Устройство питания измерительных цепей

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для обеспечения 90-градусного сдвига фазы между током и напряжением в измерительных Цепях. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот при сохранении 90-градусного фазового сдвига между входным током и выходным напряжением. Устройство содержит катушки взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор, при этом первичная обмотка катушки взаимной индуктивности соединена с первичной обмоткой трансформаторатока согласно, а вторичная обмотка катушки взаимной индуктивности - встречно со вторичной обмоткой трансформатора тока, начало первичной обмотки которой и конец первичной обмотки катушки взаимной индуктивности используют для подключения к источнику тока. Безындуктивный резистор подключен к точке соединения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности с вторичной обмоткой трансформатора тока и через конденсатор соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока. Выходное напряжение снимают между концгм первичной обмотки катушки взаимной ; i- дуктивности и точкой соединения конденг ^- тора и безындуктивнбго резистора. Такое соединение элементов устройства позволяет обеспечить одинаковый закон изменения компенсируемого и компенсирующего углов от частоты входного тока и тем самым расширить рабочий диапазон частот, в пределах которого сохраняется установленный при настройке 90-градусный фазовый сдвиг между входным током и выходным напряжением. 1 ил.ю00ю оИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено в приборах и других устройствах, в которых используются электрические сигналы с постоянным сдвигом по 'фазе, например, на угол 90°.Известна четырехзажимная мера реактивного сопротивления с компенсацией потерь, используемая при настройке ипериодической поверке приборов, предназначенных для измерения параметров комплексных величин.Heдocтatкoм четырехзажимной меры является зависимость угла сдвига фазы от частоты, что снижает точность настройки и поверки приборов на частотах, отличных от частоты аттестации.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (я)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782762/09 (22) 15.01.90 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71) Отдел энергетической кибернетики АН

МССР (72) В.П. Берзан (53) 621.397(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Мв 200661, кл. Н 03 В 27/00, 1967. (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для обеспечения 90-градусного сдвига фазы междутоком и напряжением в измерительных цепях. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот при сохранении 90-градусного фазового сдвига между входным током и выходным напряжением. Устройство содержит катушки взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор, при этом первичная обмотка катушки взаимной индуктивности соединена с первичной обмоткой трансформатора

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено в приборах и других устройствах, в которых используются электрические сигналы с постоянным сдвигом Ro фазе, например, на угол 90 .

Известна четырехзажимная мера реактивного сопротивления с компенсацией потерь, используемая при настройке и тока согласно, а вторичная обмотка катушки взаимной индуктивности — встречно со вторичной обмоткой трансформатора тока, начало первичной обмотки которой и конец первичной обмотки катушки взаимной индуктивности используют для подключения к источнику тока. Безындуктивный резистор подключен к точке соединения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности с вторичной обмоткой трансформатора тока и через конденсатор соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока. Выходное напряжение снимают между концгм первичной обмотки катушки взаимной; дуктивности и точкой соединения конден тора и безындуктивнбго резистора. Такое соединение элементов устройства позволяет обеспечить одинаковый закон изменения компенсируемого и компенсирующего углов от частоты входного тока и тем самым расширить рабочий диапазон частот, в пределах которого сохраняется установленный при настройке 90-градусный фазовый сдвиг между входным током и выходным напряжением. 1 ил. периодической поверке приборов, предназначенных для измерения параметров комплексных величин.

Недостатком четырехзажимной меры является зависимость угла сдвига фазы от частоты, что снижает точность настройки и поверки приборов на частотах, отличных от частоты аттестации.

1712896

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для питания измерительных схем, содержащее катушку взаимной индуктивности, в цепь вторичной обмотки которой включены конденсатор и делитель напряжений, трансформатор тока, питающий активное сопротивление, включенное в цепь вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.

К недостаткам данного устройства относится узкий диапазон по частоте, в пределах которого. угол сдвига фазы между током о и выходным напряжением точно равен 90 .

Отклонение рабочей частоты от частоты настройки приводит к существенному. изменеwe угла сдвига фазы между входным током и выходным напряжением.

Цель изобретения — расширение диапазона по частоте при сохранении постоянства сдвига фазы на 90 между входным током и выходным напряжением катушки взаимной индуктивности.

