Virran ja jännitteen välisen vaihesiirron mittaus. Mikä määrittää jännitteen ja virran vaihekulman piirissä?

Vaihesiirto on dimensioton suure, ja se voidaan mitata radiaaneina (asteina) tai jakson murto-osina. Jatkuvalla, erityisesti nollavaihesiirrolla, he sanovat synkronisuudesta kaksi prosessia tai kahden muuttujalähteen synkronointi.

Vaihe (vaihekulma) on kulma $\backslash varphi\; =\; 2\; \backslash pi\; \backslash frac\; (t)\; (T)\; ,$ Missä $T$- kausi, $t$- vaihesiirtojakson murto-osa, kun sinimuodot ovat päällekkäin. Joten jos käyriä (muuttuvia suureita - siniaaltoja: värähtelyjä, virtoja) siirretään suhteessa toisiinsa neljännesjakson verran, niin sanotaan, että ne ovat siirtyneet vaiheittain $\backslash frac\; (\backslash pi)\; (2)\; ~\; (90^\backslash circ)\; ,$ jos kahdeksasosa (osuus) jaksosta, niin se tarkoittaa $\backslash frac\; (\backslash pi)\; (4)$ jne.
Kun puhutaan useista epävaiheisista siniaaleista, teknikot puhuvat virta- tai jännitevektoreista. Vektorin pituus vastaa siniaallon amplitudia ja vektorien välinen kulma vastaa vaihesiirtoa. monet tekniset laitteet ei anna meille yksinkertaista sinimuotoista virtaa, vaan sellaista, jonka käyrä on useiden siniaaltojen summa (vastaavasti vaiheittain siirtyneenä).

Muuntajan toisiokäämeissä indusoitunut EMF minkä tahansa virranmuodon osalta osuu vaiheelta ja muodoltaan yhteen ensiökäämin EMF:n kanssa. Kun käämit kytketään päälle vastavaiheessa, muuntaja muuttaa hetkellisen jännitteen polariteetin päinvastaiseksi, sinimuotoisen jännitteen tapauksessa se siirtää vaihetta 180°. Käytetään Meissner-generaattorissa jne.

Kirjoita arvostelu artikkelista "Phase Shift"

Huomautuksia

Katso myös

Ote, joka kuvaa vaihemuutosta

Vaihesiirron mittayksiköt ovat radiaani ja aste:

1° = π/180 rad.

Luetteloluokituksessa elektroniset vaihe-eron ja ryhmäviiveen mittarit on merkitty seuraavasti: F1 - vakiolaitteet, F2 - vaihemittarit, FZ - mittaavat vaiheensiirtimet, F4 - ryhmäviivemittarit, F5 - korrelaatiomittarit.

Etupaneelissa olevissa sähkömekaanisissa vaihemittareissa on merkki ∆φ.

Vaihe kuvaa harmonisen prosessin tilaa Tämä hetki aika:

u(t) = U m synti (ωt+ φ).

Vaihe on sinifunktion koko argumentti ( ωt+ φ). Tyypillisesti ∆φ mitataan saman taajuuden värähtelyille:

u 1(t) =U m synti( ωt+ φ 1);

u 2(t) =U m synti( ωt+ φ 2).

Tässä tapauksessa vaihesiirto

∆φ = ( ωt+ φ 1) - ( ωt- φ 2) = φ 1 - φ 2 (5.10)

Yksinkertaistamisen vuoksi otamme yhden värähtelyn alkuvaiheen nollaksi (esimerkiksi φ 2 = 0), sitten ∆φ = φ 1.

Yllä oleva vaihesiirron käsite koskee vain harmonisia signaaleja. Ei-harmonisiin (pulssi) signaaleihin voidaan soveltaa aikasiirtymän (viiveajan) käsitettä t 3), jonka kaaviot on esitetty kuvassa. 5.6.

Riisi. 5.6. Stressikaaviot ajansiirrolla

Vaihesiirtomittausta käytetään laajasti teollisilla ja ultrakorkeilla taajuuksilla, ts. koko taajuusalueella.

Vaihesiirto tapahtuu esimerkiksi nelinapaisen verkon tulo- ja lähtöjännitteiden välillä sekä AC-virtapiireissä virran ja jännitteen välillä ja määrittää tehokertoimen (cos φ) ja siten tehon piirissä. opiskella.

