Đồng hồ đo pha - mục đích, loại, thiết bị và nguyên tắc hoạt động

Dụng cụ đo điện gọi là máy đo pha, chức năng của dụng cụ này là đo góc pha giữa hai dao động điện có tần số không đổi. Ví dụ: sử dụng máy đo pha, bạn có thể đo góc pha trong mạng điện áp ba pha. Đồng hồ đo pha thường được sử dụng để xác định hệ số công suất, cosin phi, của bất kỳ hệ thống lắp đặt điện nào. Do đó, đồng hồ đo pha được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển, vận hành và vận hành các thiết bị và thiết bị điện và điện tử khác nhau.

Khi phasor được kết nối với mạch đo, thiết bị được kết nối với mạch điện áp và mạch đo dòng điện. Đối với mạng cung cấp ba pha, phasor được kết nối bằng điện áp với ba pha và bằng dòng điện với cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng cũng trong ba pha.

Tùy thuộc vào thiết bị của đồng hồ đo pha, cũng có thể có sơ đồ kết nối đơn giản hóa, khi nó cũng được kết nối với ba pha bằng điện áp và bằng dòng điện - chỉ với hai pha.Pha thứ ba sau đó được tính bằng cách cộng các vectơ chỉ của hai dòng điện (hai pha được đo). Mục đích của máy đo pha — phép đo cosin phi (hệ số công suất), nên trong ngôn ngữ thông thường chúng còn được gọi là «máy đo cosine».

Ngày nay, bạn có thể tìm thấy máy đo pha gồm hai loại: điện động và kỹ thuật số. Máy đo pha điện động hoặc điện từ dựa trên một sơ đồ đơn giản với cơ chế tỷ lệ thuận để đo sự dịch pha. Hai khung được gắn chặt với nhau, góc giữa chúng là 60 độ, được cố định trên các trục trong giá đỡ và không có mô men cơ học đối nghịch.

Trong các điều kiện nhất định, được thiết lập bằng cách thay đổi độ lệch pha của dòng điện trong mạch của hai khung này, cũng như góc gắn của các khung này với nhau, phần di động của thiết bị đo được quay một góc bằng nhau. đến góc pha. Thang đo tuyến tính của thiết bị cho phép bạn ghi lại kết quả đo.

Hãy xem nguyên lý hoạt động của máy đo pha điện động. Nó có một cuộn dây cố định dòng điện I và hai cuộn dây chuyển động. Dòng điện I1 và I2 chạy qua mỗi cuộn dây chuyển động. Các dòng điện chạy qua tạo ra các từ thông trong cả cuộn dây cố định và cuộn dây chuyển động. Theo đó, các từ thông tương tác của các cuộn dây tạo ra hai ngẫu lực M1 và M2.

Giá trị của những khoảnh khắc này phụ thuộc vào vị trí tương đối của hai cuộn dây, vào góc quay của phần chuyển động của thiết bị đo và những khoảnh khắc này có hướng ngược nhau.Giá trị trung bình của các khoảnh khắc phụ thuộc vào dòng điện chạy trong cuộn dây chuyển động (I1 và I2), dòng điện chạy trong cuộn dây đứng yên (I), vào góc lệch pha của dòng điện trong cuộn dây chuyển động so với dòng điện trong cuộn tĩnh (ψ1 và ψ2 ) và trên các cuộn dây của các thông số thiết kế.

Do đó, phần di động của thiết bị quay dưới tác động của những khoảnh khắc này cho đến khi xảy ra trạng thái cân bằng, gây ra bởi sự bằng nhau của các khoảnh khắc do chuyển động quay. Thang đo pha có thể được hiệu chỉnh theo hệ số công suất.

Nhược điểm của máy đo pha điện động là sự phụ thuộc của số đọc vào tần số và mức tiêu thụ năng lượng đáng kể từ nguồn được nghiên cứu.

Máy đo pha kỹ thuật số có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, máy đo pha bù có độ chính xác cao mặc dù nó chạy ở chế độ thủ công, tuy nhiên, hãy xem xét cách thức hoạt động của nó. Có hai điện áp hình sin U1 và U2, sự lệch pha giữa chúng mà bạn cần biết.

Điện áp U2 được cung cấp cho bộ dịch pha (PV), được điều khiển bằng mã từ bộ điều khiển (UU). Sự lệch pha giữa U3 và U2 thay đổi dần dần cho đến khi đạt được điều kiện U1 và U3 cùng pha. Bằng cách điều chỉnh dấu hiệu của sự lệch pha giữa U1 và U3, bộ tách sóng nhạy pha (PSD) được xác định.

