Устройство для измерения мощности индуктора Советский патент 1986 года по МПК G01R21/08 

25

Изобретение относится к электроизмерениям, а именно к измерению электрической мощности в диапазоне радиочастот, и может быть использовано при построении измерителей выход- 5 ной мощности генераторов, предназначенных для индукционного нагрева,

Цель изобретения - повьшение точности измерения, достигаемая, за счет снижения погрешности фазочувствитель- кого вьшрямления.

На фиг.1 представлена общая схема измерителя; на фиг.2 - векторная диаграмма токов и напряжений в измерителе .

Устройство для измерения мощности индуктора.1 содержит делители 2 и 3 напряжения, самоинтегрирующий пояс Роговского 4, первый 5 и второй 6 магнитные пояса, фазочувствительные выпрямители 7 и 8, выпрямитель 9, сумматор 10, ваттметр 11, резистор 12, выводы 13 и 14 сигнальной входной цепи фазочувствительных выпрямителей 7 и 8, выводы 15 и 16 управляющей входной цепи и выводы I7 и 18 выходной цепи,

Входы делителей 2 и 3 напряже - ния соединены с входом устройства первый вход фазочувствительного выпрямителя 7 соединен с первым выводом пояса Роговского 4, второй вывод которого через магнитньй пояс 5 соединен с общим проводом. Первый вход фазочувствительного выпрямителя 8 подключен к выходу магнитного пояса 6, Вторые входы фазочувствительных выпрямителей 7 и 8 подключены к выходу делителя 3 напряжения,- а выхода к соответствующим входам сумматора 10, выход которого соединен с первой обмоткой ваттметра 11, вторая обмотка которого через выпрямитель 9 подключена к выходу делителя 2 напряжения.

Магнитные пояса 5 и 6 конструктивно аналогичны поясу Роговского 4, отличаясь от него сопротивлением нагрузки: пояс Роговского 4 шунтирован низкоомным безындукционным резистором 12, а нагрузкой поясов 5 и 6 являются входные сопротивления фазочувствительных вьтрямителей 7 и 8 соответственно, Которые значительно больще сопротивления резистора 1 ..

Устройство работает следующим об-; разом.

5

20

30

При включении генератора с делителей 2 и 3 поступают напряжения:

и„

K U sinwt,

(1)

где К. - коэффициент пропорциональности.

Алгоритм преобразования мощности состоит в перемножении в электродинамическом ваттметре 11 двух сигналов постоянного тока, пропорциональных напряжению и активному току индуктора.

Сигнал с выхода первого емкостного делителя 2 поступает на вход вы- прямителя 9.

После вьшрямления и сглаживания сигнал, подаваемый на параллельную цепь ваттметра II, пропорционален действующему значению напряжения на индукторе U:

и,- к,и

(2)

Ток i на выходе самоинтегрирующего пояса Роговского 4 сдвинут по фазе относительно тока индуктора 1 на Т и равен:

М

L

V

(wt-cf-ir), (3)

где М и L - коэффициенты взаимо- и

самоиндукции соответст- венно.

Напряжение U, на резисторе 12 с сопро1гивлением R равно: I

и, R sin (at -Cf- ir ). (4),

Напряжение U. на выходе первого магнитного пояса 5 по закону электро- 40 магнитной индукции равно:

(р -„L,(ajt-tf-|), (5)

45

где 9 - поток, сцепленный с поясом, LJ - индуктивность пояса. Знак 1чинус в (5) означает отставание на -у а

от 1 .

Суммарное напряжение U поясов 4 и 5 равно:

(Mt-(( -) + sin ( wt -tf--|-).

00 L-; L j

M E

ЕСПИ выполняется условие:

MR i т I t -- |wL,i K,,

(6)

(7)

то

U5,K,.

I in

r

(w t -cf к

Im s

(wt -cf - ).

Ток ly (фиг.2) пропорционален напряжению Uj

т.е.

К I

31Г

m

sin(wt -tf- ™-). (9)

Пояс 6 охватывает шину протекает ток 1. пряжение Ug на выходе

6

по которой Аналогично (5) н,а- пояса 6 равно:

5fr

К6 («t - cf- ).

Равенство (9) справедливо при чисто активном сопротивлении фазочувст- вительного выпрямителя 7.

