Трансформаторный высоковольтный мост переменного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R17/12 

фиг.{

Изобретение относится к технике и может быть использовано при построении трансформаторньп-; мостов переменного тока., предназначенных для измерения параметров емкостных объектов на высоком напряжении.

Целью изобретения является повышение безопасности измерений путем проведения процесса уравновешивания при крайне низком измерительном напряжении и упрощение конструкции моста путем исключения высоковольтного измерительного трансформатора.

На фиг, J показана принципиальная схема моста; на фиг,, 2 и 3 - мост с включением по прямой и перевернутой схемам.

Тр ансформаторный высок оволь тньш мост переменного тока содержит источник 1 питания, переключатель 2 (высоковольтный) с подвижными 3, первым и вторым неподвижными 4 и 5 контактами переключатель 6.(высоковольтный) с подвижным 7, первым и вторым непод- вижными 8 и 9 контактами, переключатель 10 (высоковольтный) с подвижным 11, первым и вторым неподвижными 12 и 13 контактами, переключатель 14 (высоковольтный) с подвижным.5, первым и вторым неподвижными 16 и 17. контактами, объект 18 измерения, первый измерительный трансформатор 19 т тока с первичной 20 и вторичной 21

сопротивление 31 которого соединено с подвижным, контактом 7 переключателя 6. Объект 18 измерения соединен с подвижным контактом 3 переключателя 2, контактом 8 переключателя 6 и обмоткой 20 трансформатора 19 тока, обмотка 21 которого соединена с первичной обмоткой 23 трансформатора 22. Плечевые обмотки 26 - 28 соединены соответственно с обмоткой 24 трансформатора 22, образцовой мерой 34 емкости и образцовой мерой 35 сопротивления, а выходная обмотка 29 - с детектором 36 равновесия. Средняя точка делителя 30 соединена с разрядником 37 и повторителем 33 напряжения.

Мост работает следующим образом.

При включении источника 1 питания высокое напряжение через соединенные между собой неподвижный 4 и подвижный 3 контакты переключателя 2 подводится к объекту 18 измерения, а через соединенные между собой неподвижный 8 и подвижньй 7 контакты переключателя 6 - к делителю 30 напряжения. В результате по первичной обмотке 20 измерительного трансформатора

19 тока протекает ток Iональный импедансу

пропорЦи- объекта 18 измерения, а через делитель 30 напряжения - ток I

,, пропорциональный

сопротивлению делителя. Ток I трансформируясь при помощи первого

Zv

Изобретение относится к области- электроизмерительной техники. Трансформаторный высоковольтньй мост переменного тока содержит источник 1 питания, компаратор 25 токов с плечевыми обмотками 26-28 и выходной обмот-. кой 29, образцовую меру 34 емкости, детектор 36 равновесия, образцовую .меру 35 активного сопротивления, повторитель 33 напряжения, высоковольтные переключатели 2, 6, 10, 14, разрядный делитель 30 напряжения, измерительные трансформаторы 19, 22 тока, объект 18 измерения, разрядник 37, блок 38 уравновешивания. Повьшается безопасность измерений за счет упрощения способа уравновешивания при крайне низком измерительном напряжении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ( (Л со со о о О5 СО

обмотками, второй измерительный тран-эс 19 и второго 22 измерительных транс-

сформатор 22 тока с первичной 23 и вторичной 24 обмотками компаратор 25 токов с плечевыми обмотками 26-28 , и выходной обмоткой 29, делитель 30 напряжения с верхним 31 и нижним 32 плечами, повторитель 33 напряжения, образцовую меру 34 емкости, образцовую меру 35 сопротивления, детектор 36 равновесия, разрядник 37, блок 38 уравновешивания.

Источник 1 высокого напряжения соединен с контактами 4 и 5 переключателя 2 и неподвижными контактами 12, 13 переключателя 10,

Неподвижный контакт В переключателя 6 соединен с подвижным контактом 3 переключателя 2 и неподвижным контактом 17 переключателя 14, а кон40

45

50

форматоров тока, создает в компараторе 25 токов при помощи обмотки 26 магнитный поток, пропорциональный параметрам импеданса Z объекта 18 из измерения. Реактивная и активная составляющие этого потока уравновешиваются соответственно потоком, создаваемым в компараторе 25 током, проте- какяцим по обмотке 27 и возникающим в результате действия выходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 34 емкости, и потоком, создаваемым током, протекающим nd обмотке 28 и возникающим в результате действия вьсходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 35 активного со- противлеиия. Низковольтное напряжение, подаваемое на вход повторителя

