Способ определения характеристических параметров симметричных четырехполюсников Советский патент 1992 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к области электрических измерений и может бь ть исполь- зованодляопрэделения

характеристических параметре в симметричных четырехполксников, аких. как трансформаторы.фил1тры, лини1 передач и электросвязи, различнее кабеш

Известен способ с предележ.я характеристических параметра четырехполюсников, который заключается в измерении модулей и аргументов комплекс 1ых сопро- тивленийчетррехполпсников в р гжимах холостого хода и корсткого замыкания со стороны первичных и тори1ных зажимов и последующем определении постоянной передачи и характерисп ческих с эпротивле- ний по исвестным форг улам

Недостатками это о метод являются необходимость применения спэциальной аппаратуры для фазовьх измерений, а также погрешность аппаратурного определения фазовых углов, величина которых существенно зависит от частоты прикладываемого напряжения.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения характеристик симметричных четырехполюсников, принятый за прототип, включающий подачу на вход четырехполюсника гармонического напряжения, измерении модулей токов и напряжений в режимах холостого хода, короткого замыкания и нагрузки на активное сопротивление и расчет характеристик по формулам

VJ

00

N О

ю о

ркз ит

Ч кэ

1КЭ ХХ АЛ

4 c-QPC5in- - tapc-tq N ,

0)

(2)

сЬ2А кМитг),

-т2Ь

к.

MXX

J2XX

О)

(4) (5)

м

.H c;l H-U Hl-shjj ;

4-zg . -Й-ЦйИ +Ф-сЬЕД 2RM-Zc-tg26(z.I«(l + ufH)-2RH Zc-5;n2&

где Zc, # с-модуль и аргумент характеристического сопротивления;

А,В - постоянные ослабления и фазы четырехполюсника;

Uixx, UiK3 - модули напряжений на входе четырехполюсника в режимах холостого хода и короткого замыкания;

lixx. Нкз - модули токов на входе четырехполюсника в режимах холостого хода и короткого замыкания;

L)2xx - модуль напряжения на выходе четырехполюсника в режиме холостого хода;

UiH,liH - модули напряжения и тока на входе четырехполюсника, наруженного на сопротивление RH;

1М,М,Т,К- расчетные коэффициенты.

При использовании этого способа необходимо измерить модули токов и напряжений на входе четырехполюсника в трех режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки на активное сопротивление. Измерение данных модулей токов и напряжений необходимо для определения модулей входных сопротивлений, которые можно измерить и другими способами, кроме способа вольтметра-амперметра. Однако в данном способе необходимо также измерить модуль напряжения на выходе четырехполюсника в режиме холостого хода. Бывают ситуации,когда нужно измерить параметры четырехполюсника, входные и вы- ходные зажимы которого раз-несены территориально, например геофизического кабеля в процессе каротажа, т.е. когда имеется доступ для измерительной аппаратуры только с одного конца, а на другом конце можно лишь создавать различные нагрузочные режимы, Невозможность определения характеристических параметров симметричных четырехполюсников при измерении

0

5

0

5

только модулей входных сопротивлений при различных нагрузочных режимах является существенным недостатком способа-прототипа.

Цель изобретения - определение характеристических параметров симметричных четырехполюсников при проведении измерений только со стороны входа последних.

Цель достигается тем, что в способе определения характеристических параметров симметричных четырехполюсников, основанном на подаче на вход четырехполюсника гармонического напряжения, измерении модулей входных сопротивлений в режимах холостого хода 2о, короткого замыкания ZK и нагрузки на активное сопротивление и определении постоянных ослабления А и фазы В, модуля Zc и аргумента р с характеристического сопротивления Zc, согласно изобретению, измеряют модули входных сопротивлений ZH1 и ZH2 четырехполюсника в режимах нагрузки на активные сопротивления RH1 и RH2 соответственно и определяют параметры четырехполюсника:

/ п л1п2-4тр

№

. 2 и;-гс

, Ы,г. 05)

В известном способе 2 определения характеристических параметров необходи- мо измерение модуля или действующего

значения напряжения на выходе четырехполюсника в режиме холостого хода. В предлагаемом способе определение комплексных вторичных параметров четырехполюсников производится посредством измерения модулей только входных сопротивлений, которые можно легко осуществить способом вольтметра-амперметра, и отсутствуют какие-либо измерения на выходе четырехполюсника.

Математические выражения, используемые в предлагаемом способе, получаются из следующих соображений: входное сопротивление симметричного четырехполюсника, нагруженного на произвольную нагрузку ZH, определяется как

ZHi Zc

ZH+ZC -thf ZH th Г + Zc

(16)

где Г A+jB - постоянная передачи;

. e c - характеристическое сопротивление.

Если сопротивление нагрузки 7. будет чисто активным, Tfe. ZH RH, тогда выраже- ние (16) после преобразований можно привести к виду:

sin рс - N. cos рс - М,

решением которого будет выражение (2), а расчетные коэффициенты N и М вычисляются по (6), (7).

В уравнении (17) не известны три параметра: А, В и рс . Модуль Zc характеристи- ческого сопротивления Zc определяется по (Т) при использовании режимов К.З. и Х.Х, т-е- Zc .. Zk/Zo , а также параметр Т из (5): .

Из (3), (4) можно найти зависимость А от В:

cos2B ch2A

1 -Т2 1 +Т2

Если произвести измерения в нагрузочном режиме при двух значениях активного нагрузочного сопротивления RHi и RH2, можно записать систему уравнений:50

sin ре -Ni cos рс Mi,(19)

sin - N2 . cos рс М2. (20) где аналогично (6), (7)

Ni ai

sh2 A sin 2 В

cos 2B,,,

W2T + С|

sh2 A sin 2 В

(22)

где i 1,2, а коэффициенты а, Ь, с вычисляются по (15).