Vaihesiirron mittaamiseen teollisilla taajuuksilla käytetään laajalti sähködynaamisten ja ferrodynaamisten järjestelmien sähkömekaanisia vaihemittareita. Tällaisten vaihemittareiden haittoja ovat suhteellisen suuri virrankulutus signaalilähteestä ja lukemien riippuvuus taajuudesta. Sähkömekaanisten vaihemittareiden suhteellinen pienempi virhe on enintään ±0,5 %.

Riippuen vaihesiirron ja signaalitaajuuden mittaustarkkuudesta, käytetään yhtä seuraavista menetelmistä: oskillografinen (yksi kolmesta), kompensointi, elektroninen diskreetti laskentamenetelmä, menetelmä vaihesiirron muuntamiseksi virtapulsseiksi, mittausmenetelmä vaihemittareilla perustuu mikroprosessorijärjestelmään, menetelmä signaalin taajuusmuunnos.

Oskillografiset menetelmät, puolestaan ​​​​jaetaan kolmeen: lineaarinen skannaus, sinimuotoinen skannaus (ellipsi) ja ympyräskannaus.

Toteutusta varten lineaarinen pyyhkäisymenetelmä käytä kaksikanavaista tai kaksisäteistä oskilloskooppia (tai yksisäteistä oskilloskooppia, jossa on elektroninen kytkin). Näyttö tuottaa kuvan sinimuotoisista signaaleista (kuva 5.7).

Riisi. 5.7. Kahden sinimuotoisen signaalin oskilogrammit mitattaessa vaihesiirtoa lineaarisella pyyhkäisymenetelmällä

Signaalit u 1(t)Ja u 2(t) syötetään oskilloskoopin tuloihin Y1 ja Y2. Oskillogrammien liikkumattomuuden varmistamiseksi on tarpeen synkronoida pyyhkäisy yhden tutkittavan signaalin kanssa.

Mitattujen segmenttien mukaan 0 a ja 0 b vaihesiirto lasketaan suhteesta

(5.11)

Lineaarinen pyyhkäisymenetelmä mahdollistaa vaihesiirron etumerkin määrittämisen ja kattaa sen koko mittausalueen - 0...360°. Menetelmän virhe on ± (5...7°) ja sen määrää avautumisjännitteen epälineaarisuus, segmenttien 0 lineaaristen mittojen mittausvirhe. A ja 0 b, tarkennuksen laatu ja säteen kirkkaus (eli käyttäjän taito).

Sinipyyhkäisymenetelmä toteutettu yhdellä; sädeoskilloskooppi. Testatut jännitesignaalit u 1 (t) Ja u2(t) syötetään oskilloskoopin X- ja Y-tuloihin, kun sisäinen lineaarinen pyyhkäisygeneraattori on kytketty pois päältä. Näytölle ilmestyy ellipsin muotoinen kuvio (kuva 5.8), jonka muoto riippuu kahden jännitteen välisestä vaihesiirrosta ja niiden amplitudeista. Vaihesiirto määräytyy kaavan mukaan

(5.12)

Riisi. 5.8. Tuloksena oleva oskillogrammi, kun mitataan vaihesiirtoa sinimuotoisella pyyhkäisymenetelmällä

Virheen pienentämiseksi amplitudit tasataan ennen mittausta X t Ja Ym niiden tasainen säätö kanavia Y ja X pitkin.

Sinimuotoisella pyyhkäisymenetelmällä voit mitata vaihesiirron alueella 0...180° etumerkkiä määrittämättä.

Virhe ∆φ:n mittauksessa sinimuotoisella pyyhkäisymenetelmällä (ellipsimenetelmällä) riippuu yhtälöön (5.12) sisältyvien segmenttien mittaustarkkuudesta, tarkennuksen laadusta ja säteen kirkkaudesta CRT-näytöllä. Näillä syillä on huomattava vaikutus vaihesiirrossa lähellä nollaa ja 90°.

Molemmat tarkasteltavat menetelmät ovat epäsuoria ja melko työvoimavaltaisia.

Pyöreä skannausmenetelmä - kätevin oskillografinen menetelmä vaihesiirron mittaamiseen. Tällöin vaihesiirtymän etumerkki määritetään koko kulman mittausalueella (0...360°). Mittausvirhe on vakio koko alueella.

Oskilloskoopin lohkokaavio vaihesiirron mittaamiseksi pyöreäpyyhkäisymenetelmällä on esitetty kuvassa. 5.9, A.