форматоров тока, создает в компарато ре 25 токов при помощи обмотки 26 магнитный поток, пропорциональный параметрам импеданса Z объекта 18 и измерения. Реактивная и активная составляющие этого потока уравновешиваются соответственно потоком, создава емым в компараторе 25 током, проте- какяцим по обмотке 27 и возникающим в результате действия выходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 34 емкости, и потоком, создаваемым током, протекающим nd обмотке 28 и возникающим в результате действия вьсходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 35 активного со- противлеиия. Низковольтное напряжение, подаваемое на вход повторителя

такт 9 соединен с обмоткой 20 трансформатора 19 тока и неподвижным кон- ,, 33 напряжения, формируется при помо щи делителя 30 напряжения.

тактом 16 переключателя 14, подвижный контакт 15 которого соединен с повторителем 33 напряжения, разрядником 37 и сопротивлением 32 делителя 30,

Результат сравнения магнитных потоков, создаваемых обмотками 26, 27 и 28 компаратора 25 токов, восприми

форматоров тока, создает в компараторе 25 токов при помощи обмотки 26 магнитный поток, пропорциональный параметрам импеданса Z объекта 18 из- измерения. Реактивная и активная составляющие этого потока уравновешиваются соответственно потоком, создаваемым в компараторе 25 током, проте- какяцим по обмотке 27 и возникающим в результате действия выходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 34 емкости, и потоком, создаваемым током, протекающим nd обмотке 28 и возникающим в результате действия вьсходного напряжения повторителя 33 напряжения на образцовую меру 35 активного со- противлеиия. Низковольтное напряжение, подаваемое на вход повторителя

33 напряжения, формируется при помоРезультат сравнения магнитных потоков, создаваемых обмотками 26, 27 и 28 компаратора 25 токов, восприми 1396069

мается выходной обмоткой 29 и фиксируется в процессе уравновешивания моста детектором 36 равновесия.

Аналитически процесс уравновешивания моста может быть представлен следующим образом.

Уравнение равновесия моста имеет вид

wi,. wi

m

+ wl

где wi , wi

wl

- ампер-витки

1-де wj.j , wi|Ti w-Lmj - dMiiep-BMTKH обмоток 26, 27 и 28 компаратора 25 токов соответственно.

Ампер-витки wi , с учетом включения объекта 18 измерения по параллельной схеме замещения и с учетом коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов 19 и 22 тока равны

-f ЦцпПтПзтД + ш CxRy) Ло

vi -„ р 1 .

l 4Rx25

m,

де

и

ип

35

- напряжение источника 1

питания; п, п - число витков первичной

20 и вторичной 21 обмо- зо ток измерительного трансформатора 19 тока соответственно;n,j, п - число витков первичной

23 и вторичной 24 обмоток измерительного трансформатора 22 тока срответ- ственно; ш - число витков обмотки-26

компаратора 25 токов; С , RK - емкость и сопротивление потерь объекта 18 измерения;

U) - круговая частота. С учетом включения делителя 30 и ; 45 овторителя 33 напряжения выражеия для ампер-витков wi „ и wl ожно, записать следующим образом:

40

±т, U,m,k,uC, () 1

wl

т .

Unnmjki EI

RO (R,+R7)

где mj, m,, - число витков обмоток 27 и 28 компаратора 25 токов соответственно;

10

15

К,, IL - значение сопротивления

I -vt

верхнего 31 и нижнего 32 плеч делителя 32 напряжения соответственно; ,, RO - значения емкости и сопротивления образцовых мер 34 и 35 емкости и активного сопротивления соответственно; k, - коэффициент передачи

повторителя 33 напряжения.

Из выражений (4), (3), (2) и (1) путем-,последовательной подстановки можно найти уравнения равновесия моста по емкости (Cjj) и проводимости потерь

(G,):

С,

min-irukjCo

RI

(Ri + R-i)

($)

m,n,RjR(,

El (Ri + R,)

(6)

35

зо

45

40

50

55

откуда следует, что подекадное уравновешивание моста по емкости может осуществляться путем регулировки числа витков т обмотки 27, по проводи™ мости - путем регулировки числа витков mj обмотки 28 компаратора 25 токов, а выбор диапазона измерений может быть осуществлен изменением числа витков лц и т обмотки 26 и 24 компаратора 25 токов и измерительного тран- трансформатора 22 токов соответственно. Тассмотренная измерительная цепь моста, соответствующая прямой схеме включения, в общем виде представлена на фиг. 2. Так как вывод первичной обмотки 20 измерительного трансформатора 19 тока, не связанный с объектом 18 измерения, подсоединен к общему проводу, а со стороны компаратора 25 токов измерительные трансформаторы 19 и 22 тока испытывают режим короткого замыкания, на выводах обмоток 21, 23, 24 и 26 действует крайне-низкое измерительное напряжение, что одновременно с низким измерительным напряжением, действующим на нижнем плече 32 делителя 30 напряжения, обеспечивает высокую безопасность измерений .