Tín hiệu đầu ra của bộ dò nhạy pha được đưa đến bộ điều khiển (CU). Thuật toán cân bằng được thực hiện bằng phương pháp mã xung. Sau khi quá trình cân bằng hoàn tất, mã hệ số dịch pha (PV) sẽ thể hiện sự dịch pha giữa U1 và U2.

Phần lớn các máy đo pha kỹ thuật số hiện đại sử dụng nguyên tắc đếm rời rạc.Phương pháp này hoạt động theo hai bước: chuyển đổi độ lệch pha thành tín hiệu có thời lượng nhất định, sau đó đo thời lượng của xung này bằng một số riêng biệt. Thiết bị chứa bộ chuyển đổi pha-xung, bộ chọn thời gian (VS), xung định hình rời rạc (f / fn), bộ đếm (MF) và DSP.

Bộ biến đổi pha-xung được hình thành từ U1 và U2 với độ lệch pha Δφ xung hình chữ nhật U3 như một chuỗi. Các xung U3 này có tốc độ lặp lại và chu kỳ hoạt động tương ứng với tần số và thời gian bù của các tín hiệu đầu vào U1 và U2. Các xung U4 và U3 tạo thành các xung cảm giác rời rạc trong khoảng thời gian T0 được áp dụng cho bộ chọn thời gian. Bộ chọn thời gian lần lượt mở ra trong khoảng thời gian của xung U3 và quay vòng qua các xung U4. Kết quả là đầu ra của bộ chọn thời gian thu được các đợt xung U5, chu kỳ lặp lại là T.

Bộ đếm (MF) đếm số xung trong gói nối tiếp U5, với kết quả là số xung nhận được tại bộ đếm (MF) tỷ lệ với độ lệch pha giữa U1 và U2. Mã từ bộ đếm được gửi đến trung tâm điều khiển trung tâm và số đọc của thiết bị được hiển thị theo độ với độ chính xác là một phần mười, đạt được bằng mức độ tùy ý của thiết bị. Sai số rời rạc liên quan đến khả năng đo Δt với độ chính xác của một khoảng thời gian đếm xung.

Đồng hồ đo pha điện tử lấy trung bình cosine phi kỹ thuật số có thể giảm sai số bằng cách lấy trung bình trong một vài chu kỳ T của tín hiệu thử nghiệm.Cấu trúc của máy đo pha trung bình kỹ thuật số khác với số đếm mạch rời rạc bởi sự hiện diện của một bộ chọn thời gian khác (BC2), cũng như bộ tạo xung (GP) và bộ tạo xung rời rạc (PI).

Ở đây, bộ biến đổi lệch pha U5 bao gồm bộ tạo xung (PI) và bộ chọn thời gian (BC1). Trong một khoảng thời gian hiệu chuẩn Tk, lớn hơn nhiều so với T, một số gói được đưa vào thiết bị, ở đầu ra của một số gói được hình thành, điều này là cần thiết để tính trung bình các kết quả.

Các xung U6 có thời lượng là bội số của T0, vì bộ tạo xung (PI) hoạt động theo nguyên tắc chia tần số cho một hệ số nhất định. Tín hiệu xung U6 mở bộ chọn thời gian (BC2). Kết quả là, một số gói đến đầu vào của nó. Tín hiệu U7 được đưa đến bộ đếm (MF) được kết nối với trung tâm điều khiển trung tâm. Độ phân giải của thiết bị được xác định bởi bộ U6.

Lỗi của đồng hồ đo pha cũng bị ảnh hưởng bởi độ chính xác kém của việc sửa lỗi dịch pha bằng bộ chuyển đổi trong khoảng thời gian của các thời điểm chuyển đổi tín hiệu U2 và U1 qua các số không. Nhưng những điểm không chính xác này giảm đi khi lấy trung bình kết quả tính toán trong khoảng thời gian Tk, lớn hơn nhiều so với khoảng thời gian của tín hiệu đầu vào được nghiên cứu.

Chúng tôi hy vọng bài viết này đã giúp bạn có được hiểu biết chung về cách thức hoạt động của đồng hồ đo pha. Bạn luôn có thể tìm thấy thông tin chi tiết hơn trong các tài liệu đặc biệt, may mắn thay, có rất nhiều trên Internet ngày nay.