Fázomery - účel, typy, zariadenie a princíp činnosti

Elektrické meracie zariadenie sa nazýva fázový merač, ktorého funkciou je merať fázový uhol medzi dvoma elektrickými kmitmi konštantnej frekvencie. Napríklad pomocou fázorového merača môžete merať fázový uhol v trojfázovej napäťovej sieti. Fázomery sa často používajú na určenie účinníka, cosine phi, akejkoľvek elektrickej inštalácie. Fázové merače sú teda široko používané pri vývoji, uvádzaní do prevádzky a prevádzke rôznych elektrických a elektronických zariadení a prístrojov.

Keď je fázor pripojený k meranému obvodu, zariadenie je pripojené k napäťovému obvodu a k obvodu merania prúdu. Pri trojfázovej napájacej sieti je fázor pripojený napätím do troch fáz a prúdom do sekundárnych vinutí prúdových transformátorov tiež trojfázovo.

V závislosti od zariadenia fázového merača je možná aj zjednodušená schéma jeho pripojenia, keď je tiež pripojený k trom fázam napätím a prúdom - iba k dvom fázam.Tretia fáza sa potom vypočíta sčítaním vektorov iba dvoch prúdov (dve merané fázy). Účel fázového merača — meranie kosínusového phi (účiník), preto sa v bežnom jazyku nazývajú aj «kosínusové metre».

Dnes nájdete fázové merače dvoch typov: elektrodynamické a digitálne. Elektrodynamické alebo elektromagnetické fázové merače sú založené na jednoduchej schéme s proporcionálnym mechanizmom na meranie fázového posunu. Dva rámy pevne spojené k sebe, uhol medzi nimi je 60 stupňov, sú upevnené na osiach v podperách a nevzniká žiadny protichodný mechanický moment.

Za určitých podmienok, ktoré sa nastavujú zmenou fázového posunu prúdov v obvodoch týchto dvoch rámov, ako aj uhlom uchytenia týchto rámov k sebe, sa pohyblivá časť meracieho zariadenia pootočí o uhol rovný na fázový uhol. Lineárna stupnica prístroja umožňuje zaznamenať výsledok merania.

Pozrime sa na princíp fungovania elektrodynamického fázového merača. Má pevnú cievku prúdu I a dve pohyblivé cievky. Prúdy I1 a I2 prechádzajú každou z pohyblivých cievok. Pretekajúce prúdy vytvárajú magnetické toky v stacionárnej cievke aj v pohyblivej cievke. V súlade s tým vytvárajú interagujúce magnetické toky cievok dva krútiace momenty M1 a M2.

Hodnoty týchto momentov závisia od vzájomnej polohy dvoch cievok, od uhla natočenia pohyblivej časti meracieho zariadenia a tieto momenty sú smerované v opačných smeroch.Priemerné hodnoty momentov závisia od prúdov tečúcich v pohyblivých cievkach (I1 a I2), od prúdu tečúceho v stacionárnej cievke (I), od uhlov fázového posunu prúdov pohyblivých cievok vzhľadom na prúd v stacionárnej cievke (ψ1 a ψ2 ) a na vinutiach konštrukčných parametrov.

V dôsledku toho sa pohyblivá časť zariadenia pôsobením týchto momentov otáča, až kým nenastane rovnováha spôsobená rovnosťou momentov vyplývajúcich z rotácie. Stupnicu fázového merača je možné kalibrovať z hľadiska účinníka.

Nevýhodou elektrodynamických fázových meračov je závislosť odčítania od frekvencie a značná spotreba energie zo študovaného zdroja.

Digitálne fázové merače môžu byť implementované rôznymi spôsobmi. Napríklad kompenzačný fázový merač má vysoký stupeň presnosti, aj keď je spustený v manuálnom režime, zvážte však, ako funguje. Existujú dve sínusové napätia U1 a U2, medzi ktorými musíte poznať fázový posun.

