第四章频率和相位的测量..ppt

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 3 .电动系频率表标尺特性 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 。 2.变换式频率表工作原理 被测电压经稳压管双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i1 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Ri、C0 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45～55Hz、900～1100Hz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45～65Hz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，通过检测差拍或混频后的频率求得被测频率。 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。 1）文氏电桥测频率 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。 2）谐振回路测频率 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。 硬件计数频率计组成 放大整形部分 秒信号发生器 控制门电路 计数显示部分 数字频率计测周期 与测频率的基本原理相同 测频率时，以被测电压作为计数对象，用标准时间信号（例如秒信号）作为门控信号。 测周期时，用标准时间脉冲计数对象，用被测电压作为门控信号。 数字频率计测频率与测周期的转换 用两个开关来变换计数对象和门控信号的位置，可以实现测频率与测周期的转换。 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