Бинарный индуктивный делитель напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 15/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л

С: (21) 4691917/21 (22) 15.05,89 (46) 07.09.91. Бюл. М 33 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич,M.H.Ñóðäó и В.П.Карпенко (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 773507, кл. G 01 R 15/06, 1980.

Измерительная техника, 1972, ЬЬ 1, с. 59 — 61. (54) БИНАРНЫЙ ИНДУКТИВНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании мостовых и компенсационных цепей переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений, а также при проведении аттестации и поверки точности электроизмерительных устройств, Целью изобретения является повышение точности (коэффициента передачи) делителя в расширенном диапазоне напряжений и частот.

На фиг. 1 изображен бинарный индуктивный делитель напряжения; на фиг. 2 — то же, выполненный на двухступенчатых трансформаторах; на фиг. 3- то же, вариант.

Делитель (фиг. 1) содержит цепочку из и одинаковых основных четырехобмоточных трансформаторов с сердечниками 1-1, 12,..., 1-(и — 1), 1 — n и обмотками 2 — 1, 3 — 1, 4-1, 5 — 1 — на сердечнике 1 — 1, обмотками 2-2, 3 — 2, 4-2, 5 — 2 — на сердечники 1 — 2, обмотка!

Ж, „1б75788 А1 (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании мостовых и компенсационных цепей переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений, а также при проведении аттестации и поверки точносги электроизмерительных.устройств. Цель изобретения — повышение точности коэффициента передачи делителя в расширенном диапазоне напряжений и частот — достигается за счет введения в основной трансформатор дополнительной четвертой обмотки и N дополнительных двухобмоточных трансформаторов.

1 з,п. ф-лы, 3 ил. ми 2 — (и — 1), 3 — (n — 1), 4 — (n — 1), 5 — (n — 1) и обмотками 2 — n, 3 — n, 4 — и, 5 — п íà и-м сердечнике, а также и одинаковых двухобмоточных трансформаторов с сердечниками 6 — 1, 6 — 2, 6 — 3,..., 6 — (n — 1) и 6 — n и обмотками 7 — 1, 8 — 1 — на сердечнике 6 — 1, обмотками 7-2, 8-2 — на сердечнике 6 — 2, обмотками 7 — (п — 1), 8 — (n — 1) — на сердечнике 6 — (n — 1) и обмотками 7 — и, 8 — n — на сердечнике 6 — n. Между основными обмотками и основных трансформаторов применено "лестничное" соединение: обмотки 3-.1 первого трансформатора 1 — 1 соединены параллельно с обмотками 2 — 2 второго трансформатора 1 — 2 и так далее, обмотки 2-(n — 1) трансформатора 1 — (и — 1) соединены параллельно с обмоткой 2 — и трансформатора п, Первый конец обмотки 2 — 1 и второй конец обмотки 3 — n является входными зажимами 9 — 10 делителя. Первый конец обмотки 7 — 1 трансформатора 6 — 1 подключены к входному зажиму 9 делителя. Обмотка

7-1 трансформатора 6 — 1 соединена после1675788

10

Аналогичным образом соединены обМотки остальных дополнительных трансформаторов: обмотка 7 — (n — 1) трансформатора 6-(и-1) последовательно с обмотками 4 — (и — 1) и 5 — (и — 1) трансформато- 1 ра 1-(n — 1) и с обмоткой 8-(и — 1) и эта цепочка обмоток включена между точкой соединения обмоток 4-(и-2) и 5-(и-2) трансформатора и-2 (не показан) и точкой соединения обмоток 4 — n и 5 — n трансформатора и. Об- 2 мотки 7 — и, 4 — и, 5-п, 8-и соединены последовательно и включены между точкой соединения обмоток 4-(и — 1) и 5(n — 1) трансформатора 1 — (n — 1) вторым выходным (входным) зажимом 10 делителя. Выходное напряжение делителя снимается с одного из зажимов 11 — 1, 11-2,..., 11 — (n — 1) 11 — и и зажима 12, общего с зажимом 10, Количество трансформаторов в делителе определяется требуемой дискретностью деления делителя.

