›
›

Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 6: Đo góc lệch pha

pdf 30 trang phuongnguyen 3120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 6: Đo góc lệch pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_do_luong_dien_bai_6_do_goc_lech_pha.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 6: Đo góc lệch pha

  1. Môn học: Đo lường điện L Đ Bài 6 Đo góc lệchLTM- pha Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử ộ mônHọc viện KTQS B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/30
  2. Nội dung L Đ I. Khái niệm chung về đo góc lệch pha II. Các phương phápLTM- đo góc lệch pha ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/30
  3. I. Kh¸i niÖm chung vÒ ®o gãc lÖch pha L  Pha ®Æc tr­ng cho tr¹ng th¸i cña dao ®éngĐ ®iÒu hßa t¹i thêi ®iÓm xÐt  VÝ dô, ®iÖn ¸p xoay chiÒu: U(t) = Umsin (ωt + ϕo) cã (ωt + ϕo) lµ pha cña ®iÖn ¸p U(t) ϕ lµ pha ban ®Çu o LTM-  §èi víi hai ®iÖn ¸p xoay chiÒu d¹ng: U1(t) = Um1 sin (ω1t + ϕo1) U2(t) = Um2 sin (ω2t + ϕo2)  Gãc lÖch pha cñamôn hai ®iÖn ¸p: ộϕ = (ϕo1 - ϕo2) + (ω1 - ω2)t B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/30
  4. Kh¸i niÖm chung vÒ ®o gãc lÖch pha (tiÕp theo) L U(t) ω U1(t) U2(t) U1(t) =Đ Um1 sin t U2(t) = Um2 sin (ωt + ϕ) t1 t2 0 t ∆T ϕ = .360 []®é T ∆T ∆T ϕπ= .2 []Rad T LTM- T  Khi hai ®iÖn ¸p cïng tÇn sè (ω1 = ω2 = ω) th× gãc lÖch pha gi÷a chóng lµ kh«ng ®æi vµ kh«ng phô thuéc vµo thêi môn®iÓm xÐt tt− ∆T ộϕ = 21.360()oo= .360() B TT © Mai Quốc Khánh - 04/2010 4/30
  5. II. C¸c ph­¬ng ph¸p ®o gãc lÖchL pha Đ  Các phương pháp đo góc lệch pha: 2.1 Phương pháp dùng máy hiện sóng 2.2 Phương pháp biến đổi góc lệch về điện áp 2.3 Phương pháp biến đổiLTM- góc lệch pha về khoảng thời gian 2.4 Phương pháp bù 2.5 Phương pháp biến đổi tần số  Mỗi phương phápmôn đo có đặc điểm riêng và sử dụng ở dảiộ tần số xác định B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/30
  6. 2.1. Ph­¬ng ph¸p dïng m¸y hiÖnL sãng Đ a. Phương pháp quét thẳng b. Phương pháp quét sin c. Phương pháp quét tròn LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 6/30
  7. a. Ph­¬ng ph¸p quÐt th¼ngL Đ  Thiết lập MHS:  Chế độ quét liên tục  Chế độ đồng bộ tùy thuộcLTM- vào số tia của MHS:  Đồng bộ trong với MHS 2 tia  Đồng bộ ngoài với MHS 1 tia ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 7/30
  8. Ph­¬ng ph¸p quÐt th¼ng (tiÕp theo) U2(t) 1 L U1(t) U (t) CM 1 Đ U2(t) Y Y X 2 Y X 1 2 Đo bằng MHS 1 tia Đo bằng MHS 2 tia (CĐ quét liên tục đồng bộ ngoài) LTM-(CĐ quét liên tục đồng bộ trong) môn∆l ∆l L L ộ ∆∆ll ϕ= 360()o hay ϕπ= 2 (Rad ) B LL © Mai Quốc Khánh - 04/2010 8/30
