相位计 - 用途、类型、装置和作用原理

一种电测量装置称为相位计，其功能是测量两个恒定频率的电振荡之间的相位角。例如，使用相量表，您可以测量三相电压网络中的相角。相位计通常用于确定任何电气装置的功率因数余弦 phi。因此，相位计广泛用于各种电气和电子设备和仪器的开发、调试和操作。

当相量连接到被测电路时，设备连接到电压电路和电流测量电路。对于三相供电网络，相量通过电压连接到三相，通过电流连接到电流互感器的次级绕组也是三相。

根据相位计的设备，当它也通过电压和电流连接到三相时 - 仅连接到两相时，它的连接的简化方案也是可能的。然后通过仅添加两个电流（两个测量相位）的矢量来计算第三相。相位计的用途—— 余弦 phi 测量 （功率因数），所以在普通语言中它们也被称为“余弦表”。

今天，您可以找到两种类型的相位计：电动式和数字式。电动或电磁相位计基于一种简单的方案，具有用于测量相移的比例机制。两个彼此刚性连接的框架，其间的角度为 60 度，固定在支架中的轴上，并且没有相反的机械力矩。

在某些条件下，通过改变这两个框架电路中电流的相移以及这些框架彼此的连接角度来设置，测量设备的可移动部分旋转一个相等的角度到相位角。设备的线性刻度允许您记录测量结果。

让我们看一下电动相位计的工作原理。它有一个电流 I 的固定线圈和两个动圈。电流 I1 和 I2 流过每个动圈。流动的电流在固定线圈和移动线圈中产生磁通量。因此，线圈的相互作用磁通量产生两个转矩M1和M2。

这些力矩的值取决于两个线圈的相对位置，取决于测量装置运动部分的旋转角度，并且这些力矩指向相反的方向。力矩的平均值取决于流过动圈的电流（I1 和 I2）、流过静止线圈的电流（I）、动圈电流相对于线圈的相移角固定线圈中的电流 (ψ1 和 ψ2 ) 和绕组的设计参数。

结果，设备的可移动部分在这些力矩的作用下旋转，直到平衡出现，这是由旋转产生的力矩相等引起的。相位计刻度可以根据功率因数进行校准。

电动相位计的缺点是读数对频率的依赖性以及所研究源的大量能量消耗。

数字相位计可以多种方式实现。例如，补偿相位计即使在手动模式下运行也具有很高的精度，但要考虑其工作原理。有两个正弦电压 U1 和 U2，您需要知道它们之间的相移。

电压 U2 提供给移相器 (PV)，移相器由控制单元 (UU) 的代码控制。 U3 和 U2 之间的相移逐渐改变，直到达到 U1 和 U3 同相的条件。通过调整 U1 和 U3 之间相移的符号，确定相敏检测器 (PSD)。

相敏检测器的输出信号被馈送到控制单元 (CU)。平衡算法是使用脉冲编码方法实现的。平衡过程完成后，相移系数 (PV) 代码将表示 U1 和 U2 之间的相移。

大多数现代数字相位计都使用离散计数原理。该方法分两步进行：将相移转换为一定持续时间的信号，然后使用离散数测量该脉冲的持续时间。该器件包含一个相脉冲转换器、一个时间选择器 (VS)、一个离散整形脉冲 (f/fn)、一个计数器 (MF) 和一个 DSP。

相脉冲转换器由 U1 和 U2 形成，相移为 Δφ 矩形脉冲 U3 作为序列。这些脉冲U3具有对应于输入信号U1和U2的频率和时间偏移的重复率和占空比。脉冲 U4 和 U3 形成周期为 T0 的离散感测脉冲，应用于时间选择器。时间选择器依次在 U3 脉冲持续时间内打开并循环通过 U4 脉冲。作为时间选择器输出的结果，获得脉冲串 U5，其重复周期为 T。

计数器 (MF) 对串行数据包 U5 中的脉冲数进行计数，结果是计数器 (MF) 接收到的脉冲数与 U1 和 U2 之间的相移成正比。来自计数器的代码被发送到中央控制中心，设备的读数以度数显示，精度为十分之一，这是通过设备的自由度来实现的。离散误差与以一个脉冲计数周期的精度测量 Δt 的能力有关。

数字余弦 phi 平均电子相位计可以通过对测试信号的几个周期 T 进行平均来减少误差。数字平均相位计的结构与离散电路计数的不同之处在于多了一个时间选择器 (BC2)，以及一个脉冲发生器 (GP) 和一个离散脉冲发生器 (PI)。

这里，移相转换器U5包括脉冲发生器(PI)和时间选择器(BC1)。对于比 T 大得多的校准时间段 Tk，多个数据包被馈送到设备，在其输出端形成几个数据包，这对于平均结果是必要的。

U6 脉冲的持续时间是 T0 的倍数，因为脉冲整形器 (PI) 的工作原理是将频率除以给定因子。信号 U6 脉冲打开时间选择器 (BC2)。结果，几个数据包到达了它的输入端。 U7 信号被馈送到连接到中央控制中心的计数器 (MF)。设备的分辨率由U6的设置决定。

相位计的误差还受转换器在信号U2和U1过零时刻的时间间隔期间固定相移的精度差的影响。但是，当对周期 Tk 的计算结果进行平均时，这些不准确度会降低，Tk 比所研究的输入信号的周期大得多。

我们希望本文能帮助您大致了解相位计的工作原理。您总是可以在特殊文献中找到更详细的信息，幸运的是，今天在 Internet 上有很多。