Contoare de fază - scop, tipuri, dispozitiv și principiu de acțiune

Un dispozitiv de măsurare electrică se numește fazămetru, a cărui funcție este de a măsura unghiul de fază între două oscilații electrice de frecvență constantă. De exemplu, folosind un fazometru, puteți măsura unghiul de fază într-o rețea de tensiune trifazată. Contoarele de fază sunt adesea folosite pentru a determina factorul de putere, cosinus phi, al oricărei instalații electrice. Astfel, contoarele de fază sunt utilizate pe scară largă în dezvoltarea, punerea în funcțiune și operarea diferitelor dispozitive și aparate electrice și electronice.

Când fazorul este conectat la circuitul măsurat, dispozitivul este conectat la circuitul de tensiune și la circuitul de măsurare a curentului. Pentru o rețea de alimentare trifazată, fazorul este conectat prin tensiune la trei faze, iar prin curent la înfășurările secundare ale transformatoarelor de curent tot în trei faze.

În funcție de dispozitivul contorului de fază, este posibilă și o schemă simplificată a conexiunii sale, atunci când este conectat la trei faze prin tensiune și prin curent - la doar două faze.A treia fază se calculează apoi prin adăugarea vectorilor doar a doi curenți (două faze măsurate). Scopul contorului de fază - măsurarea cosinus phi (factor de putere), deci în limbajul obișnuit se mai numesc „contoare cosinus”.

Astăzi puteți găsi contoare de fază de două tipuri: electrodinamice și digitale. Contoarele de fază electrodinamice sau electromagnetice se bazează pe o schemă simplă cu un mecanism proporțional pentru măsurarea defazajului. Pe axele din suporturi sunt fixate două cadre rigid legate între ele, unghiul între care este de 60 de grade și nu există un moment mecanic opus.

În anumite condiții, care sunt stabilite prin schimbarea defazării curenților din circuitele acestor două cadre, precum și a unghiului de atașare a acestor cadre între ele, partea mobilă a dispozitivului de măsurare este rotită cu un unghi egal. la unghiul de fază. Scara liniară a dispozitivului vă permite să înregistrați rezultatul măsurării.

Să ne uităm la principiul de funcționare al unui contor de fază electrodinamică. Are o bobină fixă ​​de curent I și două bobine mobile. Curenții I1 și I2 circulă prin fiecare dintre bobinele mobile. Curenții care curg creează fluxuri magnetice atât în ​​bobina staționară, cât și în bobinele mobile. În consecință, fluxurile magnetice care interacționează ale bobinelor generează două cupluri M1 și M2.

Valorile acestor momente depind de poziția relativă a celor două bobine, de unghiul de rotație al părții mobile a dispozitivului de măsurare, iar aceste momente sunt direcționate în direcții opuse.Valorile medii ale momentelor depind de curenții care circulă în bobinele mobile (I1 și I2), de curentul care curge în bobina staționară (I), de unghiurile de defazare ale curenților bobinelor mobile în raport cu curent în bobina staționară (ψ1 și ψ2 ) și pe înfășurările parametrilor de proiectare.

Ca urmare, partea mobilă a dispozitivului se rotește sub acțiunea acestor momente până la producerea echilibrului, cauzată de egalitatea momentelor rezultate din rotație. Scara contorului de fază poate fi calibrată în termeni de factor de putere.

Dezavantajele contoarelor electrodinamice de fază sunt dependența citirilor de frecvență și consumul semnificativ de energie din sursa studiată.

Contoarele digitale de fază pot fi implementate într-o varietate de moduri. De exemplu, un contor de fază de compensare are un grad ridicat de precizie, chiar dacă este rulat în modul manual. Totuși, luați în considerare modul în care funcționează. Există două tensiuni sinusoidale U1 și U2, defazarea dintre care trebuie să știți.