Riisi. 5.9. Lohkokaavio pyöreän skannausmenetelmän toteutuksesta (a), kulman lukeminen (b) ja sinimuotoisten signaalien kaaviot (V) vaihesiirtoa mitatessa

Oskilloskoopin X- ja Y-tuloihin syötetään sinimuotoisia jännitesignaaleja U 1 Ja U 3, siirretty suhteessa toisiinsa 90° käyttämällä vaiheensiirrintä, joka koostuu vastuksesta ja kondensaattorista. Jos varren vastukset ovat samat, jänniteamplitudit U 1 Ja U 3 ovat myös yhtä suuret ja näytöllä näkyy ympyrän muotoinen oskillogrammi (kuva 5.9, b).

Vertailukelpoiset signaalit u 1 (t) Ja u2(t) syötetään kahden identtisen muotoilijan tuloihin, jotka muuttavat sinimuotoiset jännitteet lyhyiden unipolaaristen pulssien sarjaksi jännitteellä U 4 Ja U 5(Kuva 5.9 , V) jyrkillä etuosilla. Pulssien alku on sama kuin sinusoidien siirtymähetki aika-akselin poikki niiden kasvaessa. Signaalit jännitteellä U 4 Ja U 5 saapuvat TAI-logiikkapiiriin, jossa ne summataan ja ulostuloon ilmestyy pulssisarja jännitteineen U6, jotka syötetään putken ohjauselektrodille (modulaattorille), joka säätelee säteen kirkkautta pisteissä 1 ja 2, ja lisääntynyttä kirkkautta havaitaan ympyrässä pisteissä 1 ja 2.

Vaihesiirto signaalien välillä tapahtuu seuraavasti (katso kuva 5.9, b). Mittattaessa läpinäkyvän astelevyn keskikohta on kohdistettu ympyrän keskipisteeseen, jonka kokonaiskehä vastaa 360°. Kaudella T tutkittavat signaalit jännitteellä U 1 Ja U 2 elektronisuihku kuvaa ympyrää. Säde kuvaa pisteiden 1 ja 2 välistä kaaria, jonka pituus on tietty kulma α, näiden signaalien viiveajan aikana: ∆ t =∆φ T/ 360°, mistä α= ∆φ.

Absoluuttinen mittausvirhe ympyräskannausmenetelmää käytettäessä on 2...5° ja riippuu ympyrän keskipisteen määritystarkkuudesta, vaihesiirtymän mittaustarkkuudesta astemittarilla ja molempien vastekynnyksen identtisyydestä. muotoilijoita.

Korvausmenetelmä(peittokuvamenetelmä) toteutetaan oskilloskoopilla. Menetelmäkaavio on esitetty kuvassa. 5.10, A.

Riisi. 5.10. Järjestelmä korvausmenetelmän toteuttamiseksi ( A) ja oskillogrammi (6) vaihesiirtoa mitatessa

Signaalit jännitteellä U 1 Ja U 2 syötetään oskilloskoopin Y- ja X-tuloihin ja Y-tuloon - asteitetun vaiheensiirtimen kautta ja suoraan X-tuloon.

Vaiheensiirto testijännitteiden välillä U 1 Ja U 2 määritetään muuttamalla signaalin vaihetta jännitteellä U 3 vaiheensiirrin, kunnes näytölle tulee suora kalteva viiva (kuva 5.10, b), mikä osoittaa, että molempien signaalien vaiheet ovat yhtä suuret. Määritetty vaihesiirto ∆φ lasketaan vaiheensiirtimen asteikolla ensisijaiseen asemaan nähden, mikä vastaa 180° vaihekiertoa. Mittausvirheen vähentämiseksi on tarpeen korjata oskilloskooppisäteen pysty- ja vaakapoikkeutuskanavien vahvistimien synnyttämät vaihesiirrot. Tämä toimenpide suoritetaan samassa järjestyksessä kuin mitattaessa vaihesiirtoa sinimuotoisella pyyhkäisymenetelmällä (katso kuva 5.8). Elektronista volttimittaria voidaan käyttää nollamittarina.

Mittausvirhe kompensointimenetelmällä on pieni (0,2...0,5°) ja määräytyy pääasiassa vaiheensiirtimen kalibroinnin laadusta.

Kompensointimenetelmää käytetään myös mikroaaltoalueella mitattaessa minkä tahansa mikroaaltoreitille lisättävän elementin (suodatin, aaltoputkiosa) aiheuttamaa vaihesiirtoa. Vaihesiirron mittaamisen lohkokaavio kompensointimenetelmällä on esitetty kuvassa 5.11.