Делитель выполненный на двухступенчатых трансформаторах (фиг. 2), содержит и двухступенчатых трансформаторов с сердечниками 1 — 1, 6 — 1, 1 — 2, 6 — 2„.„1 — (1 — n), 6— (n-1), 1 — и, 6 — п и обмотками 2-1, 3 — 1, 4 — 1, 5-1,..., 2 — (п — 1), 3 — (п-1), 4 — (и — 1), 5 — (и — 1), 2 — п, 3 — n, 4 — и, 5 — п, Обмотки 2-1, 3-1, 3 — 2, 3-(п-1), 3 — n соединены последовательно и включены между входными зажимами 9 — 10 делителя. Обмотка 2 — 2 включена параллельно обмотке 3 — 1. Обмотка 3-(n — 1) включена параллельно обмотке 2-и. Обмотки 4 — 1, 5 — 1, 5 — 2„... 5 — (и — 1) и 5 — и также соединены последовательно между собой и подключены к входным зажимам 9-10 делителя. Обмотка

4-2 подключена параллельно обмотке 5-1.

Обмотка 4 — п подключена параллельно обмотке 5-(п-1),Обмотки 2 — 1, 3 — 1, 2 — 2, 3 — 2, 2 — (и — 1), 3 — (и — 1), 2-п, 3-и выполнены по две соответственно на первом сердечнике 1 — 1, 1 — 2, 1 — (n — 1), 1 — n каждого из двухступенчатых трансформаторов, Обмотки 4 — 1, 5 — 1, 4—

2, 5-2, 4-(и — 1), 5 — (и — 1), 4 — и, 5 — n выполнены также по две одновременно на двух сердечниках каждого из п трансформаторов, OT точек соединения обмоток 4 — 1, 5 — 1, обмоток 4 — (и — 1), 5-(n — 1), 4-п, 5-и сделаны отпай ки, являющиеся делительными выходными зажимами 1.1 — 1, 11 — 2,..., 11--и устройства. довательно с обмотками 4-1 и 5 — 1 трансформатора 1 — 1 и обмоткой 8 — 1, второй конец последней обмотки подключен к точке соединения обмоток 4-2 и 5-.2 трансформа-. тора 1-2. Обмотки 7-2, 4 — 2, 5-2 и 8 — 2 соединены последовательно и включены между точкой соединения обмоток 4-1 и 5 — 1 и первым концом обмотки 4 — 3 последующего трансформатора 1-3 (не показан).

Принцип работы делителей, представленных на фиг. 1 и 2, одинаков, но пояснить

его проще на примере делителя с одностержневыми трансформаторами (фиг. 1), Рассмотрим упрощенную схему предлагаемого делителя, содержащую два основных и два дополнительных трансформатора (фиг, 3), Делитель содержит основные трансформаторы 1 с обмотками 2-6 с обмотками

7-10 и дополнительные трансформаторы 11 с обмотками 12-14 с обмотками 15 и 16, а также зажимы 17 — 21.

Обмотки 2 и 3 соединены последовательно, так же и обмотки 7 и 8. Обмотки 3 и

7 соединены параллельно между собой. Обмотки 12, 4, 5, 13, 10 и t6 соединены последовательно, обмотки 15 и 9 также соединены последовательно между собой и подключены параллельно обмоткам 5 и 13, Числа витков во всех обмотках одинаковы.

Если магнитные характеристики сердечников 1 и 6 идентичны, а активные сопротивления обмоток равны нулю, то и при отсутствии компенсации приложенное к зажимам 17 — 18 делителя напряжение Овх распределяется пропорционально виткам и секциям обмоток 2, 3 и 8..В этом случае напряжения на зажимах обмоток 2, 3, 7 и 8 одинаковы, так как у них одинаковы числа витков, обмотки 2 и 3 (также и обмотки 7 и

8) имеют тесную индуктивную связь, а обмотки 3 и 7 соединены параллельно. При этом приложенное к делителю напряжение на этих обмотках делилось бы на три равные части.