На фиг. 3 представлена измерительная цепь рассматриваемого моста, соответствующая перевернутой схеме включения. Эта схема образуется при таком состоянии высоковольтных переключателей 2, 6, 10 и 14, когда их подвижные контакты 3, 7, 11 и 15 подсоединены к неподвижным контактами 5, 9, 13 и 17 соответственно. В этом Случае, в отличие от прямой схемы включения, на вьшодах первичной об- фотки 20 измерительного трансформатора 19 тока действует практически все напряжение источника 1 питания, ()дна- io благодаря наличию второго измери- fejiBHoro трансформатора 22 тока, ра- $отающего в режиме; короткого замыка- йия, и аналогичному режиму работы компаратора токов на обмотках 21., 23, 4 и 26 измерительных трансформаторов I9 и 22 тока и компаратора 25 токов соответственно также действует крайне низкое измеррЕтельное напряжение, что обеспечивает безопасность измерений и при включении моста по перевернутой схеме. ; Для обеспечения высоких рабочего напряжения и электрической мощности верхнее высоковольтное плечо делителя 30 может быть выполнено в виде последовательно соединенных групп парал лельно включенных резисторов.

Технико-экономический эффект до- . етигается уменьшением -аппаратурных Затрат и упрощением конструкции. Ап- йаратурные затраты уменьшаются благодаря замене образцовых магазинов ем- 1СОСТИ и сопротивления, состоящих из большого количества точных образцовых мер емкости и сопротивления, на одну образцовую меру емкости и одну образцовую меру сопротивления в данном трансформаторном мосте.

Обеспечение высокой безопасности измерений позволяет легко осуществить автоматизацию процесса уравновешивания, что будет способствовать росту производительности .труда и, следовательно, образованию дополнительного экономического эффекта.

Формула изобретения

„ Трансформаторньй высоковольтный мост переменного тока, содержащие источник питания, компаратор токов, образованный первой, второй и третьей 55 обмотками, образцовую меру емкости, первый вывод которой соединен с первым выводом второй обмотки компара0 5 п

-

5

5

0

5

тора токов, третья обмотка которого подсоединена к соответствующим выводам детектора равновесия, образцовую меру активного сопротивления и повторитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния безопасности измерения и упрощении конструкции, в него введены четыре переключателя (высоковольтных), разрядник, делитель напряжения, два измерительных трансформатора тока и четвертая обмотка компаратора токов, причем первый неподвижпьй контакт первого переключателя и первый неподвижный контакт второго переключателя подсоединены к высоковольтному зажиму источника питания, подвижный контакт первого, первый неподвижный контакт третьего и первый неподвиж- ньй контакт четвертого переключателей подсоединены к высоковольтному зажиму объекта измерения, вторые неподвижные контакты первого и второго переключателей подсоединены к общей шине моста, второй неподвижный контакт третьего, подвютньй контакт . второго и второй неподвижньй контакт четвертого переключателей подсоединены к первому выводу первичной обмотки первого измерительного трансформатора токов, другой вывод которой соединен с низковольтным залсимом объекта измерения, а его вторичная обмотка включена параллельно первичной обмотке второго измерительного трансформатора тока, вторичная обмотка которого включена параллельно первой обмотке компаратора токов, подвижньй контакт третьего переключателя подсоединен к высоковольтному зажиму делителя напряжения, средний вывод которого соединен с первым выводом разрядника, и с входом повторителя напряжения, выход после,цнего соединен с вторым выводом образцовой, меры емкости и через меру активного сопротивления соединен с первым выводом четвертой обмотки компаратора токов, при этом низковольтньй зажим делителя напряжения, второй вывод разрядника, второй выход повторителя напряжения, вывод детектора равновесия, а таюке вторые выводы первой и четвертой обмоток компаратора токов и выводы параллельно соединенных обмоток измерительных трансформаторов тока подсое- дине.ны к подвижному контакту четвертого переключателя.

713960698

(pus 2