Riisi. 5.11. Lohkokaavio vaihesiirron mittaamisesta mikroaaltoalueella kompensointimenetelmällä

Mittausprosessi suoritetaan seuraavassa järjestyksessä. Kun testielementti Z on irrotettu, mikroaaltopolku vaiheensiirtimen lähdössä oikosuljetaan pistokkeella. Kun generaattori käynnistetään, polulle muodostuu seisova aalto. Vähimmäisestä lähtien seisova aalto on voimakkaampi kuin maksimi, niin vaiheensiirrintä säätämällä seisovan aallon solmua siirretään suhteessa anturin poikittaistasoon siten, että tasasuuntaajalaite (millimetrimittari) näyttää minimin ja φ 1:n lukemat, vaiheensiirrin. , huomioidaan. Sitten vaiheensiirtimen ja pistokkeen väliin kytketään testielementti Z, mikä luo seisovan aallon jännitesolmun siirtymän, ja jälleen vaiheensiirtimellä saavutetaan indikaattorin vähimmäislukema, joka on φ 2 laskettuna vaiheensiirtimen asteikko.

Tutkittavan elementin Z tuoma vaihesiirto mikroaaltoreitille määritetään kaavalla

Vaiheensiirtimen ja anturin sijasta voidaan käyttää mittauslinjaa tarkasteltavassa piirissä. Kuvattu kompensointimenetelmä on epäsuora.

Kaksikanavaisella vaihemittarilla voit mitata vaihesiirron suoraan. Kaksikanavaisen vaihemittarin toimintaperiaate perustuu vaihesiirron muuntamiseen suorakulmaisiksi pulsseiksi. Kuvassa on esitetty kaksikanavaisen vaihemittarin lohkokaavio, sen toimintaa selittävät signaalien ajoituskaaviot sekä kaavio suhteellisesta ∆φ-ilmaisimen lukemista. 5.12

Riisi. 5.12 Kaksikanavaisen vaihemittarin lohkokaavio ( A), signaalin ajoituskaaviot, jotka selittävät sen toiminnan (6) ja kaavio indikaattorilukemista suhteessa arvoon ∆φ ( V)

Vaihemittari koostuu muuntimesta ∆φ aikasiirtymäksi ∆ t, yhtä suuri kuin haluttu vaihesiirto ∆φ ja mittausosoitin. Muunnin koostuu kahdesta identtisestä signaalinmuuntimesta ja summaimesta, jota käytetään liipaisimena.

Testatut jännitesignaalit U 1 Ja U 2 vaihesiirrolla ∆φ syötetään kahden identtisen muotoilijan tuloihin, jotka muuttavat saapuvat sinimuotoiset signaalit lyhyiden pulssien sarjaksi jännitteellä U 3 Ja U4. Pulssit jännitteellä U 3 laukaisee liipaisimen ja jännitepulsseja U 4 aseta se alkuperäiseen asentoonsa. Tämän seurauksena ulostuloon muodostuu jaksollinen pulssisarja, jonka toistojakso ja kesto ovat yhtä suuret kuin toistojakso T ja aikasiirto ∆ t tutki signaaleja amplitudilla Olen.

Mittausindikaattorina käytetään useimmiten magnetosähköisen järjestelmän mikroampeeria, jonka lukemat ovat verrannollisia keskimääräiseen virran arvoon signaalin toistojakson aikana. T.

Kuten aikakaaviosta näkyy I = f (t) ( katso kuva. 5.12, b), mittauslaitteen piirissä saadaan suorakaiteen muotoisia pulsseja, joiden kesto on ∆ t. Näin ollen laitteiden läpi kulkevan virran keskiarvo ajanjakson aikana on verrannollinen kaksinkertaiseen suhteelliseen aikaväliin:

Kaaviosta (katso kuva 5.12, b) tästä seuraa, että vaihesiirto tutkittujen signaalien välillä jännitteellä U 1 Ja U 2 vastaa aikasiirtymää ∆ t ja voidaan ilmaista kaavalla

josta seuraa, että vaihekulma riippuu lineaarisesti suhteesta ∆ t/t:

Korvaamalla yhtälön (5.15) lausekkeella (5.14), saadaan

(5.16)

Lähtöpulssien amplitudin vakioarvolla virran keskiarvoa mittaavan indikaattorin asteikko minä 0, asteikolla ∆φ-arvoilla. Tässä tapauksessa vaihemittarin ilmaisimen asteikko on lineaarinen. Kaksikanavaisen vaihemittarin etuna on ∆φ:n suora mittaus alueella ±180°.

