《电气测量 第7版》课件第4章 频率与相位的测量

第四章频率与相位的测量第一节频率的测量方法第二节相位的测量方法第三节电动系频率表第四节电动系相位表第五节整步表第四章频率与相位的测量第四章目录本章主要介绍测量频率的方法，以及传统使用的电动式频率计、变换式频率计的结构与原理。由于数字频率计是今后测量频率的主要手段，也是频率计的发展方向。学习传统的频率计，只是为了扩大与增强测量中的变换概念。

相位计和整步表是电力系统运行中常用仪表，本章对其作一般性介绍，以供相关专业使用。第四章频率与相位的测量本章要点第四章频率与相位的测量第一节频率的测量方法第四章频率与相位的测量1.电动系频率表：这种频率表采用比率表型的结构，例如D3-Hz型，它的标尺特点是额定频率位于标尺中央，当标尺位置偏离中心时，表示频率值产生偏移。一.工频的测量第四章频率与相位的测量2.变换式频率表：变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成，变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进行测量。一.工频的测量双向限幅第四章频率与相位的测量变换式频率表工作原理一.工频的测量被测电压经稳压管双向限幅并经微分转换为尖脉冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波，若用？？？表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式表示:通过磁电系测量机构的电流平均值为:

按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映被测频率的大小。由于电路中RiC0<<T，故上式可简化为第四章频率与相位的测量变换式电动系频率表标尺特性一.工频的测量工频频率表所测量的频率范围并不要求从0开始，标尺一般为45～55Hz、900～1100Hz等等。变换式频率表可通过调节偏置电阻，改变机械零点的频率读数。得到相应标尺。以45～65Hz的频率表为例，被测输入信号经微分得到的电流方向是从上到下，经过偏置电路的电流是从下到上，调节偏置电路使偏置电流平均值等于45Hz时输入尖脉冲电流的平均值，则机械零点的频率值就等于45Hz。选择指示电表的灵敏度使满度为65Hz。第四章频率与相位的测量3.数字频率表：一.工频的测量第四章频率与相位的测量4.振簧式频率表一.工频的测量早期还常用振簧式频率表测量工频频率，振簧式频率表是利用交流电磁铁吸引一排机械振动频率不同的簧片，簧片固有振动频率与电源频率相同时，产生共振的簧片振幅最大，从窗口看，好像簧片顶端被拉长。可以从产生共振的簧片位置读出频率值。第四章频率与相位的测量1.比较法二.低频和高频的测量将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。李沙育图形测频率混频法差拍法第四章频率与相位的测量2.无源测量法二.低频和高频的测量无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如文氏电桥测频率和谐振回路测频率。谐振回路测频率文氏电桥测频率第四章频率与相位的测量第二节相位的测量方法第四章频率与相位的测量测量相位方法位一般是指两个同频率波形，过零点的时间差。而在工业供电系统中通常指电压、电流两波形过零点的时间差。因为一个电压、电流过零点的时间差角，对应一个该角的余弦即功率因数，所以工业上测量相位角，与测量功率因数都可称为相位测量。相位含义：间接法：通过测量电压、电流、功率求得I、U间的相位角。直接法：可用指示仪表，例如变换式、电动式或数字式相位表进行测量。比较法：可以用示波器测量两个波形间的相位差。第四章频率与相位的测量一.用指示仪表测量相位相位指示仪表有数字式相位表、电动系相位表、变换式相位表等几种类型。其中变换式相位表由电压回路、电流回路和指示电路三部分构成，通过检流计的电流：式中值与u、i相位差有关。因此可根据检流计的电流值测得相位差。第四章频率与相位的测量一.用指示仪表测量相位当u、i同相时变换式相位表波形第四章频率与相位的测量一.用指示仪表测量相位当u、i相位差为90°时变换式相位表波形第四章频率与相位的测量一.用指示仪表测量相位u、i同相时：电表指针将停在不同位置。通过表头的电流可反映u、i间的相位u、i相位差为90°时：通过电表的电流平均值为零。在整个周期内，指针都停在零点。通过电表的电流平均值最大，电表指针将停在最大位置。u、i相位差不同：第四章频率与相位的测量二.用数字式相位表测量相位数字式相位表是通过测量两个波形通过零点时的时间差，并用数字形式显示相位值的。应该注意，指示仪表测量的相位，一般指工频电路中电压与电流之间的相位差角或cosφ。但广义地说相位也可以指任何两个波形(包括两个电流波形、两个电压波形或电压与电流波形)之间的相位差。不一定专指电压波形与电流波形，数字式相位表就可用来测量任意两个波之间的相位差。第四章频率与相位的测量三.用比较法测量相位差比较法测量相位差可用示波器测其李沙育图形。第四章频率与相位的测量四.间接法测相位即根据功率公式=对于三相不平衡负载来讲，相电路功率因数的含义是，P与S比值，其中P为功率表测出的三相总功率；S为用电压表、电流表测出三相电压、电流。对于用电大户，平均功率因数是指在一段时间内功率因数的平均值，平均功率因数只能间接测量。即根据功率公式间接求出第四章频率与相位的测量第三节电动系频率表第四章频率与相位的测量一.电动系频率表的结构采用比率表型，两可动线圈空间错开90°。无工作时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回路的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线圈轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐振频率的值。第四章频率与相位的测量二.电动系频率表工作原理按接线图，两可动线圈所受力矩分别为由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联立可得由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联立可得第四章频率与相位的测量三.电动系频率表标尺特性第四章频率与相位的测量第四节电动系相位表第四章频率与相位的测量一.电动系相位表的结构采用比率型结构，两个可动线圈在空间错开γ角。无工作时呈随遇平衡状态。适当配置R1、L1，可使指针即可动线圈A的轴线位置与标尺中心夹角等于被测U、I间的相位角。第四章频率与相位的测量二.电动系相位表工作原理按接线图，两可动线圈所受力矩分别为第四章频率与相位的测量三.电动系三相相位表电动系三相相位表与电动系单相相位表的结构完全相同，只是两个可动线圈所连接的元件不同，单相相位表接R、L元件，而三相相位表两路都是接电阻，分别为R1

