Fazni števci - namen, vrste, naprava in princip delovanja

Električna merilna naprava se imenuje fazometer, katere funkcija je merjenje faznega kota med dvema električnima nihajema s konstantno frekvenco. Na primer, s fazorskim merilnikom lahko izmerite fazni kot v trifaznem napetostnem omrežju. Fazni števci se pogosto uporabljajo za določanje faktorja moči, kosinusa phi, katere koli električne napeljave. Tako se fazni števci pogosto uporabljajo pri razvoju, zagonu in delovanju različnih električnih in elektronskih naprav in aparatov.

Ko je fazor priključen na merjeno vezje, je naprava priključena na napetostno vezje in na tokovno merilno vezje. Pri trifaznem napajalnem omrežju je fazor priključen napetostno na tri faze, tokovno pa na sekundarna navitja tokovnih transformatorjev prav tako v treh fazah.

Odvisno od naprave faznega števca je možna tudi poenostavljena shema njegove povezave, ko je priključena tudi na tri faze z napetostjo in s tokom - samo na dve fazi.Tretjo fazo nato izračunamo s seštevanjem vektorjev samo dveh tokov (dveh izmerjenih faz). Namen faznega števca — merjenje kosinusa phi (faktor moči), zato jih v običajnem jeziku imenujemo tudi "kosinusni metri".

Danes lahko najdete fazne števce dveh vrst: elektrodinamične in digitalne. Elektrodinamični ali elektromagnetni fazni merilniki temeljijo na enostavni shemi s proporcionalnim mehanizmom za merjenje faznega zamika. Dva okvirja, togo pritrjena drug na drugega, med katerima je kot 60 stopinj, sta pritrjena na osi v nosilcih in ni nasprotnega mehanskega momenta.

Pod določenimi pogoji, ki so nastavljeni s spremembo faznega premika tokov v tokokrogih teh dveh okvirjev, kot tudi kota pritrditve teh okvirjev drug na drugega, se premični del merilne naprave zasuka za kot, ki je enak na fazni kot. Linearna lestvica naprave vam omogoča zapis merilnega rezultata.

Oglejmo si princip delovanja elektrodinamičnega faznega merilnika. Ima fiksno tuljavo toka I in dve gibljivi tuljavi. Tokovi I1 in I2 tečejo skozi vsako od gibljivih tuljav. Tekoči tokovi ustvarjajo magnetne tokove tako v mirujoči tuljavi kot v gibljivih tuljavah. V skladu s tem medsebojni magnetni tokovi tuljav ustvarjajo dva navora M1 in M2.

Vrednosti teh momentov so odvisne od relativnega položaja obeh tuljav, od kota vrtenja gibljivega dela merilne naprave, ti momenti pa so usmerjeni v nasprotni smeri.Povprečne vrednosti momentov so odvisne od tokov, ki tečejo v gibljivih tuljavah (I1 in I2), od toka, ki teče v mirujoči tuljavi (I), od kotov faznega premika tokov gibljivih tuljav glede na tok v stacionarni tuljavi (ψ1 in ψ2 ) in na navitjih konstrukcijskih parametrov.

Zaradi tega se gibljivi del naprave vrti pod vplivom teh momentov, dokler ne pride do ravnotežja, ki ga povzroči enakost momentov, ki izhajajo iz vrtenja. Lestvica faznega merilnika se lahko kalibrira glede na faktor moči.

Slabosti elektrodinamičnih faznih števcev so odvisnost odčitkov od frekvence in znatna poraba energije iz proučevanega vira.

Digitalne fazne števce je mogoče implementirati na različne načine. Na primer, kompenzacijski fazni števec ima visoko stopnjo natančnosti, čeprav deluje v ročnem načinu. Vendar razmislite, kako deluje. Obstajata dve sinusni napetosti U1 in U2, fazni premik med katerima morate poznati.