Elektroninen diskreetti laskentamenetelmä on digitaalisen vaihemittarin toiminnan perusta ja koostuu kahdesta päävaiheesta: vaihesiirron muuntamisesta vastaavaksi aikaväliksi ja tämän aikavälin mittaamisesta diskreetillä laskentamenetelmällä.

Digitaalisen vaihemittarin yksinkertaistettu lohkokaavio ja sen toimintaa selittävät ajoituskaaviot on esitetty kuvassa. 5.13.

Riisi. 5.13. Vaihemittarin lohkokaavio vaihesiirtymän mittauksessa diskreetillä laskentamenetelmällä (a) ja sen toimintaa selittävät signaalien ajoituskaaviot (b)

Kvartsioskillaattorin muodostama sinimuotoinen signaali syötetään muodostuslohkoon, jonka lähdössä generoidaan laskentapulssit, jotka saapuvat aikavalitsimen yhteen tuloon. Sen toinen tulo vastaanottaa muunnetun sekvenssin pulsseja, joiden kesto on ∆ t tutkittujen signaalien toistojaksolla T. Valitsin avautuu vain ajaksi, joka vastaa kestoa ∆ t pulsseja jännitteellä U 3 ja välittää jännitepulsseja laskuriin U 4 generaattorilta. Aikavalitsin generoi pulssipaketteja jännitteellä U 5 ( ajanjaksoa muuttamatta T), saapuvat tiskille yhdessä paketissa.

Missä T 0 - kvartsioskillaattorin pulssien laskemisen toistojakso.

Korvaa ∆:n relaatio kaavaan (5.17) t kaavasta (5.16) määritetään ∆φ jännitteisille signaaleille U 1 Ja U 2

(5.18)

Kokonaismittausvirhe tällä menetelmällä riippuu diskreettivirheestä, joka johtuu siitä, että väli ∆ t mitattuna yhden jakson tarkkuudella T 0, ja muuntimen vasteajan epävakaudesta.

Mahtavia mahdollisuuksia niissä on vaihemittarit, joissa on sisäänrakennettu mikroprosessori, joka voi mitata vaihesiirron kahden jaksollisen signaalin välillä millä tahansa valitulla ajanjaksolla.

Kuvassa 5.14 on lohkokaavio sisäänrakennetulla mikroprosessorilla varustetusta vaihemittarista ja signaalien ajoituskaaviot, jotka selittävät sen toimintaa.

Syöttölaitteen jälkeen sinimuotoiset signaalit jännitteellä U 1 Ja U 2 saapuvat pulssimuuntimen tuloihin, joissa ne muunnetaan lyhyiksi pulsseiksi jännitteellä U"1 ja U" 2 Käyttämällä näiden pulssien ensimmäistä paria ohjain 1 muodostaa pulssin jännitteellä U 3 kesto ∆ t, joka on yhtä suuri kuin signaalien aikasiirtymä jännitteen kanssa U 1 Ja U2. Tämä pulssi avaa aikavalitsimen 1 ja sen toiminnan aikana laskentapulssit, joissa on toistojakso, siirtyvät laskurin 1 tuloon. T 0, jotka ovat mikroprosessorin tuottamia. 1 paketti jännitepulsseja välitetty laskurituloon U 4 esitetty kuvassa. 5.14, b. Pulssien lukumäärä paketissa ilmaistaan ​​kaavalla

Samanaikaisesti ohjain 2 tuottaa pulsseja jännitteellä U5, jonka kesto on yhtä suuri kuin tutkittujen signaalien toistojakso jännitteellä U 1 Ja U2. Tämä pulssi avaa valitsimen 2 (vaikutuksensa ajaksi) ja välittää jännitepulssipaketin mikroprosessorista laskuriin 2 U 6 ja ajan kanssa T0, jonka numero pakkauksessa on

Riisi. 5.14. Lohkokaavio vaihemittarista, jossa on sisäänrakennettu mikroprosessori ( A) ja signaalin ajoituskaaviot, jotka selittävät sen toiminnan (b)

