Устройство питания измерительных цепей Советский патент 1992 года по МПК G01R27/26 

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 и выходным напряжением точно равен 90°. Отклонение рабочей частоты от частоты настройки приводит к существенному изменению 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 цельдостигается тем, что последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока включен конденсатор. Предлагаемое устройство содержит катушку взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор. Первичные обмотки катуш1 и 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 вторичных 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

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

Устройство питания измерительных цепей работает следующим образом.

При протекании тока И по первичным

обмоткам 9 и 10 во вторичных обмотках 11 и 12 наводятся ЭДС взаимной индукции Ei и Е2, причем углы сдвига фаз между током h и напряжением на вторичных обмотках изза запаздывания основного магнитного потока и протекания токов утечки через паразитные емкости отличаются от 90°, что и обуславливает угловую погрешность катушки взаимной индуктивности. Под дeйcfвием наведенной ЭДС в замкнутом контуре

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 активномсопротивленииветви

намагничивания катушки 1 взаимной индуктивности.

Уравнение электрического равновесия в цепи вторичной обмотки трансформатора

тока имеет вид

E2 jwLi2i2-j +l2R.(1)

где Е2 jct) М2 ii - ЭДС вторичной обмотки трансформатора, тока;

12 - ток во вторичной цепи трансформатора тока;

Li2, М2 - индуктивность вторичной обмотки и коэффициент взаимной индукции трансформатора тока; С - емкость конденсатора;

R - сопротивление резистора. С учетом уравнения (1) падение напряжения на резисторе 4 определяют по формуле

; a)M2RiBCO-(uU2C)li , п) (сЧо-а иасУ RVtf.+(

где UR l2R - падение напряжения на безындукти.вном резисторе.

При условиях R шС « 1 и бь Li2C « 1, которые в предлагаемом устройстве выполняются, уравнение (2) упрощается, причем действительная часть этого напряжения существенно больше мнимой части напряжения, т.е.

(3)

UR(WM2RCOCIl.

Значение угла компенсации фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности определяют по формуле

(5ком arctg - « arctg щ R йС, (4)

где бком.- угол, который компенсирует фазовую погрешность катушки взаимной индуктивности;

Mi и М2 - козффициенты взаимной индукции обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока.

Угол фазовой погрешности предлагаемого устройства

д бс.к. - ком.,(5)

где д - угол фазовой погрешности устройства;

5с.к.-угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности из-за емкостных токов через собственные и взаимные емкости обмоток и вихревых токов в обмотках катушки взаимной индукции (угол 5с.к. линейно изменяется с частотой);

3ком.-угол, который компенсирует угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности.

Такой характер зависимости угла сдвига фаз устройства 5 сохраняется во всем диапазоне частот, вплоть до частот, близких к собственным резонансным частотам обмоток катушки 1 и трансформатора 2.

Нелинейность зависимости угла компенсации бком. от частоты при R шС 0,1 не превышает 1 % и при уменьшении величины произведения RcoCуменьшается.

Требуемый угол компенсации устанавливается один раз при настройке устройства подбором сопротивления 4 или емкости конденсатора 3, что позволяет упростить настройку и поверку устройства питания измерительных цепей, так как эти действия могут выполняться на частотах, на которых имеются аттестованные приборы и меры поверки. Точность настройки, т.е. компенсации угла 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 90°-ного сдвига фазы между током и напряжением у прототипа зависит только от погрешности используемых при настройке образцовьгх 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 -7Г/2 ко + л/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. - 5ком.п. + 6LC. (6)

где дс.п.- собственный угол фазовой погрешности, катушки взаимной индуктивности прототипа, который линейно зависит от частоты;

бком.п.- угол, который компенсирует на частоте настройки собственный угол фазовой погрешности катушки взаимной 1 ндуктивности прототипа;

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

Значения величин бкомп..д1С . при

R « определяют по формулам:

&oM.n.-arcta j; :(7)

a.c-arc.g t -;ff.(8)

где Рд - сопротивление делителя напряжения прототипа, причем Рд R;

(Оо .--- частота, на которой скомvLiiC

пенсировайо реактивное сопротивление контура вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.

При ш аь составляющая угла фазовой погрешности катушки бьс О, а при

(o CDovt die О, причем угол LC нелинейно зависит от частоты.

Например, при изменении частоты от 1,1 Ctfo до 1,2 ufe , т.е. примерно на 10%, составляющая угла фазовой погрешности

Lc 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 бком. (см. уравнение (4)) и компенсируемого бс.к. 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 пре

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.