Однако в реальных трансформаторах (делителях) существует разброс магнитных характеристик сердечников (и довольно значительный), а также существуют сопротивления проводов обмоток и соединительных проводов и контактов. Эти причины приводят к возникновению погрешности коэффициента передачи делителя.

Компенсация рассмотренных погрешностей в предлагаемом делителе осуществляется следующим образом.

Напряжение U4 на обмотке 4 отличается от напряжения Ug на зажимах обмотки 2 на величину погрешностей, обусловленных влиянием сопротивлений проводов этих обмо-. ток. Это разностное напряжение, обозначенное через Л U4, подается на обмотку 12 и учитывается в выходном напряжении делителя путем суммирования его с напряжением 04 обмотки 4.

Напряжение Ug на зажимах обмотки 9 отличается от напряжения на зажимах обмотки 5 на величину погрешностей, обусловленных влиянием неидентичности

1675788 где и — число основных трансформаторов.

Работа делителя напряжения, выполненного на и двухступенчатых трансформаторах (фиг. 2), полностью соответствует

5 описанной, Предлагаемый делитель напряжения позволяет повысить точность коэффициента передачи по сравнению с известным примерно на два порядка, 10 Для сравнительной оценки характеристик предлагаемого делителя производят расчет упрощенной схемы предлагаемого делителя, приведенной на фиг. 3, с учетом вли-.ния остаточных сопротивлений обмот15 ок и разброса магнитных характеристик сердечников трансформаторов.

В результате расчета схемы (фиг. 3) при дог,ущаниях, принятых в протипе, т.е. при

;,:;-венстве активных сопротивлений обмо20 ток, обозначенных через Я, выражение для о.-.таточной погрешности предлагаемого делителя может быть представлено в виде;

Благодаря параллельному соединению обмоток 5, 15 и 9, 13 напряжения на их 25 зажимах тождественно равны. т.е, можно записать

2 у „— х а7 х2х15 (7) 7х15 ? х2

05 A05=0g hUg (2)

С учетом равенств (1) и (2) имеют зависимости

04+ Л04 = 05+ 05 = 09+ Л09 =

= Uio+ Л01о. (3)

Выходное напряжение (фиг, 3) делителя 35 между зажимами представляет сумму трех напряжений:

40 и эта сумма равна напряжению Овых, приложенному к входным зажимам делителя. Поэтому при сьеме выходного напряжения с части обмоток деЛителей получают соответственно выражения для выходных напряже- 45 ний: (5) ° 1 г 50 на зажимах 17, 21 0вых2 = — 0вх, 3

Ааналогичные рассуждения можно распространить на делитель, состоящий иэ и основных и дополнительных трансформато- 55 ров. Выходное напряжение, снятое с одной секции делителя, при этом составляет

0 = 0вх вых.n = (+ 1), (6) магнитных характеристик сердечников 1 и 6 и сопротивлений проводов этих обмоток.

Разность этих напряжений, снимаемая с первых зажимов обмоток 5 и 9, подается на обмотку 13 и суммируется-с напряжением обмотки 5. Разность напряжений Л09, снимаемая с конечных зажимов обмоток 5 и 9, подается на обмотку 15 и суммируется с напряжением Ug обмоток 9, Разность напряжений Л01о обмоток 8 и 10, обусловленная непропорциональностью активных сопротивлений этих обмоток, подается на обмотку 16 и суммируется с напряжением 01л обмотки 10.

Вследствие наличия тесной индуктивной связи между обмотками 4 и 5, 9 и 10, 12 и 13, а также между обмотками 15 и 16 соответственно можно записать следующие равенства:

04 = 05; 09 = 01О, Л U4 =

Л05 Л010 Л 09 (1) 0вых =(04+ Л04)+(05+ Л05), (4) ° 2 4 на зажимах 18, 20 UB X1 = — 0

3 где х2 — полное индуктивное сопротивление обмотки 2, равное сопротивлению обмоток

3 — 5; х7 — полное сопротивление обмотки 7, равное сопротивлению обмоток 8-10; х12 — индуктивное сопротивление обмоток 12 и 13; х15 — индуктивное сопротивление обмоток 15 и 16.