Поставленная цель достигается тем, что последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока включен конденсатор. Предлагаемое устройство содержит катушку взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор. Первичные обмотки катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока включены последовательно и согласно, а вторичные — последовательно и встречно. Безындуктивный резистор подключен одним выводом к общей точке соединения вторичных обмоток катушек взаимной индуктивности и трансформатора тока, а другим — к первому выходу устройства и обкладке конденсатора.

Вторая обкладка конденсатора соединена с концом вторичной обмотки трансформатора тока. Выходное напряжение снимается с конца вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности и точки соединения безындуктивного резистора и обкладки конденсатора.

На чертеже показана схема устройства питания измерительных цепей.

Устройство питания измерительных цепей содержит катушку 1 взаимной индуктивности, трансформатор 2 тока, конденсатор 3 и безындуктивный резистор

4. Входными зажимами являются точки 5 и

6, а выходными — точки 7 и 8. Первичные обмотки 9 и 10 катушки 1 взаимной индуктивности и трансформатора 2 тока соединены по схеме последовательного согласного включения, а вторичные обмотки 11 и 12— по схеме последовательного встречного включения. Резистор 4 одним выводом подключен к общей точке соединения вторичВ Рсь (2) ° 1

0й = 12R где Ор = l2R — падение напряжения на без50 ындуктивном резисторе.

При условиях R вС «1 и аР 1 12С «1, которые в предлагаемом устройстве выполняются, уравнение (2) упрощается, причем

55 действительная часть этого напря жения су щественно больше мнимой части напряжения, т.е. и 1

0р =в Мгйв CI1. (3) ных обмоток 11 и 12, а другим — к выходному зажиму 8 устройства и через конденсатор 3 соединен с другим выводом вторичной обмотки 12 трансформатора 2 тока. Выходной

5 зажим 7 подключен к второму выводу обмотки 11 катушки 1 взаимной индуктивности.

Устройство питания измерительных цепей работает следующим образом.

При протекании тока l1 по первичным

10 обмоткам 9 и 10 во вторичных обмотках 11 и 12 наводятся ЭДС взаимной индукции Е1 и Ег, причем углы сдвига фаз между током l1 и напряжением на вторичных обмотках изза запаздывания основного магнитного по15 тока и протекания токов утечки через о паразитные емкости отличаются от 90, что и обуславливает угловую погрешность катушки взаимной индуктивности. Под действием наведенной ЭДС в замкнутом контуре

20 вторичной обмотки трансформатора 2 тока протекает ток 12, который вызывает падение

* напряжения на безындуктивном резисторе

4, которое находится в противофазе с компенсируемым падением напряжения на ак25 тивном сопротивлении ветви намагничивания катушки 1 взаимной индуктивности.

Уравнение электрического равновесия в цепи вторичной обмотки трансформатора

30 тока имеет вид

Ег=)c0L12I2 — ) — +128, . (1)

I2 со С где Ег = jo) Мг I1- ЭДС вторичной обмотки трансформатора тока;

35 4 — ток во вторичной цепи трансформатора тока;

L12, M2 — индуктивность вторичной обмотки и коэффициент взаимной индукции трансформатора тока;

40 С вЂ” емкость конденсатора;

R — сопротивление резистора.

С учетом уравнения (1) падение напряжения на резисторе 4 определяют по формуле

1712896

Значение угла компенсации фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности определяют по формуле

UR M2 дком.=arctg ==arctg ЯвС, (4) в ч0 i1 М1 где дном.— угол, который компенсирует фазовую погрешность катушки взаимной индуктивности;

М1 и Мг — коэффициенты взаимной индукции обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока.

Угол фазовой погрешности предлагаемого устройства д = дс.к. — дком.. (5) где д — угол фазовой погрешности устройства; дс.к.— угол фазовой погреш ности катушки взаимной индуктивности из-за емкостных токов через собственные и взаимные емкости обмоток и вихревых токов в обмотках катушки взаимной индукции (угол дс.к. линейно изменяется с частотой); дком. — угол, который компенсирует угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности.

