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1、第四章 频率和相位的测量,第一节 频率的测量方法 第二节 数字频率计的测量原理 第三节 E312系列数字频率 第四节 相位的测量方法 第五节 电动系相位表 第六节 整步表,Electrical Measure,本章要点,本章主要介绍测量频率的方法，以及电子数字频率计的结构与原理。用电子数字频率计测量频率，是今后测量频率的主要手段，也是频率计的发展方向。 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。,第一节 频率的测量方法,一、工频的测量-用电动系频率表测量工频 1.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
2、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。,2 .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,3 .电动系频率表标尺特性,返回本章首页,工频的测量-用变换式频率表测量工频 1.变换式频率表的结构 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 。,微分电路,整流电路,指示仪表,偏置电路,双向限幅,2.变换式频率表工作原理 被测电压经稳压管双
3、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 由于电路中 很小故上式可简化为 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。,3 .变换式电动系频率表标尺特性 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4555Hz、9001100Hz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4565Hz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
4、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。,工频的测量-用振簧式频率表测量工频 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。,二、低频和高频的测量 1.比较法 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。,差拍法,李沙育图形测频率,混频法,2.无源测量法 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。,
5、谐振回路测频率,文氏电桥测频率,3.计数法 计数法可适用于工频、低频与高频，由于集成化程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几乎取代了所有其他形式的测频仪器。,第一张幻灯片返回本章首页,计数法测频率,计数法测周期,第二节 数字频率计的测量原理,一、硬件计数频率计 硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通过整形，转换为与被测信号频率相同的脉冲，然后对脉冲进行计数，也就是把频率测量转换为脉冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路，外围再配上显示器、放大整形以及电源电路即可组成频率计。,二、软件计数频率计 1.软件计数频率计的结构 软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频率计，它由单片机，以及
6、外围配置的显示器件、放大整形、电源等电路组成。,2.软件计数频率计的工作原理 整形放大：将任意波形的被测信号，转换为前沿陡峭的脉冲，以利计数。 计数：由单片机内部的计数单元完成，每当被测信号从低到高变化时，将计数器加 1，并由内部时钟计时，每一秒所计的变化次数，就等于被测信号的频率。 数码转换与显示：读出的频率值由软件将它转换为七段码，送LED数码管显示。,三、计数器的测量误差 1. 秒信号时间不准造成的误差： 由于电子数字频率计是把规定的一秒钟内所计的信号个数作为频率，如果秒信号本身不准确，必然造成计数误差。 2.触发误差： 由于干扰造成计数器的误触发所产生的误差。 3.量化误差： 计数闸门
7、开启时间不刚好是被测信号周期的整数倍，而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻，因此在相同的开启时间内，可能会有正负一个数的误差。,量化误差示意图,计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数倍造成的量化误差。在时间 T 内脉冲个数为7.5,测出数可能为6。,计数开始不刚好是第一个脉冲到达时刻，造成的量化误差。 在时间 T 内，被测脉冲个数为7，测出数可能为5。,返回本章首页,第三节 E312系列数字频率,一、频率计数器专用集成电路ICM7226B,二、由ICM7226B组成的E312X系列数字频率计电路,返回本章首页,第四节 相位的测量方法,一、相位含义 相位一般是指两个同频率波形，过零点的时间差
8、。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。 二、测量相位方法 1.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。 2.间接法：通过测量电压、电流、功率求得I、U间的 相位角。 3.比较法：可以用示波器测量两个波形间的相位差。,三、变换式相位表 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。,当 u、i 同相时变换式相位表波形,当 u、i 相位差为
9、90时变换式相位表波形,通过表头的电流可反映 u、i间的相位 u、i 同相时： 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。 u、i 相位差为90时： 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： 电表指针将停在不同位置。,返回本章首页,第五节 电动系相位表,一、电动系相位表结构 采用比率型结构，两个可动线圈在空间错开 角。无工作时呈随遇平衡状态。适当配置 ， 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。,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,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
10、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 。,四、电动系三相相位表工作原理 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 是相位角 的函数，指针位置可直接反映相位角。,返回本章首页,第六节 整步表,一、1T1-S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
11、字形，铁片受力时可带动轴和指针旋转。,二、1T1-S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,三、标尺 标尺上只注明“快”、“慢”和一条红色的同步点，当待并发电机的频率比电网频率高时，指针将顺时针旋转，表示待并发电机的转速偏快。待并发电机的频率比电网频率低时，指针将逆时针旋转，表示待并发电机的转速偏慢。，待并发电机与电网的相位差越大，指针离红点也越远，指针偏离红点同时反映了两个频率和相位的差异,返回本章首页,