  9. b. Ph­¬ng ph¸p quÐt sin  ThiÕt lËp MHS: chÕ ®é khuyÕch ®¹i L  U1(t) vµ U2(t) ®­a tíi c¸c ®Çu vµo X vµ Y cña MHS:Đ U1(t) = Um1 sinωt U2(t) = Um2 sin (ωt + ϕ)  §é lÖch cña tia s¸ng (¶nh) theo trôc X vµ trôc Y: X = A sin ωt Y = B sin (LTM-ωt + ϕ) ë ®©y, A = Um1Sx, B = Um2 Sy; Sy, Sx ®é nh¹y cña MHS theo kªnh Y vµ X  Tõ ®ã, ta nhËn ®­îc ph­¬ng tr×nh h×nh e-lip 2 2mônB  B  2 2 2 ộy − 2 xy cosϕ +   x= B sin ϕ B A  A  © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/30
  10. Ph­¬ng ph¸p quÐt sin (tiÕp theo) L  Tõ ph­¬ng tr×nh, nÕu X = 0 khi ®ã Y = Y , ta x¸c ®Þnh ®­îc: o Đ Y Y sinϕ = o hay ϕ = arcsin 0 B B  Tõ ph­¬ng tr×nh, nÕu Y = 0 khi ®ã X = Xo, ta x¸c ®Þnh ®­îc: Y LTM-X X sinϕ = o hay ϕ = arcsin o A A B Y0 X  Gãc lÖch pha cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o c¸c ®é dµi A X0 môn(ho ặc B) vµ X0 (hoặc Y0); tÝnh Aộ hµm sin, råi lÊy hµm ng­îc B arcsin © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Minh ho¹ 10/30
  11. Ph­¬ng ph¸p quÐt sin (tiÕp theo) L  Thực tế, thường xác định gãc lÖch phaĐ b»ng c¸ch ®o c¸c ®é dµi A (hoặc A’) vµ B (hoặc B’); sau đó tÝnh hµm sin, råi lÊy hµm ng­îc arcsin LTM- A B A’ ộ B’ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Minh ho¹ 11/30
  12. Ph­¬ng ph¸p quÐt sin (tiÕp theo)  C¸c d¹ng ¶nh trªn mµn m¸y hiÖn sãng øng víiL c¸c gãc lÖch pha cña hai tÝn hiÖu sin thay ®æi 0o ®ÕnĐ 180o LTM- ϕ= 00 0 < ϕ < 90 0 môn ϕ= 90 0 90 0 < ϕϕ < 180 00 = 180 o  Ph­¬ng ph¸p quÐtộ sin ®o gãc lÖch pha tõ 0 ®Õn 180 ; kh«ng ph©n biÖt ®­îc dÊu B §o gãc lÖch pha b»ng MHS © Mai Quốc Khánh - 04/2010 12/30
  13. 2.2. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ ®iÖn ¸p  Chñ yÕu sö dông ë tÇn sè thÊp L  Nh­ vËy  X©y dùng trªn c¬ së ®o gãc lÖch pha Đ cña hai ®iÖn ¸p ®iÒu hßa th«ng qua  U ®iÖn ¸p tæng U , ®iÖn ¸p hiÖu U ϕ = 2arc cos Σ Σ ∆  2U 2 22  =++ ϕ U∆ UΣ U1 U 22 UU 12 cos ϕ = 2arc sin  2=++ 22 ϕLTM- 2U U∆ U1 U 22 UU 12 sin   U2 U∑  NÕu chän U1 = U2 = U, ta cã: ϕϕϕ U2= 4 U 22 cos hay U= 2 U cos ΣΣ U 22 1 ϕϕ U2= 4 U 22 sin hay Umôn= 2 U sin ∆∆22ộ  −U U∆ B 2 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 13/30
  14. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ ®iÖn ¸p (tiÕp theo) L Đ  §iÖn ¸p tæng vµ ®iÖn ¸p hiÖu cã thÓ ®o kÕt hîp trong c¸c m¹ch t¸ch sãng (vÝ dô: m¹ch t¸ch sãng pha c©n b»ng) ϕϕ sin 22 LTM- ϕ cos 2 ϕϕ cos -sin môn22 §å thÞ biÓu diÔn quanộ hÖ gi÷a ®iÖn ¸p M¹ch t¸ch sãng pha c©n b»ng tæng vµ ®iÖn ¸pB hiÖu víi gãc lÖch pha © Mai Quốc Khánh - 04/2010 14/30
  15. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ ®iÖn ¸p (tiÕp theo)  C¸c ®iÖn ¸p cã gãc lÖch pha cÇn ®o ®­îc ®­a tíi c¸c ®ÇuL 3-4 vµ 5- 6 vµ ®­îc khèng chÕ kh«ng ®æi, trong ®ã U1 = U2 = U3-4/2 = U5-6 = const. Đ  C¸c ®ièt ®ång nhÊt §1, §2 (lµm viÖc ë vïng ®Æc tuyÕn t¸ch sãng tuyÕn tÝnh); kÕt hîp víi tô vµ ®iÖn trë t¶i, t¹o thµnh hai m¹ch t¸ch sãng m¾c ®èi nhau.  §iÖn ¸p mét chiÒu gi÷a hai ®iÓm 1-0 tû lÖ thuËn víi ®iÖn ¸p tæng: U ϕ KU =Σ = cos 10 2U LTM-2  §iÖn ¸p mét chiÒu gi÷a hai ®iÓm 2-0 tû lÖ víi ®iÖn ¸p hiÖu: U ϕ KU =Λ = sin 20 2U 2  Nh­ vËy: 1 ϕ ϕ KU= K() U − U =()UUΣΛ − =cos − sin 12 môn10 20 2U 2 2  ChØ sè cña v«n mÐt ®o ®iÖn ¸p U phô thuéc vµo gãc lÖch pha ϕ ộ 1-2 vµ cã thÓB kh¾c ®é trùc tiÕp qua gãc lÖch pha. © Mai Quốc Khánh - 04/2010 15/30