.Напряжения U и U поступают на соответствующие сигнальные входы фа- зочувствительных выпрямителей 7 и 8. На их управляющие входы с емкостного делителя 3 подается сигнал U j .

Если

и, (6...7) и, и, (6...7) и.

(11)

то выходное напряжение фазочувстви- тельного вьтрямителя пропорционально значению 1 на косинус фагового угла между входными напряжениями.

Для фазочувствительного вьшрями- теля 7 справедливо

U,K, u7u5 К7 Vos (( +

rn

К,

(Cf45°).

а для фазочувствительного выпрямителя 8:

8

К с

1 cos

ч

и. и.

Vn,)

|COS (cf +

(13)50

К (СР+ 45). Выходные сигналы выпрямителей 7 8 поступают на входы сумматора 10,

ыходное напряжение сумматора авно:

fr

cos

10

9 Cos

4

(- -f)

(IP + -) +

к, (f, (15)

55

8)

аВ ваттметре 11 перемножаются сигналы Ug и Uj , его вращающий момент М пропорционален мощности:

и„ К, К.и I

М К К.- Р,

К,

K,oU

Ю ) Ч - No ° fF

где и и I - действующие значения прялсения и тока индуктора, а Р - тивная мощность.

на

акfO

t5

20

25

Предлагаемое устройство отличается от известного более высокой точностью. Это объясняется тем, что общая-погрещность измерения существенно снижена за счет погрешности фазочувствительного выпрямителя. Несмотря на введение дополнительных , элементов, общая погрешность оказывается Н1-ске. Действительно, как показывает опыт, при индукционном нагреве фазовый угол в течение цикла меняется в стационарных условиях на несколько десятых долей градуса. При углах - 8850 , характерных для высокочастотного индукционного плазменного разряда, погрешность, пропорциональная tg ff, для известного устройства составила

30

53j, 49:1

17%.

В предлагаемом устройстве фазочус- ствительные выпрямители работагот при углах около 45 (от 44 24 до 44 3б ). Суммарная погрешность составляет

Р :986|-0з 9793 0,9827

1%

40

.

45

50

55

Формула и 3 о б р е т е н ir я

Устройство для измерения мощности индуктора, содержащее два делителя напряжения, входы которых соединены с входом устройства, ваттметр, вьшря- митель, первый фазочувствительный выг- прямитель и самоинтегрирующий пояс Роговского, охватывающий токовую шину индуктора и шунтированный резистором, первый вывод которого подключен к.первому входу первого фазочувствительного вьтрямителя, второй вход которого соединен с выходом первого делителя напряжения, а выход с первой обмоткой ваттметра, вторая об- ,мотка которого через выпрямитель подключена к выходу второго делителя напряжения, о тличающий ся тем, что, с целью повышения точности

измерения, в него введены второй фа- зочувствительный выпрямитель, сумматор и два магни Рных пояса, первый из которых охватывает токовую шину индуктора, а второй - токовую шину первого магнитного пояса, выводы которого соединены соответственно с вторым выводом самоинтегрирующего пояса Роговского и общим проводом, причем выход первого фазочувствительного выпрямителя соединен с первой обмоткой ваттметра через сумматор, другой вход

которого подключен к выходу -второго фазочувствительного выпрямителя, первый вход которого соединен с выходом второго магнитного пояса, а второй вход - с выходом первого делителя напряжения .

2. Устройство по и. 1, о т л и - . чающееся тем, что коэффициенты передачи первого магнитного пояса и самоинтегрирующего пояса Роговского равны. ,

Изобретение относится к области электроизмерений. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит делители напряжения 2 и 3, самоинтегрирующий пояс Рогов- ского 4, магнитные пояса 5 и 6, фазо- чувствительные выпрямители 7 и 8 с выводами 13 и 14 сигнальной входной цепи, выводами 15 и 16 управляющей входной цепи и выводами 17 и 18 вы- i ходной цепи, выпрямитель 9, сумматор 10, ваттметр 11 и резистор 12. Магнитные пояса 5 и 6 отличаются от пояса Роговского сопротивлением нагрузки. Пояс Роговского шунтирован низко омным безындукционным резистором 12. Нагрузкой поясов 5 и 6 являются входные сопротивления фазочувствитель- ных выпрямителей 7 и 8 соответственно . 1 ил . с О) ьо со со о ел «Jb

WE

и