Mesuradors de fase: finalitat, tipus, dispositiu i principi d'acció

Un dispositiu de mesura elèctrica s'anomena mesurador de fase, la funció del qual és mesurar l'angle de fase entre dues oscil·lacions elèctriques de freqüència constant. Per exemple, amb un mesurador de fasor, podeu mesurar l'angle de fase en una xarxa de tensió trifàsica. Els mesuradors de fase s'utilitzen sovint per determinar el factor de potència, cosinus phi, de qualsevol instal·lació elèctrica. Així, els mesuradors de fase s'utilitzen àmpliament en el desenvolupament, posada en marxa i operació de diversos dispositius i aparells elèctrics i electrònics.

Quan el fasor està connectat al circuit mesurat, el dispositiu està connectat al circuit de tensió i al circuit de mesura de corrent. Per a una xarxa de subministrament trifàsica, el fasor es connecta per tensió a tres fases, i per corrent als bobinatges secundaris dels transformadors de corrent també en tres fases.

Depenent del dispositiu del mesurador de fases, també és possible un esquema simplificat de la seva connexió, quan també està connectat a tres fases per tensió i per corrent, només a dues fases.Aleshores, la tercera fase es calcula sumant els vectors de només dos corrents (dues fases mesurades). Propòsit del mesurador de fase - mesura del cosinus phi (factor de potència), de manera que en llenguatge normal també s'anomenen «metres cosinus».

Avui dia podeu trobar mesuradors de fase de dos tipus: electrodinàmics i digitals. Els mesuradors de fase electrodinàmics o electromagnètics es basen en un esquema senzill amb un mecanisme proporcional per mesurar el canvi de fase. Dos marcs rígidament units entre si, l'angle entre els quals és de 60 graus, es fixen als eixos dels suports i no hi ha moment mecànic oposat.

En determinades condicions, que s'estableixen canviant el desplaçament de fase dels corrents en els circuits d'aquests dos quadres, així com l'angle d'unió d'aquests marcs entre si, la part mòbil del dispositiu de mesura gira en un angle igual. a l'angle de fase. L'escala lineal del dispositiu permet registrar el resultat de la mesura.

Vegem el principi de funcionament d'un mesurador de fase electrodinàmic. Té una bobina fixa de corrent I i dues bobines mòbils. Els corrents I1 i I2 circulen per cadascuna de les bobines mòbils. Els corrents que flueixen creen fluxos magnètics tant a la bobina estacionària com a les bobines mòbils. En conseqüència, els fluxos magnètics interactius de les bobines generen dos parells M1 i M2.

Els valors d'aquests moments depenen de la posició relativa de les dues bobines, de l'angle de gir de la part mòbil del dispositiu de mesura, i aquests moments es dirigeixen en direccions oposades.Els valors mitjans dels moments depenen dels corrents que flueixen a les bobines mòbils (I1 i I2), del corrent que flueix a la bobina estacionària (I), dels angles de desplaçament de fase dels corrents de les bobines mòbils en relació amb el corrent a la bobina estacionària (ψ1 i ψ2) i als bobinats dels paràmetres de disseny.

Com a resultat, la part mòbil de l'aparell gira sota l'acció d'aquests moments fins que es produeix l'equilibri, provocat per la igualtat dels moments resultant de la rotació. L'escala del mesurador de fase es pot calibrar en termes de factor de potència.

Els inconvenients dels mesuradors de fase electrodinàmics són la dependència de les lectures de la freqüència i el consum significatiu d'energia de la font estudiada.

Els mesuradors de fase digitals es poden implementar de diverses maneres. Per exemple, un mesurador de fase de compensació té un alt grau de precisió tot i que s'executa en mode manual. Tanmateix, tingueu en compte com funciona. Hi ha dues tensions sinusoïdals U1 i U2, el canvi de fase entre els quals cal conèixer.