Halutun vaihesiirron ∆φ arvon määrittäminen valitulle signaalin toistojaksolle T on tarpeen löytää suureiden (5.19) ja (5.20) suhde, joka on yhtä suuri kuin

silloin, kun otetaan huomioon peruskaava ∆φ = 360° ∆ t/T kerro tämä suhde 360°:lla:

(5.21)

Tämän laskennan suorittaa mikroprosessori, johon lähetetään laskureiden 1 ja 2 luomat numerokoodit. P Ja N. Asianmukaisella mikroprosessoriohjelmalla näytössä näkyy vaihesiirron arvo ∆φ mille tahansa valitulle ajanjaksolle T. Vertaamalla tällaisia ​​siirtymiä eri ajanjaksoja tulee mahdolliseksi tarkkailla ∆φ:n vaihteluita ja arvioida niiden staattisia parametreja, joita ovat mm odotettu arvo, dispersio, keskihajonta, mitattu keskimääräinen vaihesiirto.

Kun mitataan vaihemittarilla, jossa on sisäänrakennettu mikroprosessori, vaihesiirron keskiarvo ∆φ tietylle määrälle TO kausia T laskurit 1 ja 2 keräävät koodit niiden pulssien lukumäärälle, jotka vastaanotetaan niiden tuloissa aikana TO jaksot, ts. numerokoodit PC Ja N.K. vastaavasti siirretään mikroprosessorille.

Pieni virhe ∆φ:n mittauksessa tällä vaihemittarilla saadaan aikaan vain riittävän alhaisella tutkittavien signaalien taajuudella. Alustava (heterodyne) signaalimuunnos mahdollistaa taajuusalueen laajentamisen.

Vaihemittareiden tärkeimmät metrologiset ominaisuudet, jotka sinun on tiedettävä laitetta valittaessa, ovat seuraavat:

· laitteen käyttötarkoitus;

· vaihesiirron mittausalue;

· taajuusalue;

· sallittu mittausvirhe.

Mutta koska käännökset siirtyvät avaruudessa, niin niissä indusoitu EMF ei saavuta amplitudi- ja nolla-arvoja samanaikaisesti.

Alkuhetkellä käänteen EMF on:

Näissä lausekkeissa kulmia kutsutaan vaihe , tai vaihe . Kulmia kutsutaan alkuvaihe . Vaihekulma määrittää emf:n arvon milloin tahansa, ja alkuvaihe määrittää emf:n arvon alkuhetkellä.

Kahden saman taajuuden ja amplitudin sinimuotoisen suuren alkuvaiheiden eroa kutsutaan vaihekulma

Jakamalla vaihekulman kulmataajuudella, saadaan aika, joka on kulunut jakson alusta:

Sinimuotoisten suureiden graafinen esitys

U = (U 2 a + (U L - U c) 2)

Näin ollen vaihekulman läsnäolon vuoksi jännite U on aina pienempi algebrallinen summa U a + U L + U C . Erotusta U L - U C = U p kutsutaan reaktiivinen jännitekomponentti.

Tarkastellaan kuinka virta ja jännite muuttuvat sarjapiirissä vaihtovirta.

Impedanssi ja vaihekulma. Jos korvaamme arvot U a = IR kaavaan (71); U L = lL ja U C =I/(C), niin meillä on: U = ((IR) 2 + 2), josta saadaan kaava Ohmin laille sarjaan kuuluvalle vaihtovirtapiirille:

I = U/((R2 + 2)) = U/Z (72)

Missä Z = (R 2 + 2) = (R 2 + (X L - X c) 2)

Z-arvoa kutsutaan piirin impedanssi, se mitataan ohmeina. Erotusta L - l/(C) kutsutaan piirin reaktanssi ja on merkitty kirjaimella X. Siksi piirin kokonaisvastus

Z = (R 2 + X 2)

Vaihtovirtapiirin aktiivisen, reaktiivisen ja impedanssin välinen suhde voidaan saada myös käyttämällä Pythagoraan lausetta resistanssikolmiosta (kuva 193). Vastuskolmio A'B'C' saadaan jännitekolmiosta ABC (ks. kuva 192,b), jos jaamme sen kaikki sivut virralla I.

