第四章頻率和相位的測(cè)量第一節(jié)頻率的測(cè)量方法第二節(jié)

相位的測(cè)量方法第三節(jié)

電動(dòng)系頻率表第四節(jié)電動(dòng)系相位表第五節(jié)整步表

ElectricalMeasure本章要點(diǎn)本章主要介紹測(cè)量頻率的方法，以及傳統(tǒng)使用的電動(dòng)式頻率計(jì)、變換式頻率計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理。由于數(shù)字頻率計(jì)是今后測(cè)量頻率的主要手段，也是頻率計(jì)的發(fā)展方向。學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的頻率計(jì)，只是為了擴(kuò)大與增強(qiáng)測(cè)量中的變換概念。相位計(jì)和整步表是電力系統(tǒng)運(yùn)行中常用儀表，本章對(duì)其作一般性介紹，以供相關(guān)專業(yè)使用。

一、工頻的測(cè)量 1、電動(dòng)系頻率表：這種頻率表采用比率表型的結(jié)構(gòu)，例如D3-Hz型，它的標(biāo)尺特點(diǎn)是額定頻率位于標(biāo)尺中央，當(dāng)標(biāo)尺位置偏離中心時(shí)，表示頻率值產(chǎn)生偏移。

返回本章首頁第一節(jié)頻率的測(cè)量方法2、變換式頻率表：變換式頻率表由磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)和變換電路組成，變換電路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五個(gè)環(huán)節(jié)，通過變換電路，被測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為一定大小的直流電流，然后通過磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。微分電路整流電路指示儀表偏置電路雙向限幅返回本章首頁變換式頻率表工作原理

被測(cè)電壓經(jīng)穩(wěn)壓管雙向限幅并經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為尖脈沖，由于電容小充電時(shí)間短，可形成尖脈沖波，若用表示充電電流，則電流脈沖波形可用下式表示 通過磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流平均值為

由于電路中很小故上式可簡(jiǎn)化為 按式可知，通過磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流可以反映被測(cè)頻率的大小。

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變換式電動(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性

工頻頻率表所測(cè)量的頻率范圍并不要求從0開始，標(biāo)尺一般為45～55Hz、900～1100Hz等等。變換式頻率表可通過調(diào)節(jié)偏置電阻，改變機(jī)械零點(diǎn)的頻率讀數(shù)。得到相應(yīng)標(biāo)尺。以45～65Hz的頻率表為例，被測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)微分得到的電流方向是從上到下，經(jīng)過偏置電路的電流是從下到上，調(diào)節(jié)偏置電路使偏置電流平均值等于45Hz時(shí)輸入尖脈沖電流的平均值，則機(jī)械零點(diǎn)的頻率值就等于45Hz。選擇指示電表的靈敏度使?jié)M度為65Hz。返回本章首頁3、數(shù)字頻率表：返回本章首頁4、振簧式頻率表

早期還常用振簧式頻率表測(cè)量工頻頻率，振簧式頻率表是利用交流電磁鐵吸引一排機(jī)械振動(dòng)頻率不同的簧片，簧片固有振動(dòng)頻率與電源頻率相同時(shí)，產(chǎn)生共振的簧片振幅最大，從窗口看，好像簧片頂端被拉長?？梢詮漠a(chǎn)生共振的簧片位置讀出頻率值。

返回本章首頁二、低頻和高頻的測(cè)量

1.比較法

將被測(cè)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較，通過檢測(cè)差拍、李沙育圖形或混頻后的頻率求得被測(cè)頻率。差拍法李沙育圖形測(cè)頻率混頻法返回本章首頁

2.無源測(cè)量法無源測(cè)量法是指測(cè)量電路不需要另加電源，直接用被測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量如文氏電橋測(cè)頻率和諧振回路測(cè)頻率。諧振回路測(cè)頻率

文氏電橋測(cè)頻率返回本章首頁

相位含義相位一般是指兩個(gè)同頻率波形，過零點(diǎn)的時(shí)間差。而在工業(yè)供電系統(tǒng)中通常指電壓、電流兩波形過零點(diǎn)的時(shí)間差。因?yàn)橐粋€(gè)電壓、電流過零點(diǎn)的時(shí)間差角，對(duì)應(yīng)一個(gè)該角的余弦即功率因數(shù)，所以工業(yè)上測(cè)量相位角，與測(cè)量功率因數(shù)都可稱為相位測(cè)量。

測(cè)量相位方法

1.直接法：可用指示儀表，例如變換式、電動(dòng)式或數(shù)字式相位表進(jìn)行測(cè)量。

2.間接法：通過測(cè)量電壓、電流、功率求得I、U間的相位角。

3.比較法：可以用示波器測(cè)量?jī)蓚€(gè)波形間的相位差。返回本章首頁第二節(jié)相位的測(cè)量方法

一、用指示儀表測(cè)量相位

相位指示儀表有數(shù)字式相位表、電動(dòng)系相位表、變換式相位表等幾種類型。其中變換式相位表由電壓回路、電流回路和指示電路三部分構(gòu)成，通過檢流計(jì)的電流