  16. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ ®iÖn ¸p (tiÕp theo) L Đ  S¬ ®å ®iÒu chÕ m¹ch vßng ®Ó ®o gãc lÖch pha theo nguyªn lý biÕn ®æi gãc lÖch pha thµnh ®iÖn ¸p LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 16/30
  17. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ ®iÖn ¸p (tiÕp theo) L  §Æc ®iÓm: Đ 0 0 0  Khi ϕ = 90 th× v«n mÐt chØ 0, cßn khi ϕ = 0 vµ 180 th× v«n mÐt chØ hai gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p U1-2 víi cùc tÝnh ng­îc nhau. V× vËy v«n mÐt ph¶i cã thang ®o hai phÝa víi ®iÓm "0" ë gi÷a thang 0 0  ChØ ®o ®­îc gãc lÖch pha tõLTM- 0 ®Õn 180 víi sai sè kho¶ng (2-3)0  D¶i tÇn tíi hµng tr¨m MHz.  Kh«ng ph©n biÖt ®­îc dÊu cña gãc lÖch pha. ộ môn B Phase Meter © Mai Quốc Khánh - 04/2010 17/30
  18. 3. Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi gãc lÖch pha thµnh kho¶ng thêi gian L  BiÕn ®æi gãc lÖch pha vÒ kho¶ng thêi gian ∆T, sau ®ã Đ ®o kho¶ng thêi gian ®ã trong mét hay trong mét sè chu kú tÝn hiÖu, nghÜa lµ ®o gãc lÖch pha ϕ th«ng qua phÐp ®o tû sè ∆T/T LTM- ∆T ϕ = .360()o T  Pha mét xây dựng theo nguyên lý này được gọi là pha mét thời gian xung ; cómôn hai loại:  Pha mét ộtương tự thời gian xung  Pha métB số thời gian xung © Mai Quốc Khánh - 04/2010 18/30
  19. Các loại pha mét thời gian xung L  Pha mét tương tự thời gian xung Đ a. Pha mét tương tự thời gian xung dùng trigơ b. Pha mét tương tự thời gian xung dùng đa hài đồng bộ  Pha mét số thời gian xung c. Pha mét số thời gian xungLTM- dùng trigơ d. Pha mét số thời gian xung với bộ chia tần ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/30
  20. a. Pha mét tương tự dùng trigơ L Đ §Çu vµo 1 T¹o d¹ng Chän U1(t) Mạch vào xung 1 cùc 1 M¹ch vi ph©n Trig¬ LTM-ph©n b« §Çu vµo 2 CC§ T¹o d¹ng Chän U2(t) Mạch vào xung 2 cùc 2 ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/30
  21. Pha mét tương tự ∆T U1(t) dùng trigơ t (tiếp theo) L U2(t) Đ  ChØ thÞ tõ ®iÖn sÏ ®o ®­îc t dßng trung b×nh trong mét chu kú tÝn hiÖu: UTX1 1 ∆T ∆T t = = Itb Im dt I m U TT∫0 TX2 t ∆T ϕ LTM- v× = UCC1 T 360 t ϕ UCC2 nªn II= . t tb m 360 UTR Im 360 ITR t hay ϕ = .I môn I ộtb Bm © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/30
  22. Pha mét tương tự dùng trigơ (tiếp theo) L Đ  Gãc lÖch pha ϕ tØ lÖ tuyÕn tÝnh víi dßng ®iÖn Itb kh¾c ®é thang ®o cña chØ thÞ tõ ®iÖn theo ®¬n vÞ cña gãc lÖch pha  Sai sè cña pha mÐt thêi gian xung (cã trÞ sè kho¶ng 1 ÷ 3%), phô thuéc vµo: LTM-  Qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña c¸c bé t¹o d¹ng, vµ trig¬  Sai sè thiÕt bÞ chØ thÞ 0 0  Ph¹m vi ®o gãc mônlÖch pha tõ 0 ®Õn 180  D¶i tÇn tíi vµiộ chôc KHz B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/30
