Fasmätare - syfte, typer, anordning och handlingsprincip

En elektrisk mätanordning kallas en fasmätare, vars funktion är att mäta fasvinkeln mellan två elektriska svängningar med konstant frekvens. Med hjälp av en fasmätare kan du till exempel mäta fasvinkeln i ett trefasspänningsnätverk. Fasmätare används ofta för att bestämma effektfaktorn, cosinus phi, för alla elektriska installationer. Således används fasmätare i stor utsträckning vid utveckling, driftsättning och drift av olika elektriska och elektroniska enheter och apparater.

När fasorn är ansluten till den uppmätta kretsen ansluts enheten till spänningskretsen och till strömmätningskretsen. För ett trefasförsörjningsnät är fasorn ansluten med spänning till tre faser, och med ström till sekundärlindningarna av strömtransformatorer också i tre faser.

Beroende på fasmätarens enhet är ett förenklat schema för dess anslutning också möjligt, när den också är ansluten till tre faser med spänning och med ström - till endast två faser.Den tredje fasen beräknas sedan genom att addera vektorerna för endast två strömmar (två uppmätta faser). Syftet med fasmätaren — cosinus phi-mätning (effektfaktor), så i vanligt språk kallas de också för «cosinusmätare».

Idag kan du hitta fasmätare av två typer: elektrodynamiska och digitala. Elektrodynamiska eller elektromagnetiska fasmätare är baserade på ett enkelt schema med en proportionell mekanism för att mäta fasförskjutningen. Två ramar stelt fast vid varandra, vars vinkel är 60 grader, är fixerade på axlarna i stöden och det finns inget motsatt mekaniskt moment.

Under vissa förhållanden, som ställs in genom att ändra fasförskjutningen av strömmarna i kretsarna för dessa två ramar, såväl som vinkeln för fastsättning av dessa ramar till varandra, roteras den rörliga delen av mätanordningen med en vinkel som är lika med till fasvinkeln. Enhetens linjära skala låter dig registrera mätresultatet.

Låt oss titta på principen för driften av en elektrodynamisk fasmätare. Den har en fast spole av ström I och två rörliga spolar. Strömmarna I1 och I2 flyter genom var och en av de rörliga spolarna. De flytande strömmarna skapar magnetiska flöden i både den stationära spolen och de rörliga spolarna. Följaktligen genererar de samverkande magnetiska flödena hos spolarna två vridmoment Ml och M2.

Värdena för dessa moment beror på den relativa positionen för de två spolarna, på rotationsvinkeln för den rörliga delen av mätanordningen, och dessa moment är riktade i motsatta riktningar.Medelvärdena för momenten beror på strömmarna som flyter i de rörliga spolarna (I1 och I2), på strömmen som flyter i den stationära spolen (I), på fasskiftningsvinklarna för de rörliga spolarnas strömmar i förhållande till ström i den stationära spolen (ψ1 och ψ2 ) och på designparametrarnas lindningar.

Som ett resultat roterar den rörliga delen av anordningen under inverkan av dessa moment tills jämvikt uppstår, orsakat av jämlikheten mellan momenten som resulterar från rotationen. Fasmätarskalan kan kalibreras i termer av effektfaktor.

Nackdelarna med elektrodynamiska fasmätare är avläsningarnas beroende av frekvensen och den betydande energiförbrukningen från den studerade källan.

Digitala fasmätare kan implementeras på en mängd olika sätt. Till exempel har en kompensationsfasmätare en hög grad av noggrannhet trots att den körs i manuellt läge.Tänk dock på hur den fungerar. Det finns två sinusformade spänningar U1 och U2, fasförskjutningen mellan vilken du behöver veta.

Spänningen U2 tillförs fasförskjutaren (PV), som styrs av kod från styrenheten (UU). Fasskiftet mellan U3 och U2 ändras gradvis tills ett tillstånd uppnås där U1 och U3 är i fas. Genom att justera tecknet för fasförskjutningen mellan U1 och U3 bestäms den faskänsliga detektorn (PSD).

Utsignalen från den faskänsliga detektorn matas till styrenheten (CU). Balanseringsalgoritmen implementeras med hjälp av pulskodmetoden. Efter att balanseringsprocessen har slutförts, kommer fasförskjutningsfaktorn (PV)-koden att uttrycka fasförskjutningen mellan U1 och U2.

Majoriteten av moderna digitala fasmätare använder principen om diskret räkning.Denna metod fungerar i två steg: omvandling av fasförskjutningen till en signal med en viss varaktighet, och mät sedan varaktigheten av denna puls med hjälp av ett diskret nummer. Enheten innehåller en fas-till-puls-omvandlare, en tidsväljare (VS), en diskret formningspuls (f/fn), en räknare (MF) och en DSP.

En fas-till-puls-omvandlare bildas av U1 och U2 med en fasförskjutning Δφ rektangulära pulser U3 som en sekvens. Dessa pulser U3 har en repetitionshastighet och arbetscykel som motsvarar frekvensen och tidsförskjutningen för insignalerna Ul och U2. Pulserna U4 och U3 bildar diskreta avkänningspulser av perioden TO, vilka tillförs tidsväljaren. Tidsväljaren öppnar i sin tur under U3-pulsens varaktighet och cyklar genom U4-pulserna. Som ett resultat av utsignalen från tidsväljaren erhålls skurar av pulser U5, vars upprepningsperiod är T.

Räknaren (MF) räknar antalet pulser i seriepaketet U5, med resultatet att antalet pulser som tas emot vid räknaren (MF) är proportionell mot fasförskjutningen mellan U1 och U2. Koden från räknaren skickas till det centrala kontrollcentret, och enhetens avläsningar visas i grader med en noggrannhet på tiondelar, vilket uppnås av enhetens diskretion. Diskretionsfelet är relaterat till förmågan att mäta Δt med en noggrannhet av en pulsräkneperiod.

Digital cosinus phi medelvärdesberäkning av elektroniska fasmätare kan reducera felet genom att medelvärde över flera perioder T av testsignalen.Strukturen för den digitala medelfasmätaren skiljer sig från den diskreta kretsräkningen genom närvaron av ytterligare en tidsväljare (BC2), såväl som en pulsgenerator (GP) och en diskret pulsgenerator (PI).

Här inkluderar fasförskjutningsomvandlaren U5 en pulsgenerator (PI) och en tidsväljare (BC1). Under en kalibrerad tidsperiod Tk, mycket större än T, matas flera paket till anordningen, vid vars utgång flera paket bildas, detta är nödvändigt för att medelvärdesberäkna resultaten.

U6-pulserna har en varaktighet som är en multipel av T0, eftersom pulsformaren (PI) arbetar enligt principen att dividera frekvensen med en given faktor. Signal U6 pulserar öppnar tidsväljaren (BC2). Som ett resultat kommer flera paket till dess ingång. U7-signalen matas till räknaren (MF) som är kopplad till den centrala kontrollcentralen. Enhetens upplösning bestäms av uppsättningen U6.

Fasmätarens fel påverkas också av den dåliga noggrannheten för att fixera fasförskjutningen av omvandlaren under tidsintervallet för övergångsmomenten för signalerna U2 och U1 till nollor. Men dessa felaktigheter reduceras vid ett genomsnitt av resultatet av beräkningar för en period Tk, som är mycket större än perioden för de studerade insignalerna.

Vi hoppas att den här artikeln har hjälpt dig att få en allmän förståelse för hur fasmätare fungerar. Du kan alltid hitta mer detaljerad information i speciallitteratur, som det lyckligtvis finns mycket av på Internet idag.