Такой характер зависимости угла сдвига фаз устройства д сохраняется во всем диапазоне частот, вплоть до частот, близких к собственным резонансным частотам обмоток катушки 1 и трансформатора 2.

Нелинейность зависимости угла компенсации дком. от частоты при R вС = 0,1 не превышает 1% и при уменьшении величины произведения R в С уменьшается.

Требуемый угол компенсации устанавливается один раз прй настройке устройства подбором сопротивления 4 или емкости конденсатора 3, что позволяет упростить настройку и поверку устройства питания измерительных цепей, так как зти действия могут выполняться на частотах, на которых имеются аттестованные приборы и меры поверки. Точность настройки, т.е. компенсации углэ фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности, определяется погрешностью измерительных приборов и мер, используемых при настройке предлагаемого устройства. Наиболее технически совершенным работающим устройством для формирования напряжения, сдвинутого по фазе относительно тока на 90, является прототип. Точность установки 90о-ного сдвига фазы между током и напряжением у прототипа зависит только от погрешности .используемых при настройке образцовых приборов и мер, а угол фазовой погрешности может быть сколь угодно малым, в том числе принимать нулевые значения.

При отклонении от частоты настройки угол фазовой погрешности прототипа изменяется от -й/2 до+ й/2, причем его зависимость от частоты является нелинейной функцией. Угол фазовой погрешности, пренебрегая влиянием активных сопротивлений обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока, определяется выражением д = дс,п. — дком.п. + д с, (6) где дс.п.— собственный угол фазовой по грешности катушки взаимной индуктивности прототипа, который линейно зависит от частоты; дком.п.— угол, который компенсирует на частоте настройки собственный угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности прототипа;

Bic — составляющая угла фазовой погрешности катушки, обусловленная влиянием конденсатора емкостью С, включенного в цепь вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.

Значения величин дкомп., Lc и ри

R «в1 г определяют по формулам:

Мг R KoM.n. = aretg М вЂ” (—, (7)

М1в 1г

Qic= arctg + . (8)

Вд+ Я где Кд — сопротивление делителя напряжения прототипа, причем Вд »В;

1 во = — — частота, на которой скомL11c пенсировано реактивное сопротивление контура вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.

При в = составляющая угла фазовой погрешности катушки д с= О, а при в Фа и д с Ф О, причем угол д с нелинейно зависит от частоты.

Например, при изменении частоты от

11 во до 1,2 во, т.е. примерно íà 10%, составляющая угла фазовой погрешности д с катушки взаимной индуктивности изменяется не менее, чем на 190%, т.е. конденсатор очень сильно влияет на частотную стабильность угла фазовой погрешности прототипа при отклонении частоты.

Включение конденсатора в цепь вторичной обмотки трансформатора тока обеспечивает одинаковый закон изменения компенсирующего дком. (см. уравнение (4)) и компенсируемого дс.<. углов от частоты, исключить влияние конденсатора на частотную нестабильность угла фазовой погрешности предлагаемого устройства, а следовательно, расширить в десятки и сотни раз рабочий диапазон по частоте, в пре1712896 — Г

1

Составитель В.Берзан

Редактор А.Лежнина -Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 534 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарица, 101 делах которого с высокой точностью сохраняется установленйый при настройке сдвиг по фазе между током и выходным напряжением предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство питания измерительных цепей. содержащее катушку взаимной индуктивности, трансформатор тока, первичные обмотки которых включены последовательно и согласно, а вторичные- последовательно и встречно, конденсатор, безындуктивный резистор, один вывод которого подключен к общей точке соединения вторичных обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока, а другой — к первому выходу устройства питания измерительных цепей, первым и вторым входами которого являются начало и конец первичных обмоток соответственно трансформатора тока и катушки взаимной

5 индуктивности, о тл и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью расширения диапазона по частоте при сохранении постоянства сдвига фазы на 90 между входным током и выходным напряжением, в цепь вторичной обмотки 10 трансформатора тока включен конденсатор, одна обкладка которого подключена к концу вторичной обмотки трансформатора тока, а другая обкладка — к другому выводу безындуктивного резистора, при этом конец вто15 ричной обмотки катушки взаимной индуктивности является вторым выходом устройства питания измерительных цепей.