1. ISTCMTM
  2. Всі випуски
  3. Випуск 85, № 4, 2024
  4. ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНДАРТУ ФАЗИ ДЕРЖАВНОГО ПЕРВИННОГО ЕТАЛОНА ОДИНИЦІ КУТА ЗСУВУ ФАЗ МІЖ ДВОМА НАПРУГАМИ

ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНДАРТУ ФАЗИ ДЕРЖАВНОГО ПЕРВИННОГО ЕТАЛОНА ОДИНИЦІ КУТА ЗСУВУ ФАЗ МІЖ ДВОМА НАПРУГАМИ

ISTCMTM.
2024;
Випуск 85(4), Номер 4
: pp. 14-19
https://doi.org/10.23939/istcmtm2024.04.014
Автори:
  1. Олег Величко
  2. Юлія Куліш
1
Інститут електромагнітних вимірювань Державного підприємства «Укрметртестстандарт», Київ, Україна
2
Державне підприємство "Укрметртестстандарт", Україна

Вимірювання кута зсуву фази (КЗФ) між двома гармонічними напругами є важливим у багатьох сферах електротехніки та електроніки. Вони використовуються в аналізі змінних струмів і електричних систем і є ключовим інструментом для оцінки їх якості та ефективності. Основним призначенням фазометрів є вимірювання зсуву фаз, що дозволяє аналізувати роботу електричних і електронних систем, підвищувати їх ефективність, діагностувати несправності. Фазометри безпосередньо вимірюють КЗФ між двома сигналами. Сучасні фазометри мають високу роздільну здатність і здатні вимірювати зсув фази з точністю до тисячних часток градуса. В електроенергетиці стандарти фази допомагають підтримувати стабільність і синхронізацію фаз у великих електричних мережах у різних галузях, від промисловості до наукових досліджень. Стандарти фази використовують для калібрування фазометрів, осцилографів та іншої вимірювальної апаратури, яка вимірює зсув фаз. Основою прецизійного еталона КЗФ є застосовуваний фазовий стандарт, який визначає його загальні метрологічні характеристики. Цей фазовий стандарт повинен регулярно калібруватись у провідних національних метрологічних інститутах. Отримані його метрологічні характеристики можуть бути основою для публікування СМС певного національного метрологічного інституту. Національний еталон КЗФ України має встановлену метрологічну простежуваність до національного метрологічного інституту Німеччини – РТВ. Ця простежуваність дозволила опублікувати СМС України як для фазового генератора (стандарту), так і для вимірювача фази, що входить до складу еталону. Ці СМС відповідають встановленим метрологічним характеристикам національного еталону. Для оцінки довгострокової стабільності еталонів найчастіше використовують метод регресійного аналізу. Для апроксимації його лінії дрейфу національного еталону КЗФ України для різних КЗФ у період з 2011 по 2024 роки було достатньо поліномів третього ступеня. Вказані апроксимації ліній дрейфу підтверджують їх адекватність.Вимірювання кута зсуву фази (КЗФ) між двома гармонічними напругами є важливим у багатьох сферах електротехніки та електроніки. Вони використовуються в аналізі змінних струмів і електричних систем і є ключовим інструментом для оцінки їх якості та ефективності. Основним призначенням фазометрів є вимірювання зсуву фаз, що дозволяє аналізувати роботу електричних і електронних систем, підвищувати їх ефективність, діагностувати несправності. Фазометри безпосередньо вимірюють КЗФ між двома сигналами. Сучасні фазометри мають високу роздільну здатність і здатні вимірювати зсув фази з точністю до тисячних часток градуса. В електроенергетиці стандарти фази допомагають підтримувати стабільність і синхронізацію фаз у великих електричних мережах у різних галузях, від промисловості до наукових досліджень. Стандарти фази використовують для калібрування фазометрів, осцилографів та іншої вимірювальної апаратури, яка вимірює зсув фаз. Основою прецизійного еталона КЗФ є застосовуваний фазовий стандарт, який визначає його загальні метрологічні характеристики. Цей фазовий стандарт повинен регулярно калібруватись у провідних національних метрологічних інститутах. Отримані його метрологічні характеристики можуть бути основою для публікування СМС певного національного метрологічного інституту. Національний еталон КЗФ України має встановлену метрологічну простежуваність до національного метрологічного інституту Німеччини – РТВ. Ця простежуваність дозволила опублікувати СМС України як для фазового генератора (стандарту), так і для вимірювача фази, що входить до складу еталону. Ці СМС відповідають встановленим метрологічним характеристикам національного еталону. Для оцінки довгострокової стабільності еталонів найчастіше використовують метод регресійного аналізу. Для апроксимації його лінії дрейфу національного еталону КЗФ України для різних КЗФ у період з 2011 по 2024 роки було достатньо поліномів третього ступеня. Вказані апроксимації ліній дрейфу підтверджують їх адекватність.