、R2

。第四章频率与相位的测量工作原理电动系三相相位表只适用于负载对称的三相三线制，使用时可动线圈B1通过电阻接A、B相，可动线圈B2不接电感而是通过电阻接A、C相。从相量图可知指针偏转角α是相位角φ的函数，指针位置可直接反映相位角。三.电动系三相相位表第四章频率与相位的测量相位表的接法与功率表很相似，因此接线时要遵守“电源端”守则，由于固定线圈与负载串联，所以额定电流应大于负载电流；可动线圈的两个支路与负载并联，所以仪表额定电压应大于负载电压。在上面推导中曾假定β=γ，而电流与电感的感抗有关，所以相位表必须使用在规定频率范围。若频率变化，则感抗值变化，显然上述条件就被破坏，必然造成仪表读数误差。四.相位表的使用第四章频率与相位的测量第五节整步表第四章频率与相位的测量一.1T1-S型整步表的结构由固定线圈A、A2、A3和一个可动的Z形铁心组成，A做成圆筒状套在轴套C上，A2、A3做成方扁形，互成90°夹角套在A的外面。转轴可在轴套中转动，在转轴的上、下两端，各固定一个扇形铁片D、两铁片Z字形，铁片受力时可带动轴和指针旋转。第四章频率与相位的测量二.1T1-S型整步表的工作原理测量时，将线圈A串接一电阻R，接在已在运行的发电机或电网的A、B相上。令电阻数值远大于线圈A的感抗，可认为线圈A是一个电阻性电路，电压与电流同相。线圈A2、A3分别与R1、R3串联，然后与电阻R2接成一个不对称星形，接在待并发电机的A、B、C三相上，电路连接如图：第四章频率与相位的测量二.1T