Vaihesiirtokulma määräytyy tiettyyn piiriin sisältyvien yksittäisten vastusten välisen suhteen perusteella. Kolmiosta A’B’C (katso kuva 193) meillä on:

synti? = X/Z; cos? = R/Z; tg? = X/R

Esimerkiksi, jos aktiivinen resistanssi R on merkittävästi suurempi kuin reaktanssi X, kulma on suhteellisen pieni. Jos piirillä on suuri induktiivinen tai suuri kapasitiivinen reaktanssi, niin vaihesiirtokulma kasvaa ja lähestyy 90°. Jossa, jos induktiivinen reaktanssi on suurempi kuin kapasitiivinen reaktanssi, jännite ja johtaa virtaa i kulman verran; jos kapasitiivinen reaktanssi on suurempi kuin induktiivinen reaktanssi, niin jännite on kulman verran jäljessä virtaa i.

Ihanteellinen kela, todellinen kela ja kondensaattori vaihtovirtapiirissä.

Todellisella kelalla, toisin kuin ihanteellisella, ei ole vain induktanssi, vaan myös aktiivinen vastus, joten kun siinä virtaa vaihtovirtaa, siihen ei liity vain energian muutos magneettikentässä, vaan myös muunnos sähköenergiaa eri muotoon. Erityisesti kelajohdossa sähköenergia muunnetaan lämmöksi Lenz-Joulen lain mukaisesti.

Aiemmin havaittiin, että vaihtovirtapiirissä sähköenergian muuntamisprosessille on tunnusomaista piirin P aktiivinen teho , ja energian muutos magneettikentässä on loisteho Q .

Oikeassa kelassa molemmat prosessit tapahtuvat, eli sen pätö- ja loistehot eroavat nollasta. Siksi yhtä todellista kelaa vastaavassa piirissä on edustettava aktiivisilla ja reaktiivisilla elementeillä.

Generaattorin ankkurissa on kaksi identtistä kierrosta 1 ja 2, jotka on siirretty avaruudessa (kuva 5-6). Kun ankkuri pyörii, e indusoituu käännöksissä. d.s. samalla taajuudella ja samoilla amplitudeilla; koska käännökset pyörivät samalla tavalla kulmanopeus samassa magneettikentässä.

Käännösten avaruudessa siirtymisen vuoksi käännökset eivät kulje samanaikaisesti pylväiden keskikohtien alta ja esim. eli ne eivät samanaikaisesti saavuta amplitudiarvoja.

Kun ankkuri pyörii kulmanopeudella ja myötäpäivään vastakkaiseen suuntaan, käännökset sijaitsevat sillä hetkellä, kun aikaa alkaa laskea, kulmissa neutraalitasoon nähden (kuva 5-6).

Riisi. 5-6. Generaattorin ankkurikäämin kaksi kierrosta.

Riisi. 5-7. Kahden muuttujan kaaviot e. d.s.

Indusoitu käännöksissä e. d.s.

jossa kulmaa kutsutaan vaihekulmaksi tai yksinkertaisesti vaiheeksi, niin että sinimuotoisen suuren hetkellinen arvo määräytyy amplitudin ja vaiheen mukaan.

Kaaviot näistä e. d.s. on piirretty kuvassa. 5-7.

Alkuhetkellä esim. indusoitui vuorotellen. d.s.

Kuvassa 5-7 ne on kuvattu alkuordinaateilla. Sähköiset kulmat, määrittää e:n arvot. d.s. alkuvaiheessa niitä kutsutaan alkuvaihekulmiksi tai yksinkertaisesti alkuvaiheiksi.

Siten sinimuotoiselle suurelle on tunnusomaista: 1) amplitudi, 2) taajuus tai jakso ja 3) alkuvaihe.

Kahden saman taajuuden sinimuotoisen suuren alkuvaiheiden eroa kutsutaan vaihekulmaksi (vaihesiirto):

Vaihesiirto osoittaa, millä jaksolla tai millä ajanjaksolla yksi sinimuotoinen suure saavuttaa jakson alun ennen toista suuretta.

Jakson alkajaksi katsotaan se hetki, jolloin sinimuotoinen arvo kulkee nolla-arvon läpi, jonka jälkeen se on positiivinen. Arvo, jonka jakson alku saavutetaan aikaisemmin kuin toinen, katsotaan vaiheessa johtavaksi ja se, jolla sama arvo saavutetaan myöhemmin, katsotaan vaiheelta jäljessä.

Kaksi sinisuuretta, joilla on samat alkuvaiheet, ovat samassa vaiheessa. Kaksi sinimuotoista suureetta, joiden vaihekulma on 180°, vaihtuu vastavaiheessa.