Кут зсуву фаз
стандарт фази
напруга
вимірювання фази
еталон.
  1. K. K. Clarke and D. T. Hess, “Phase measurement, traceability, and verification theory and practice”, 6th IEEE Conference Record., Instrumentation and Measurement Technology Conference, 1989, pp. 214-218. DOI: 10.1109/IMTC.1989.36856 .
  2. B. Hee-Jung, and S. Sugoog, “Phase Shift Analysis and Phase Identification for Distribution System with 3-Phase Unbalanced Constant Current Loads”, Journal of Electrical Engineering and Technology, Vol. 8, 2013, Issue 4, pp. 729-736. DOI: 10.5370/JEET.2013.8.4.729.
  3. V. Isaiev, “Method of measuring the angle of phase shift between two voltages using a precision meter of the voltage”, Ukrainian Metrological Journal, 2017, No. 2, pp. 3–7. DOI: 10.24027/2306-7039.2.2017.109620.
  4. Velychko O., Isaiev V., and Kulish Yu. “Comparison of Phase Angle Measurement Results by Means of Two Methods.” 2018 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018) (2018): 1-2. DOI: 10.1109/CPEM.2018.8500900.
  5. Velychko O., Kulish Yu.., “Automation of measurements on the State Standard of the unit of phase shift angle between two voltages”, ISTCMTM, Vol. 84(1), 2023, pp. 18-24. https://doi.org/10.23939/istcmtm2023.01.018 .
  6. Yu. Kulish, “Improvement of the metrological characteristics of State primary standard phase angle between two voltages unit by measurements automation”, Proc. of VII International Competition of COOMET “Best Young Metrologist”, 17–18 May 2017, Astana, Kazakhstan,pp. 13–16. DOI: 10.24027/2306-7039.1A.2017.99394.
  7. E. Mohns and M. Kahmann, “Heterodyne Measurement System (HMS) for Determining Phase Angles”, IEEE Trans- actions on Instrumentation and Measurement, vol. 56, no. 2,pp. 505-508, April 2007. DOI: 10.1109/TIM.2007.890624.
  8. J. Manceau., I. Blanc, A. Bounouh., and R. Delaunay, “Application des méthodes d'échantillonnage aux mesures des déphasages pour des fréquences de 20 Hz à 20 kHz”, 2008.                      https://metrologie-francaise.lne.fr/sites/default/files/media/document/p... frm13-manceau-echantillonnage-dephasage.pdf
  9. F. L. Bertottia, M. S. Harab, and P. J. Abattic, “A simple method to measure phase difference between sinusoidal signals, Review of Scientific Instruments, vol. 81, 2010, issue 11, 115106, 2010. DOI: 10.1063/1.3498897.
  10. Y.-Z. Liu, and B. Zhao, “Phase-shift correlation method for accurate phase difference estimation in range finder”, Applied Optics, vol. 54, 2015, issue 11, pp. 3470-3477. DOI: 10.1364/AO.54.003470.
  11. Y. Tu, Y. Shen, and P. Chen, “Correlation theory-based phase difference estimation method for sinusoidal signals,” 35th Chinese Control Conference (CCC), 2016, pp. 5112- 5115. DOI: 10.1109/ChiCC.2016.7554148.
  12. T. Wang, Y. Hou, S. Tang, H. Lei and Z. Deng, “Measuring phase difference of sinusoidal signals based on FPGA”, 13th IEEE International Conference on Control & Automation (ICCA), 2017, pp. 1039-1042. DOI: 10.1109/ICCA.2017.8003204.
  13. I. Choque, M. Servin, M. Padilla, M. Asmad, and S. Ordones, “Phase measurement of nonuniform phase-shifted interferograms using the frequency transfer function”, Appl. Opt., Vol. 58, 2019, Issue 15, pp. 4157-4162. DOI: 10.1364/AO.58.004157.
  14. Y. Antonenko, V. Kozheshkurt, D. Shtoda, V. Katrich, “An amplitude and phase detector for dielectric spectroscopy systems”, Radiofizika i elektronika, Vol. 25, 2020, Issue 3,pp. 68-77. DOI: 10.15407/rej2020.03.068 (in Ukrainian).
  15. Y. G.,Hang Xu, and A. Chi, “Broadband Dynamic Phasor Measurement Method for Harmonic Detection”, Electronics, vol.  11,  2022,  No.  11,  pp.  1667.  DOI:10.3390/electronics11111667.
  16. M. Šíra and S. Mašláň, “Uncertainty analysis of non- coherent sampling phase meter with four parameter sine wave fitting by means of Monte Carlo”, 29th Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2014), 2014, pp. 334-335, DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898395.
  17. Velychko O. M., Shevkun S. M., Dobroliubova M. V. and Izbash Yu. M., “The uncertainty estimates in the calibration of phase meters with using the State Standards of phase angle between two voltages”, Information Processing Systems,             Vol.         2(127),    2015,                     pp.         86-88. https://www.hups.mil.gov.ua/periodic-app/article/4336/eng (in Ukrainian).
  18. Velychko O. M., Shevkun S. M., Kulish Yu. M., Dobroliubova M. V., “Assessment of uncertainty in the calibration phase angle generators on the State Primary Standard phase angle between two voltages at the fundamental frequency range”, Information systems, mechanics and control, 2017, No. 17, pp. 32–39. DOI: 10.20535/2219-3804172017100051 (in Ukrainian).
  19. Instruction manual, “Model 5502-1. Phase Standard”, Clarke-Hess, Communication Research Corp., New York (NY), 149 p.
  20. Instruction manual, “Model 6000A. Phase Meter”, Clarke- Hess, Communication Research Corp., New York (NY), 37 p.
  21. The BIPM key comparison database (KCDB). Available at: http://kcdb.bipm.org .