  23. b. Pha mét tương tự dùng đa hài đồngL bộ Đ §Çu vµo 1 Mạch K§ §a hµi §a hµi U1(t) h¹n chÕ ®ång bé ®ång bé I vào A M¹ch vi ph©n ph©n Σ LTM-bè §Çu vµo 2 CC§ K§ Mạch §a hµi §a hµi U2(t) h¹n chÕ ®ång bé vào B ®ång bé II  Pha mét ộtương môn tự dùng mạch đa hài đồng bộ B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/30
  24. Pha mét tương tự dùng đa hài đồng bộ L (tiếp theo) Đ  Ho¹t ®éng cña pha mÐt t­¬ng tù thêi gian xung sö dông m¹ch ®a hµi ®ång bé LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/30
  25. c. Pha mét số thời gian xung dùng trigơ  Có thể tạo ra pha mét số thời gian xung từ phaL mét tương tự thời gian xung bằng cách biến đổiĐ số và thay chỉ thị từ điện bằng chỉ thị số §Çu vµo 1 TXC U (t) Mạch T¹o d¹ng Chän 1 vào xung 1 cùc 1 f0 LTM- TTR M¹ch vi ph©n Trig¬ K ph©n b« §Çu vµo 2 NX U (t) Mạch T¹o d¹ng Chän B§X 2 vào xung 2 cùc 2 ộ môn HTS B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/30
  26. U1(t) Pha mét số thời gian U2(t) t xung dùng trigơ (tiếp theo) UTX1 L t TTR Đ N x = U T TX2 0 t ∆T = UCC1 t T0 TT1 ∆ UCC2 = . . .360 LTM- t TT0 360 UTR Im T 1 I = . ϕ TR t T0 360 UTXC = K.ϕ t  NÕu ®o ®­îc tÇn sè cña tÝn UBDX môn t hiÖu, ta sÏ ®o ®­îc gãc lÖch N ộ ∆T X pha B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/30
  27. c. Pha mét số thời gian xung với chia tần L §Çu vµo 1 Biến TXC CT Đ U1(t) đổi 1 UCT U U U Trig¬ TR K1 K1 K2 K2 B§X HTS N1 N2 §Çu vµo 2 U (t) Biến 2 đổi 2 LTM-  Trong pha mÐt sè, kho¶ng thêi gian ∆T vµ chu kú tÝn hiÖu T ®­îc lÊp ®Çy bëi xung mÉu cã cïng tÇn sè f0, gãc lÖch pha ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua tû sè cña hai sè l­îng xung ®Õm ®­îc t­¬ng øng víi ∆T vµ T: ∆T fT∆ N ϕ =môn.360 =o 360 = 1 360 ộ T fT02 N B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 27/30
  28. Pha mét số thời gian xung với chia tần (tiếp theo)  Td = K.T0 (víi K - hÖ sè T U 0 L chia tÇn) TXC Đ t  MÆt kh¸c Td = n.T (víi n - T sè chu kú tÝn hiÖu trong ∆T UTR t kho¶ng thêi gian Td)  Do vËy, N1 UK1 t T nT = KT ⇔= n K 0 0 T LTM- UCT T® t  Sè xung qua K1 trong kho¶ng thêi gian ∆T U K2 t ∆TTϕ.1 N N1 = = . 2 TT00360 ϕ.1TKT0 môn Do vËy NK= . = ϕ  Sè xung qua K trong thêi 2  2 360 TT360 gian T lµ N = N ộ.n 0 d 2B1 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/30
  29. Pha mét số thời gian xung với chia tần (tiếp theo) L  Góc lệch pha không phụ thuộc tần sốĐ của tín hiệu vào và được xác định trực tiếp trên thiết bị hiển thị số của pha mét  Sai số của pha mét số thời gian xung LTM-  Sai số do khoảng thời gian Td không bằng số nguyên lần của chu kỳ tín hiệu vào T  Có thể giảm nếu chọn được hệ số chia tần thích hợp môn  Sai số ộlượng tử hoá B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 29/30
  30. V CU I C NG L À Ố Ù À L Đ CẢMLTM- ƠN  ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/30