Medidores de fase: propósito, tipos, dispositivo y principio de acción.

Un dispositivo de medición eléctrica se denomina medidor de fase, cuya función es medir el ángulo de fase entre dos oscilaciones eléctricas de frecuencia constante. Por ejemplo, usando un medidor de fasores, puede medir el ángulo de fase en una red de tensión trifásica. Los medidores de fase se utilizan a menudo para determinar el factor de potencia, coseno phi, de cualquier instalación eléctrica. Por lo tanto, los medidores de fase se usan ampliamente en el desarrollo, puesta en marcha y operación de varios dispositivos y aparatos eléctricos y electrónicos.

Cuando el fasor está conectado al circuito medido, el dispositivo está conectado al circuito de voltaje y al circuito de medición de corriente. Para una red de alimentación trifásica, el fasor se conecta por tensión a las tres fases, y por corriente a los devanados secundarios de los transformadores de corriente también en las tres fases.

Dependiendo del dispositivo del medidor de fase, también es posible un esquema simplificado de su conexión, cuando también está conectado a tres fases por voltaje y por corriente, a solo dos fases.Luego, la tercera fase se calcula sumando los vectores de solo dos corrientes (dos fases medidas). Propósito del medidor de fase — medida del coseno phi (factor de potencia), por lo que en el lenguaje corriente también se denominan «medidores de coseno».

Hoy en día se pueden encontrar medidores de fase de dos tipos: electrodinámicos y digitales. Los medidores de fase electrodinámicos o electromagnéticos se basan en un esquema simple con un mecanismo proporcional para medir el cambio de fase. Dos marcos rígidamente unidos entre sí, el ángulo entre los cuales es de 60 grados, están fijados sobre los ejes en los soportes y no hay momento mecánico opuesto.

Bajo ciertas condiciones, que se establecen cambiando el cambio de fase de las corrientes en los circuitos de estos dos marcos, así como el ángulo de unión de estos marcos entre sí, la parte móvil del dispositivo de medición gira en un ángulo igual al ángulo de fase. La escala lineal del dispositivo le permite registrar el resultado de la medición.

Veamos el principio de funcionamiento de un medidor de fase electrodinámico. Tiene una bobina fija de corriente I y dos bobinas móviles. Las corrientes I1 e I2 fluyen a través de cada una de las bobinas móviles. Las corrientes que fluyen crean flujos magnéticos tanto en la bobina estacionaria como en las bobinas móviles. En consecuencia, los flujos magnéticos de interacción de las bobinas generan dos pares M1 y M2.

Los valores de estos momentos dependen de la posición relativa de las dos bobinas, del ángulo de rotación de la parte móvil del dispositivo de medición, y estos momentos están dirigidos en direcciones opuestas.Los valores medios de los momentos dependen de las corrientes que fluyen en las bobinas móviles (I1 e I2), de la corriente que fluye en la bobina estacionaria (I), de los ángulos de cambio de fase de las corrientes de las bobinas móviles con respecto a la corriente en la bobina estacionaria (ψ1 y ψ2) y en los devanados de los parámetros de diseño.

Como resultado, la parte móvil del dispositivo gira bajo la acción de estos momentos hasta que se produce el equilibrio, provocado por la igualdad de los momentos resultantes de la rotación. La escala del medidor de fase se puede calibrar en términos de factor de potencia.

Las desventajas de los medidores de fase electrodinámicos son la dependencia de las lecturas de la frecuencia y el importante consumo de energía de la fuente estudiada.

Los medidores de fase digitales se pueden implementar de varias maneras. Por ejemplo, un medidor de fase de compensación tiene un alto grado de precisión aunque se ejecute en modo manual.Sin embargo, considere cómo funciona. Hay dos voltajes sinusoidales U1 y U2, el cambio de fase entre los cuales necesita saber.

El voltaje U2 se suministra al desfasador (PV), que es controlado por código desde la unidad de control (UU). El cambio de fase entre U3 y U2 se cambia gradualmente hasta que se alcanza una condición en la que U1 y U3 están en fase. Al ajustar el signo del cambio de fase entre U1 y U3, se determina el detector sensible a la fase (PSD).

La señal de salida del detector sensible a la fase se envía a la unidad de control (CU). El algoritmo de balanceo se implementa usando el método de código de pulso. Una vez que se completa el proceso de equilibrio, el código del factor de cambio de fase (PV) expresará el cambio de fase entre U1 y U2.

La mayoría de los medidores de fase digitales modernos utilizan el principio de conteo discreto.Este método funciona en dos pasos: convertir el cambio de fase en una señal de cierta duración y luego medir la duración de este pulso usando un número discreto. El dispositivo contiene un convertidor de fase a pulso, un selector de tiempo (VS), un pulso de modelado discreto (f/fn), un contador (MF) y un DSP.

Un convertidor de fase a pulso se forma a partir de U1 y U2 con un cambio de fase Δφ pulsos rectangulares U3 como una secuencia. Estos pulsos U3 tienen una tasa de repetición y un ciclo de trabajo correspondiente a la frecuencia y el tiempo de desplazamiento de las señales de entrada U1 y U2. Los pulsos U4 y U3 forman pulsos de sentido discretos de período T0 que se aplican al selector de tiempo. El selector de tiempo, a su vez, se abre durante la duración del pulso U3 y pasa por los pulsos U4. Como resultado de la salida del selector de tiempo, se obtienen ráfagas de pulsos U5, cuyo período de repetición es T.

El contador (MF) cuenta el número de pulsos en el paquete serial U5, con el resultado de que el número de pulsos recibidos en el contador (MF) es proporcional al cambio de fase entre U1 y U2. El código del contador se envía al centro de control central y las lecturas del dispositivo se muestran en grados con una precisión de décimas, que se logra mediante el grado de discreción del dispositivo. El error de discreción está relacionado con la capacidad de medir Δt con una precisión de un período de conteo de pulso.

Los medidores de fase electrónicos con promedio de coseno phi digital pueden reducir el error promediando varios períodos T de la señal de prueba.La estructura del medidor de fase digital promedio se diferencia del contador de circuito discreto por la presencia de un selector de tiempo más (BC2), así como un generador de pulsos (GP) y un generador de pulsos discretos (PI).

Aquí, el convertidor de cambio de fase U5 incluye un generador de impulsos (PI) y un selector de tiempo (BC1). Durante un período de tiempo calibrado Tk, mucho mayor que T, se alimentan varios paquetes al dispositivo, a cuya salida se forman varios paquetes, esto es necesario para promediar los resultados.

Los pulsos U6 tienen una duración que es un múltiplo de T0, ya que el modelador de pulsos (PI) funciona según el principio de dividir la frecuencia por un factor dado. Los pulsos de la señal U6 abren el selector de tiempo (BC2). Como resultado, varios paquetes llegan a su entrada. La señal U7 se envía al contador (MF) que está conectado al centro de control central. La resolución del dispositivo está determinada por el conjunto de U6.

El error del medidor de fase también se ve afectado por la poca precisión de fijar el cambio de fase por parte del convertidor durante el intervalo de tiempo de los momentos de transición de las señales U2 y U1 a través de ceros. Pero estas imprecisiones se reducen al promediar el resultado de los cálculos para un período Tk, que es mucho mayor que el período de las señales de entrada estudiadas.

Esperamos que este artículo le haya ayudado a obtener una comprensión general de cómo funcionan los medidores de fase. Siempre puede encontrar información más detallada en literatura especial, de la cual, afortunadamente, hoy en día hay mucho en Internet.