Esimerkki 5-3. Kaksi e. d.s. yhtälöillä annettuna

Ensiö- ja toisiojännitteen sähkömagneettisten sinivärähtelyjen alkuvaiheet, joiden taajuus on sama, voivat erota merkittävästi tietyllä vaiheensiirtokulmalla (kulma φ). Muuttuvat suuret voivat muuttua toistuvasti tietyn ajan kuluessa tietyllä taajuudella. Jos sähköprosessit ovat muuttumattomia ja vaihesiirto on nolla, tämä osoittaa vaihtojännitearvojen lähteiden, esimerkiksi muuntajien, synkronointia. Vaihesiirto on määräävä tekijä tehokertoimelle in sähköverkot vaihtovirta.

Vaihesiirtokulma löydetään tarvittaessa, niin jos yksi signaaleista on referenssisignaali ja toinen signaali, jossa on vaihe aivan alussa, osuu vaihesiirtokulmaan.

Vaihesiirtokulma mitataan laitteella, jossa on normalisoitu virhe.

Vaihemittari pystyy mittaamaan siirtokulman alueella 0 o - 360 o, joissain tapauksissa -180 o C - +180 o C ja mitattujen signaalitaajuuksien alue voi olla 20 Hz - 20 GHz. Mittaus on taattu, jos tulosignaalin jännite on 1 mV ja 100 V välillä, mutta jos tulosignaalin jännite ylittää nämä rajat, mittaustarkkuutta ei taata.

Vaihekulman mittausmenetelmät

Vaihekulman mittaamiseen on useita tapoja, nämä ovat:

1. Kaksisäteisen tai kaksikanavaisen oskilloskoopin käyttäminen.
2. Kompensointimenetelmä perustuu mitatun vaihesiirron vertaamiseen referenssivaiheensiirtimen aikaansaamaan vaihesiirtoon.
3. Summa-eromenetelmä koostuu harmonisten tai muotoiltujen neliöaaltosignaalien käyttämisestä.
4. Vaihesiirron muunnos aika-alueella.

Kuinka mitata vaihekulma oskilloskoopilla

Oskillografista menetelmää voidaan pitää yksinkertaisimpana noin 5 o:n virheellä. Siirtymä määritetään oskilogrammeilla. Oskillografisia menetelmiä on neljä:

1. Lineaarisen pyyhkäisyn soveltaminen.
2. Ellipsi menetelmä.
3. Pyöreä skannausmenetelmä.
4. Kirkkausmerkkien käyttö.

Vaihesiirtokulman määritys riippuu kuorman luonteesta. Kun määritetään vaihesiirtoa muuntajan ensiö- ja toisiopiireissä, kulmia voidaan pitää yhtäläisinä eivätkä käytännössä eroa toisistaan.

Jännitteiden vaihekulma, joka mitataan referenssitaajuuslähteellä ja mittaelementillä, mahdollistaa kaikkien myöhempien mittausten tarkkuuden varmistamisen. Vaihejännitteet ja vaihesiirtokulma riippuvat kuormituksesta, joten symmetrinen kuorma määrää vaihejännitteen, kuormitusvirtojen ja vaihesiirtokulman yhtäläisyyden, ja myös sähköasennuksen kaikissa vaiheissa kuormitus tehonkulutuksen suhteen on sama.

Virran ja jännitteen välinen vaihekulma epäsymmetrisissä kolmivaiheisissa piireissä ei ole sama. Vaihesiirtokulman (kulma φ) laskemiseksi piiriin sisällytetään sarjaan kytketyt vastukset (vastukset), induktanssit ja kondensaattorit (kondensaattorit).

Kokeellisista tuloksista voidaan päätellä, että jännitteen ja virran välinen vaihesiirto määrittää kuorman eikä voi riippua vaihtelevia määriä sähköverkon virta ja jännite.

Johtopäätöksenä voimme sanoa, että:

1. Monimutkaisen vastuksen osatekijät, kuten vastus ja kapasitanssi sekä johtavuus, eivät ole käänteissuureita.
2. Yhden alkuaineen puuttuminen tekee resistiivisistä ja reaktiivisista arvoista, jotka ovat osa kompleksista vastusta ja johtavuutta, ja tekee niistä vastavuoroisia suureita.
3. Reaktiivisia suureita kompleksisessa resistanssissa ja johtavuudessa käytetään päinvastaisella etumerkillä.

Jännitteen ja virran välinen vaihekulma ilmaistaan ​​aina kompleksivastuksen φ päätekijänä.