetí fáze se pak vypočítá sečtením vektorů pouze dvou proudů (dvě měřené fáze). Účel měřiče fáze — měření kosinus phi (účiník), proto se jim v běžném jazyce také říká «kosinusové metry».

Dnes můžete najít fázové měřiče dvou typů: elektrodynamické a digitální. Elektrodynamické nebo elektromagnetické fázoměry jsou založeny na jednoduchém schématu s proporcionálním mechanismem pro měření fázového posunu. Dva rámy napevno spojené k sobě, úhel mezi nimiž je 60 stupňů, jsou upevněny na osách v podpěrách a nedochází k žádnému protichůdnému mechanickému momentu.

Za určitých podmínek, které se nastavují změnou fázového posunu proudů v obvodech těchto dvou rámů, jakož i úhlu uchycení těchto rámů k sobě, se pohyblivá část měřicího zařízení pootočí o úhel rovný k fázovému úhlu. Lineární stupnice přístroje umožňuje zaznamenat výsledek měření.

Podívejme se na princip fungování elektrodynamického fázového měřiče. Má pevnou cívku proudu I a dvě pohyblivé cívky. Proudy I1 a I2 protékají každou z pohyblivých cívek. Protékající proudy vytvářejí magnetické toky jak ve stacionární cívce, tak v pohyblivých cívkách. V souladu s tím interagující magnetické toky cívek generují dva krouticí momenty Ml a M2.

Hodnoty těchto momentů závisí na vzájemné poloze obou cívek, na úhlu natočení pohyblivé části měřicího zařízení a tyto momenty jsou směrovány v opačných směrech.Průměrné hodnoty momentů závisí na proudech tekoucích v pohyblivých cívkách (I1 a I2), na proudu tekoucím ve stacionární cívce (I), na úhlech fázového posunu proudů pohyblivých cívek vzhledem k proudu ve stacionární cívce (ψ1 a ψ2 ) a na vinutích návrhových parametrů.

V důsledku toho se pohyblivá část zařízení působením těchto momentů otáčí, dokud nenastane rovnováha, způsobená rovností momentů vyplývajících z rotace. Stupnici fázového měřiče lze kalibrovat z hlediska účiníku.

Nevýhodou elektrodynamických fázových měřičů je závislost odečtů na frekvenci a značná spotřeba energie ze studovaného zdroje.

Digitální fázové měřiče lze implementovat různými způsoby. Například kompenzační fázový měřič má vysoký stupeň přesnosti, i když je spuštěn v manuálním režimu, ale zvažte, jak funguje. Existují dvě sinusová napětí U1 a U2, mezi kterými musíte znát fázový posun.

Napětí U2 je přiváděno do fázového posuvu (PV), který je řízen kódem z řídicí jednotky (UU). Fázový posun mezi U3 a U2 se postupně mění, dokud není dosaženo stavu, kdy U1 a U3 jsou ve fázi. Nastavením znaménka fázového posunu mezi U1 a U3 je určen fázově citlivý detektor (PSD).

Výstupní signál fázově citlivého detektoru je přiváděn do řídicí jednotky (CU). Algoritmus vyvažování je implementován metodou pulzního kódu. Po dokončení procesu vyvažování bude kód fázového posunu (PV) vyjadřovat fázový posun mezi U1 a U2.

Většina moderních digitálních fázových měřičů využívá principu diskrétního počítání.Tato metoda funguje ve dvou krocích: převedení fázového posunu na signál s určitou dobou trvání a poté měření doby trvání tohoto pulzu pomocí diskrétního čísla. Zařízení obsahuje převodník fáze na pulz, volič času (VS), diskrétní tvarovací pulz (f / fn), čítač (MF) a DSP.

Z U1 a U2 s fázovým posunem Δφ je vytvořen převodník fáze na pulz obdélníkové impulsy U3 jako sekvence. Tyto impulsy U3 mají opakovací frekvenci a pracovní cyklus odpovídající frekvenčnímu a časovému posunu vstupních signálů Ul a U2. Pulsy U4 a U3 tvoří diskrétní snímané impulsy periody T0, které jsou přiváděny na volič času. Časový volič se otevře po dobu trvání pulsu U3 a cyklicky prochází pulsy U4. V důsledku výstupu časového voliče se získají shluky pulzů U5, jejichž opakovací perioda je T.

Čítač (MF) počítá počet impulsů v sériovém paketu U5 s tím výsledkem, že počet impulsů přijatých čítačem (MF) je úměrný fázovému posunu mezi U1 a U2. Kód z počítadla je odeslán do centrálního dispečinku a hodnoty přístroje jsou zobrazovány ve stupních s přesností na desetiny, čehož je dosaženo stupněm diskrétnosti přístroje. Chyba diskrétnosti souvisí se schopností měřit Δt s přesností jedné periody impulzů.

Digitální fázové měřiče s kosinusovým phi průměrováním mohou snížit chybu průměrováním za několik period T testovacího signálu.Struktura digitálního měřiče průměrné fáze se liší od počtu diskrétních obvodů přítomností dalšího časového voliče (BC2), stejně jako generátoru impulsů (GP) a generátoru diskrétních impulsů (PI).

Měnič fázového posuvu U5 zde obsahuje generátor impulsů (PI) a volič času (BC1). Po kalibrovanou dobu Tk, mnohem větší než T, je do zařízení přiváděno několik paketů, na jejichž výstupu se tvoří několik paketů, což je nezbytné pro zprůměrování výsledků.

Pulsy U6 mají dobu trvání, která je násobkem T0, protože tvarovač impulsů (PI) funguje na principu dělení frekvence daným faktorem. Impulzy signálu U6 otevřou volič času (BC2). Výsledkem je, že na jeho vstup dorazí několik paketů. Signál U7 je přiveden do čítače (MF), který je připojen k centrálnímu dispečinku. Rozlišení zařízení je určeno sadou U6.

Chyba fázového měřiče je ovlivněna i špatnou přesností fixace fázového posunu převodníkem v časovém intervalu okamžiků přechodu signálů U2 a U1 nulami. Tyto nepřesnosti jsou však redukovány při zprůměrování výsledku výpočtů za periodu Tk, která je mnohem větší než perioda studovaných vstupních signálů.

Doufáme, že vám tento článek pomohl získat obecné povědomí o tom, jak fungují fázové měřiče. Podrobnější informace vždy najdete ve speciální literatuře, kterých je dnes na internetu naštěstí spousta.