Tensiunea U2 este furnizată defazatorului (PV), care este controlat prin cod de la unitatea de control (UU). Schimbarea de fază între U3 și U2 este modificată treptat până când se atinge o condiție în care U1 și U3 sunt în fază. Prin ajustarea semnului defazării între U1 și U3, se determină detectorul sensibil la fază (PSD).

Semnalul de ieșire al detectorului sensibil la fază este transmis la unitatea de control (CU). Algoritmul de echilibrare este implementat folosind metoda codului de impulsuri. După finalizarea procesului de echilibrare, codul factorului de defazare (PV) va exprima schimbarea de fază între U1 și U2.

Majoritatea contoarelor digitale moderne de fază utilizează principiul numărării discrete.Această metodă funcționează în doi pași: conversia defazării într-un semnal de o anumită durată și apoi măsurarea duratei acestui impuls folosind un număr discret. Dispozitivul conține un convertor fază-impuls, un selector de timp (VS), un impuls de modelare discret (f / fn), un contor (MF) și un DSP.

Un convertor fază-impuls este format din U1 și U2 cu o defazare Δφ impulsuri dreptunghiulare U3 ca o secvență. Aceste impulsuri U3 au o rată de repetiție și un ciclu de lucru corespunzător frecvenței și decalajului de timp al semnalelor de intrare U1 și U2. Impulsurile U4 și U3 formează impulsuri de sens discrete de perioada T0 care sunt aplicate selectorului de timp. Selectorul de timp se deschide la rândul său pe durata impulsului U3 și parcurge impulsurile U4. Ca rezultat al ieșirii selectorului de timp, se obțin rafale de impulsuri U5, a căror perioadă de repetare este T.

Contorul (MF) numără numărul de impulsuri din pachetul serial U5, astfel încât numărul de impulsuri primite la contor (MF) este proporțional cu defazarea dintre U1 și U2. Codul de la contor este trimis la centrul de control central, iar citirile dispozitivului sunt afișate în grade cu o precizie de zecimi, ceea ce se realizează prin gradul de discreție al dispozitivului. Eroarea de discretitate este legată de capacitatea de a măsura Δt cu o precizie de o perioadă de numărare a impulsurilor.

Contoarele electronice de fază medii cosinus phi digital pot reduce eroarea prin medierea pe mai multe perioade T a semnalului de testare.Structura contorului de fază medie digitală diferă de numărul de circuite discret prin prezența unui alt selector de timp (BC2), precum și a unui generator de impulsuri (GP) și a unui generator de impulsuri discret (PI).

Aici, convertorul cu defazare U5 include un generator de impulsuri (PI) și un selector de timp (BC1). Pentru o perioadă de timp calibrată Tk, mult mai mare decât T, la dispozitiv sunt alimentate mai multe pachete, la ieșirea cărora se formează mai multe pachete, acest lucru este necesar pentru mediarea rezultatelor.

Impulsurile U6 au o durată care este un multiplu al lui T0, deoarece formatorul de impulsuri (PI) funcționează pe principiul împărțirii frecvenței la un factor dat. Impulsurile semnalului U6 deschid selectorul de timp (BC2). Ca rezultat, mai multe pachete ajung la intrarea sa. Semnalul U7 este transmis la contorul (MF) care este conectat la centrul de control central. Rezoluția dispozitivului este determinată de setul de U6.

Eroarea contorului de fază este afectată și de slaba acuratețe a fixării defazajului de către convertor în intervalul de timp al momentelor de tranziție a semnalelor U2 și U1 prin zero. Dar aceste inexactități sunt reduse atunci când se face media rezultatului calculelor pentru o perioadă Tk, care este mult mai mare decât perioada semnalelor de intrare studiate.

Sperăm că acest articol v-a ajutat să obțineți o înțelegere generală a modului în care funcționează contoarele de fază. Puteți găsi întotdeauna informații mai detaliate în literatura specială, dintre care, din fericire, există multe astăzi pe Internet.