После преобразований систем уравнений (19), (20) получается выражение:

(Ni-N2)2.(Mi2-1)+(M2-Mi)2.(Nl2-t 1)+2M1 NI .(Ni-N2).(M2-Mi)0

(23)

Подставив (21), (22) в (23) и с учетом (18), получается уравнение:

m ch42A+n.ch22A+ p О,

(24)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

решением которого будет один истинный корень из (8), а вспомогательные параметры m, n, p определяются из (12)-(14).

Далее рассчитывается постоянная фазы В из (9) и аргумент рс из (11). Выражение (11) является решением уравнений (19), (20), причем неважно, каким из этих уравнений пользоваться.

На фиг.1-4 показаны схемы реализации операций способа. Здесь п окэзаны исследуемый четырехполюсник t с входными 2-2 и выходными 3-3 зажимами, вольтметр 4, амперметр 5. Кроме того, на фиг.3-4 показан резистор 6 с известным активным сопротивлением.

Изобретение реализуется в следующей временной последовательности.

Гармоническое напряжение подается на входные зажимы 2-2 четырехполюсника 1. включенного в режиме холостого хода, и измеряются модули или действующие значения напряжения U0 вольтметром 4 и тока lo амперметром 5 со стороны входных зажимов 2-2(фиг. 1).

Определяется модуль входного сопротивления Z0 четырехполюсника 1 в режиме холостого хода:

Z0 Uo/lo

Гармоническое напряжение подается на входные зажимы 2-2 четырехполюсника 1, включенного в режиме короткого замыкания, и измеряются модули или действующие значения напряжения UK вольтметром 4 и тока IK амперметром 5 со стороны входных зажимов 2-2(фиг.2).

Определяется модуль входного сопротивления ZR четырехполюсника 1 в режиме короткого замыкания

ZK UK/|K

Далее по (10) определяют модуль Zc характеристического сопротивления Zc и вспомогательный параметр Т из (15).

Гармоническое напряжение подается на входные зажимы 2-21 четырехполюсника 1, к выходным зажимам 3-3 которого подключают резистор 6 с известным активным сопротивлением RH1. Измеряют модули или действующие значения напряжения 1)н1 вольтметром 4 и тока н1 амперметром 5 со стороны входных зажимов 2-2 (фиг.З).

Определяют модуль входного сопротивления Zui четырехполюсника 1 в этом режиме:

ZH1 и„1/1н1

Далее определяют по (15) коэффициенты ai, bi, ci.

Гармоническое напряжение подается на входные зажимы 2-2 четырехполюсника 1, к выходным зажимам 3-3 которого подключают резистор 6 с известным активным сопротивлением RH2. Измеряют модули или действующие значения напряжения Ун2 вольтметром 4 и тока 1н2 амперметром 5 со стороны входных зажимов 2-2 (фиг.4).

Определяют модуль входного сопротивления Zn2 четырехполюсника 1 в этом режиме: ч,

2Н2

Далее определяют из (15) коэффициенты 32, D2. С2, из (12)-(14) коэффициенты т, п, р и из (8) - постоянную ослабления А.

Затем из (9) определяют постоянную фазы В, а из (11) вычисляют аргумент рс характеристического сопротивления Zc, причем безразлично, какие коэффициенты применять: ai. bi, ci или 32. Ьг, C2.

Формула изобретения Способ определения характеристических параметров симметричных четырехполюсников, основанный на подаче на вход четырехполюсника гармонического напряжения, измерении модулей входных сопротивлений в режимах холостого хода Zo и короткого замыкания ZK и нагрузки на активное сопротивление и определении постоянных ослабления А и фазы В, модуля Zc и аргумента характеристического сопротивления Zc, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения параметров только со стороны входа четырехполюсника, измеряют модули входных сопротивлений ZH1 и ZH2 четырехполюсника в режимах нагрузки на активные сопротивления RH1 и RH2 соответственно и определяют

,„. /-п+лЬМпгю

2т

/2

со52Е сЬ2А

-Г

UT

zc -4z0-zV ,

. bj-co52b+Ci-ch2A

t c-ancs,n У...tarcto

JSiw2264-afsb22A3 Sin 26

r«(a,-a1)f-(+Te).(i.TV,(

.(„тт-о-тг -о:ьг-ь(

4cz-c,)..(arat).(4Te}J.b,( +c,«4T .(b4-b.VO-T )KVcI)(+T)1 - f-()4-0,-(,(4.T n4

(;Til1 t{ KUTe){(bz-b )-(-T(

х(+т5)1-2а,.(с,,-а1).0+тГ.ь,(,(„т П, (b2-t,,VO--riK(c1-c,)( P TT-K-o«zl2,

7 7г Z-C-Ј

Zc+2b

st,.fcЈ|-

2RH;-ZC 4l 2 ;-2R e

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для определения вторичных параметров таких электрических объектов, как трансформаторы, фильтры, линии электропередач и электросвязи, различные кабели. Способ позволяет обеспечить определение характеристических параметров четырехполюсников при измерении модулей входных сопротивлений в режимах холостого хода, короткого замыкания и двух нагрузочных режимов на известные активные сопротивления только со стороны входных зажимов без использования каких-либо фазовых измерений. По результатам измерений вычисляются параметры четырехполюсников по приведенным формулам, 4 ил. ч Ё