式中

值與u、i相位差有關(guān)。因此可根據(jù)檢流計(jì)的電流值測(cè)得相位差。返回本章首頁當(dāng)u、i同相時(shí)變換式相位表波形返回本章首頁當(dāng)u、i相位差為90°時(shí)變換式相位表波形返回本章首頁通過表頭的電流可反映u、i間的相位

u、i同相時(shí)： 通過電表的電流平均值為零。在整個(gè)周期內(nèi)，指針都停在零點(diǎn)。

u、i相位差為90°時(shí)：通過電表的電流平均值最大，電表指針將停在最大位置。

u、i相位差不同： 電表指針將停在不同位置。

返回本章首頁二、用數(shù)字式相位表測(cè)量相位

數(shù)字式相位表是通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)波形通過零點(diǎn)時(shí)的時(shí)間差，并用數(shù)字形式顯示相位值的。應(yīng)該注意，指示儀表測(cè)量的相位，一般指工頻電路中電壓與電流之間的相位差角或cos。但廣義地說相位也可以指任何兩個(gè)波形(包括兩個(gè)電流波形、兩個(gè)電壓波形或電壓與電流波形)之間的相位差。不一定專指電壓波形與電流波形，數(shù)字式相位表就可用來測(cè)量任意兩個(gè)波之間的相位差。返回本章首頁三、用比較法測(cè)量相位差

比較法測(cè)量相位差可用示波器測(cè)其李沙育圖形，返回本章首頁四、間接法測(cè)相位

即根據(jù)功率公式間接求出，對(duì)于三相不平衡負(fù)載來講，相電路功率因數(shù)的含義是，P與S比值，其中P為功率表測(cè)出的三相總功率；S為用電壓表、電流表測(cè)出三相電壓、電流。

對(duì)于用電大戶，平均功率因數(shù)是指在一段時(shí)間內(nèi)功率因數(shù)的平均值，平均功率因數(shù)只能間接測(cè)量。平均功率因數(shù)=返回本章首頁一、電動(dòng)系頻率表的結(jié)構(gòu)

采用比率表型，兩可動(dòng)線圈空間錯(cuò)開90°。無工作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。被測(cè)頻率等于固定線圈回路的諧振頻率時(shí)，指針停在標(biāo)尺中心，即固定線圈軸線位置，標(biāo)尺兩邊示值分別為大于或小于諧振頻率的值。返回本章首頁第三節(jié) 電動(dòng)系頻率表二、電動(dòng)系頻率表工作原理按接線圖，兩可動(dòng)線圈所受力矩分別為

由于兩個(gè)力矩方向相反，當(dāng)平衡時(shí)兩者相等。聯(lián)立可得返回本章首頁三

.電動(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性

返回本章首頁一、電動(dòng)系相位表結(jié)構(gòu)

采用比率型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)可動(dòng)線圈在空間錯(cuò)開角。無工作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。適當(dāng)配置，可使指針即可動(dòng)線圈A的軸線位置與標(biāo)尺中心夾角等于被測(cè)U、I間的相位角。返回本章首頁第四節(jié) 電動(dòng)系相位表二、電動(dòng)系相位表工作原理

按接線圖，兩可動(dòng)線圈所受力矩分別為返回本章首頁

三、電動(dòng)系三相相位表

電動(dòng)系三相相位表與電動(dòng)系單相相位表的結(jié)構(gòu)完全相同，只是兩個(gè)可動(dòng)線圈所連接的元件不同，單相相位表接R、L元件，而三相相位表兩路都是接電阻，分別為。返回本章首頁

電動(dòng)系三相相位表工作原理

電動(dòng)系三相相位表只適用于負(fù)載對(duì)稱的三相三線制，使用時(shí)可動(dòng)線圈B1通過電阻接A、B相，可動(dòng)線圈

B2不接電感而是通過電阻接A、C相。從相量圖可知

指針偏轉(zhuǎn)角α是相位角φ

的函數(shù)，指針位置可直接反映相位角。返回本章首頁

四、相位表的使用

相位表的接法與功率表很相似，因此接線時(shí)要遵守“電源端”守則，由于固定線圈與負(fù)載串聯(lián)，所以額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流；可動(dòng)線圈的兩個(gè)支路與負(fù)載并聯(lián)，所以儀表額定電壓應(yīng)大于負(fù)載電壓。在上面推導(dǎo)中曾假定β=γ，而電流與電感的感抗有關(guān)，所以相位表必須使用在規(guī)定頻率范圍。若頻率變化，則感抗值變化，顯然上述條件就被破壞，必然造成儀表讀數(shù)誤差。返回本章首頁

一、1T1-S整步表的結(jié)構(gòu)

由固定線圈A、A2、A3和一個(gè)可動(dòng)的Z形鐵心組成，A做成圓筒狀套在軸套C上，A2、A3做成方扁形，互成90°夾角套在A的外面。轉(zhuǎn)軸可在軸套中轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸的上、下兩端，各固定一個(gè)扇形鐵片D、兩鐵片Z字形，鐵片受力時(shí)可帶動(dòng)軸和指針旋轉(zhuǎn)。返回本章首頁第五節(jié) 整步表二、1T1-S整步表的工作原理

測(cè)量時(shí)，將線圈A串接一電阻R，接在已在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的A、B相上。令電阻數(shù)值遠(yuǎn)大于線圈A的感抗，可認(rèn)為線圈A是一個(gè)電阻性電路，電壓與電流同相。線圈A2、A3分別與R1、R3串聯(lián)，然后與電阻R2接成一個(gè)不對(duì)稱星形，接在待并發(fā)電機(jī)的A、B、C三相上，電路連接如圖返回本章首頁線