Из сравнения полученного выражения (7) с выражением для остаточной погрешности прототипа, можно видеть, что v><> предлагаемого делителя пропорционально квадрату исходной погрешности нескомпенсиоованного устройства и составляет величину второго порядка малости, а в прототипе остаточная погрешность первого порядка малости.

Сравнение показывает, что точность предлагаемого делителя при принятыхусловиях примерно на два порядка выше точности известного.

Использование изобретения позволяет создать прецизионные делители напряжения, позволяющие обеспечить высокую точность деления напряжения в расширенном диапазоне напряжений и частоты по сравнению с известными делителями напряжения. Точность предлагаемого делителя

1675788 также выше точности известных аналогов делителей.

Формула изобретения

1. Бинарный индуктивный делитель напряжения, содержащий N основных трансформаторов с тремя обмотками каждый, первая и вторая обмотки каждого основного трансформатора соединены последовательно между собой, вторая обмотка каждого предыдущего основного трансформатора соединена параллельно с первой обмоткой каждого последующего основного трансформатора, первый конец первой обмотки первого основного и второй конец второй обмотки последнего основного трансформатора соединены с входными зажимами делителя, второй входной и выходной зажимы делителя соединены, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности кОэффициента передачи делителя в расширенном диапазоне напряжений и частот, каждый основной трансформатор снабжен дополнительной четвертой обмоткой, соединенной последовательно с третьей обмоткой, а также с М дополнительными двухобмоточными трансформаторами, причем начало первой обмотки первого основнЬго трансформатора соединено с первым входом делителя и с началом первой обмотки первого дополнительного трансформатора, конец первой обмотки первого дополнительного трансформатора соединен с началом третьей обмотки первого основного трансформатора, начало четвертой обмотки соединено с концом третьей обмоткй первого основного трансформатора и соединено с первым выходом делителя и началом первой обмотки второго дополнительного трансформатора, начало второй обмотки первого дополнительного трансформатора соединено с концом четвертой обмотки первого основного трансформатора, конец второй обмотки первого дополни15

2О

4О тельного трансформатора соединен с вторым выходом делителя и с концом третьей обмотки и началом четвертой обмотки второго основного трансформатора и с началом первой обмотки n — 1 дополнительного трансформатора, конец первой обмотки второго дополнительного трансформатора соединен с началом третьей обмотки второго основного трансформатора, начало второй обмотки второго дополнительного трансформатора соединено с концом четвертай обмотки второго основного трансформатора, конец второй обмотки второго дополнительного трансформатора соединен с концом третьей и началом четвертой обмоток последующего основного трансформатора и началом первой обмотки и-го дополнительного трансформатора и соединен с n— - 1 выходом делителя, конец первой обмотки дополнительного трансформатора соединен.с началом третьей обмотки n — 1 основного трансформатора. начало второй обмотки и — 1 дополнительного трансформатора соединена с концом четвертой обмотки

n — 1 основного трансформатора. конец второй обмотки и-1 дополнительного трансформатора соединен с п-выходом делителя и с концом третьей и началом четвертой обмоток и-го основного трансформатора, конец первой обмотки п дополнительного трансформатора соединен с началом третьей обмотки и основного трансформатора, начало второй обмотки и дополнительного трансформатора соединено с концом четвертой обмотки и основного трансформатора, конец второй обмотки и дополнительного трансформатора соединен с выходом и вторым входом делителя.

2. Бинарный делитель по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции делителя, каждая пара трансформаторов выполнена в виде двухступенчатого трансформатора.

1675788

1675788

Составитель В.Федотов

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор Н,Гулько

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2999 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5