Napetost U2 se napaja na fazni prestavljalnik (PV), ki ga krmili koda iz krmilne enote (UU). Fazni zamik med U3 in U2 se postopoma spreminja, dokler ni doseženo stanje, ko sta U1 in U3 v fazi. S prilagoditvijo predznaka faznega zamika med U1 in U3 se določi fazno občutljiv detektor (PSD).

Izhodni signal fazno občutljivega detektorja se napaja v krmilno enoto (CU). Algoritem uravnoteženja se izvaja z metodo impulzne kode. Po končanem postopku uravnoteženja bo koda faktorja faznega zamika (PV) izrazila fazni zamik med U1 in U2.

Večina sodobnih digitalnih faznih merilnikov uporablja princip diskretnega štetja.Ta metoda deluje v dveh korakih: pretvorba faznega premika v signal določenega trajanja in nato merjenje trajanja tega impulza z uporabo diskretnega števila. Naprava vsebuje pretvornik faze v impulz, časovni izbirnik (VS), diskretni oblikovalni impulz (f / fn), števec (MF) in DSP.

Pretvornik faza v impulz je sestavljen iz U1 in U2 s faznim zamikom Δφ pravokotne impulze U3 kot zaporedje. Ti impulzi U3 imajo hitrost ponavljanja in delovni cikel, ki ustrezata frekvenci in časovnemu zamiku vhodnih signalov U1 in U2. Impulza U4 in U3 tvorita diskretne zaznavne impulze periode T0, ki se nanašata na časovni izbirnik. Izbirnik časa se odpre za čas trajanja impulza U3 in kroži med impulzi U4. Kot rezultat izhoda časovnega izbirnika dobimo izbruhe impulzov U5, katerih perioda ponavljanja je T.

Števec (MF) šteje število impulzov v serijskem paketu U5, tako da je število impulzov, prejetih na števcu (MF), sorazmerno s faznim zamikom med U1 in U2. Koda iz števca se pošlje v centralni nadzorni center, odčitki naprave pa se prikažejo v stopinjah z natančnostjo desetink, kar se doseže s stopnjo diskretnosti naprave. Napaka diskretnosti je povezana z zmožnostjo merjenja Δt z natančnostjo enega obdobja štetja impulzov.

Elektronski merilniki faze z digitalnim kosinusnim phi povprečenjem lahko zmanjšajo napako s povprečenjem v več obdobjih T testnega signala.Struktura digitalnega povprečnega merilnika faze se razlikuje od števca diskretnega vezja s prisotnostjo še enega časovnega izbirnika (BC2), pa tudi generatorja impulzov (GP) in generatorja diskretnih impulzov (PI).

Pri tem fazni pretvornik U5 vključuje generator impulzov (PI) in časovni izbirnik (BC1). Za kalibrirano časovno obdobje Tk, veliko večje od T, se v napravo dovaja več paketov, na izhodu katerih se oblikuje več paketov, kar je potrebno za povprečje rezultatov.

Impulzi U6 imajo trajanje, ki je večkratnik T0, saj oblikovalnik impulzov (PI) deluje na principu deljenja frekvence z danim faktorjem. Impulz signala U6 odpre časovni izbirnik (BC2). Posledično na njegov vhod pride več paketov. Signal U7 se vodi do števca (MF), ki je povezan s centralnim nadzornim centrom. Ločljivost naprave je določena z naborom U6.

Na napako faznega merilnika vpliva tudi slaba natančnost določanja faznega premika s pretvornikom v časovnem intervalu trenutkov prehoda signalov U2 in U1 skozi ničle. Toda te netočnosti se zmanjšajo pri povprečenju rezultatov izračunov za obdobje Tk, ki je veliko večje od obdobja proučevanih vhodnih signalov.

Upamo, da vam je ta članek pomagal pridobiti splošno razumevanje delovanja faznih merilnikov. Podrobnejše informacije lahko vedno najdete v posebni literaturi, ki jih je danes na internetu veliko.