Napätie U2 je privádzané do fázového posúvača (PV), ktorý je riadený kódom z riadiacej jednotky (UU). Fázový posun medzi U3 a U2 sa postupne mení, až kým sa nedosiahne stav, keď U1 a U3 sú vo fáze. Úpravou znamienka fázového posunu medzi U1 a U3 sa určí fázovo citlivý detektor (PSD).

Výstupný signál fázovo citlivého detektora sa privádza do riadiacej jednotky (CU). Algoritmus vyvažovania je implementovaný pomocou metódy pulzného kódu. Po dokončení procesu vyvažovania bude kód fázového posunu (PV) vyjadrovať fázový posun medzi U1 a U2.

Väčšina moderných digitálnych fázových meračov využíva princíp diskrétneho počítania.Táto metóda funguje v dvoch krokoch: konvertovanie fázového posunu na signál určitého trvania a potom meranie trvania tohto impulzu pomocou diskrétneho čísla. Zariadenie obsahuje prevodník fázy na impulz, volič času (VS), diskrétny tvarovací impulz (f / fn), počítadlo (MF) a DSP.

Z U1 a U2 s fázovým posunom Δφ je vytvorený prevodník fázy na impulz obdĺžnikové impulzy U3 ako postupnosť. Tieto impulzy U3 majú frekvenciu opakovania a pracovný cyklus zodpovedajúci frekvenčnému a časovému posunu vstupných signálov U1 a U2. Impulzy U4 a U3 tvoria diskrétne snímané impulzy periódy T0, ktoré sú privedené na volič času. Časový volič sa otvára na dobu trvania impulzu U3 a cyklicky prechádza impulzmi U4. V dôsledku výstupu časového voliča sa získajú zhluky impulzov U5, ktorých opakovacia perióda je T.

Počítadlo (MF) počíta počet impulzov v sériovom pakete U5 s tým výsledkom, že počet impulzov prijatých na čítači (MF) je úmerný fázovému posunu medzi U1 a U2. Kód z počítadla sa posiela do centrálneho riadiaceho centra a hodnoty prístroja sa zobrazujú v stupňoch s presnosťou na desatiny, čo je dosiahnuté stupňom diskrétnosti prístroja. Chyba diskrétnosti súvisí so schopnosťou merať Δt s presnosťou jednej periódy impulzov.

Digitálne fázové merače s priemerom kosínus phi môžu znížiť chybu spriemerovaním za niekoľko období T testovacieho signálu.Štruktúra digitálneho merača priemernej fázy sa líši od počtu diskrétnych obvodov prítomnosťou ďalšieho časového voliča (BC2), ako aj generátora impulzov (GP) a generátora diskrétnych impulzov (PI).

Tu obsahuje menič fázového posunu U5 generátor impulzov (PI) a časový volič (BC1). Počas kalibrovaného časového obdobia Tk, oveľa väčšieho ako T, sa do zariadenia privedie niekoľko paketov, na výstupe ktorých sa vytvorí niekoľko paketov, čo je potrebné na spriemerovanie výsledkov.

Impulzy U6 majú trvanie, ktoré je násobkom T0, keďže tvarovač impulzov (PI) funguje na princípe delenia frekvencie daným faktorom. Impulzy signálu U6 otvoria volič času (BC2). Výsledkom je, že na jeho vstup dorazí niekoľko paketov. Signál U7 je privádzaný do počítadla (MF), ktoré je napojené na centrálne riadiace centrum. Rozlíšenie zariadenia je určené súpravou U6.

Chybu fázového merača ovplyvňuje aj zlá presnosť zafixovania fázového posunu prevodníkom počas časového intervalu momentov prechodu signálov U2 a U1 cez nuly. Tieto nepresnosti sa však znížia pri spriemerovaní výsledku výpočtov za periódu Tk, ktorá je oveľa väčšia ako perióda študovaných vstupných signálov.

Dúfame, že vám tento článok pomohol získať všeobecné pochopenie toho, ako fungujú fázové merače. Podrobnejšie informácie nájdete vždy v špeciálnej literatúre, ktorej je dnes na internete našťastie veľa.