La tensió U2 es subministra al desfasador (PV), que es controla mitjançant codi des de la unitat de control (UU). El canvi de fase entre U3 i U2 es modifica gradualment fins que s'arriba a una condició on U1 i U3 estan en fase. Ajustant el signe del canvi de fase entre U1 i U3, es determina el detector sensible a la fase (PSD).

El senyal de sortida del detector sensible a la fase s'alimenta a la unitat de control (CU). L'algoritme d'equilibri s'implementa mitjançant el mètode de codi de polsos. Un cop finalitzat el procés d'equilibri, el codi del factor de canvi de fase (PV) expressarà el canvi de fase entre U1 i U2.

La majoria dels mesuradors de fase digitals moderns utilitzen el principi del recompte discret.Aquest mètode funciona en dos passos: convertir el canvi de fase en un senyal d'una durada determinada i després mesurar la durada d'aquest pols mitjançant un nombre discret. El dispositiu conté un convertidor de fase a pols, un selector de temps (VS), un pols de conformació discret (f / fn), un comptador (MF) i un DSP.

Un convertidor de fase a pols es forma a partir de U1 i U2 amb un desplaçament de fase Δφ polsos rectangulars U3 com una seqüència. Aquests polsos U3 tenen una taxa de repetició i un cicle de treball corresponents a la freqüència i el desplaçament temporal dels senyals d'entrada U1 i U2. Els polsos U4 i U3 formen polsos de detecció discrets del període T0 que s'apliquen al selector de temps. El selector de temps, al seu torn, s'obre durant la durada del pols U3 i fa un cicle entre els polsos U4. Com a resultat de la sortida del selector de temps, s'obtenen ràfegues de polsos U5, el període de repetició dels quals és T.

El comptador (MF) compta el nombre de polsos del paquet sèrie U5, amb el resultat que el nombre de polsos rebuts al comptador (MF) és proporcional al canvi de fase entre U1 i U2. El codi del comptador s'envia al centre de control central i les lectures del dispositiu es mostren en graus amb una precisió de dècimes, que s'aconsegueix pel grau de discreció del dispositiu. L'error de discreció està relacionat amb la capacitat de mesurar Δt amb una precisió d'un període de recompte de polsos.

Els mesuradors de fase electrònics de mitjana de cosinus phi digital poden reduir l'error fent la mitjana durant diversos períodes T del senyal de prova.L'estructura del mesurador de fase mitjana digital difereix del recompte de circuits discrets per la presència d'un selector de temps més (BC2), així com d'un generador de polsos (GP) i un generador de polsos discrets (PI).

Aquí, el convertidor de canvi de fase U5 inclou un generador d'impulsos (PI) i un selector de temps (BC1). Durant un període de temps calibrat Tk, molt més gran que T, s'alimenten diversos paquets al dispositiu, a la sortida dels quals es formen diversos paquets, això és necessari per fer la mitjana dels resultats.

Els polsos U6 tenen una durada que és múltiple de T0, ja que el modelador de polsos (PI) funciona segons el principi de dividir la freqüència per un factor determinat. Els polsos del senyal U6 obren el selector de temps (BC2). Com a resultat, diversos paquets arriben a la seva entrada. El senyal U7 s'alimenta al comptador (MF) que està connectat al centre de control central. La resolució del dispositiu ve determinada pel conjunt de U6.

L'error del mesurador de fase també es veu afectat per la poca precisió de fixació del canvi de fase pel convertidor durant l'interval de temps dels moments de transició dels senyals U2 i U1 a zeros. Però aquestes imprecisions es redueixen quan es fa la mitjana del resultat dels càlculs per a un període Tk, que és molt més gran que el període dels senyals d'entrada estudiats.

Esperem que aquest article us hagi ajudat a obtenir una comprensió general de com funcionen els mesuradors de fase. Sempre podeu trobar informació més detallada a la literatura especial, de la qual, afortunadament, avui en dia n'hi ha molt a Internet.