Способ определения добротности и индуктивности RLC-контура и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для определения добротности Q и индуктивности Ix параллельного и последовательного RLC-контуров при реальном токе нагрузки RL- и RC-ветвей контура с включенными в них диодами мЪстового выпрямителя.

Цель изобретения - повышение точности определения добротности и индуктивности параллельного RLC-контура, в ветвях RL и RC которого включены диоды мостового выпрямителя с реальным током нагрузки ветвей.

Дополнение способа определения добротности и индуктивности RLC-контура новыми операциями: настройки параллельного контура в резонанс токов; установки на выходе шестиплечего мостового выпрямителя реального тока питания нагрузки, равного сумме выпрямленных токов RL- и RC-ветвей контура; измерения величины напряжения U на выходе источника регулируемого синусоидального напряжения и переменного тока UA в общей цепи параллельного RC-контура и расчет эквивалентно сопротивления гэ параллельного RLC-контура и его добротности Q по приведенным выше выражениям; и снабжение системы для определения добротности и индуктивности RLC-контура дополнительно шести-, плечным мостовым выпрямителем, прибором для измерения постоянного тока и новыми связями между ее элементами, отличая заявленные объекты от прототипа, обеспечивает: определение указанных выше параметров параллельного RLC-контура, в RL- и RC-ветвях которого включены диоды мостового выпрямителя с реальным током нагрузки этих ветвей, уменьшение на один- два порядка потерь энергии в источнике и исключение резонансных перенапряжений на дросселе (RL-ветвей) и конденсаторе (RC- ветвь).

На чертеже представлена схема устройства для определения добротности и индуктивности параллельного RLC-контура, которое реализует предложенный способ определения этих параметров.

Схема содержит источник 1 регулируемого синусоидального напряжения известной частоте f, например лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), с двумя выходными клеммами 2 и 3, дроссель 4 с индуктивностью LX, один крайний вывод обмотки которого подключен к одной (2) выходной клемме источника 1, эталонный конденсатор 5 изменяемой емкости Сэ, вольтметр 6, одЯа клемма которого подключена к одной обкладке эталонного конденсатора 5, прибор 7 для измерения переменного тока д, одна клемма которого связана с другой (3) выходной клеммой источника 1, шестипле- чий мострвой выпрямитель 8 с одним диодом в каждом плече и прибором 9 для измерения постоянного тока IA, который включен между положительным и отрицательным выходными выводами мостового выпрямителя 8. Первый входной вывод мостового выпрямителя 8 подключен к другому крайнему выводу обмотки дросселя, 4 второй его входной вывод - к свободной обкладке эталонного конденсатора 5, а третий входной вывод - к другой клемме прибора 7

для измерения переменного тока д ( преимущественно миллиамперметра).

Способ определения добротности Q и индуктивности Lx параллельного RLC-контура, в RL- и RC-ветвях которого включены

диоды шестиплечего мостового выпрямителя с реальным током нагрузки этих ветвей, включает в себя следующую последовательность операций:

во-первых, подключает измерительную

цепь в виде параллельного RLC-контура к источнику 1 регулируемого переменного синусоидального напряжения известной частоты f, например лабораторному автотрансформатору ЛАТР;

во-вторы,х, с помощью магазина емкостей устанавливают такую емкость Сэ эталонного конденсатора 5, при которой показания миллиамперметра 7 переменного тока минимальны, а показания амперметра 9 постоянного тока максимальны. Это соответствует резонансу токов в параллельном RLC-контуре, при котором со Сэ 1 /О) Lx, где со- круговая частота изменения напряжения источника 1;

О) 2 ttfi

в-третьих, рассчитывают по выражению Lx 1/ C32jrf)(1)

индуктивность параллельного RLC-контура, представляющую собой индуктивность Lx дросселя 4;

в-четвертых, с помощью источника 1 регулируемого переменного напряжения ЛАТР устанавливают на его выходных клеммах 2 и 3 такое напряжение питания U изме- рительной . цепи, при котором выпрямленным шестиплечным мостовым выпрямителем 8 ток IA, измеряемый амперметром 9 постоянного тока и равный сумме выпрямленного тока RC- и RL-ветвей контура, становится равным реальному току пита

ния нагрузки от источника переменного тока через параллельный RC-контур и шести- плечный мостовой выпрямитель, и фиксируют напряжение U на выходе ЛАТР (записывают показания вольтметра 6);

в-пятых, миллиамперметром переменного тока измеряют ток J/-/A в общем цепи. параллельного RC-контура и рассчитывают по выражению

гэ U/I..A

(2)

эквивалентное активное сопротивление настроенного в резонанс токов параллельного RLC-контура;

в-шестых, определяют по выражению

Q (1 Ip )/(1 /гэ) гэ/р гэ/ fu/сГэ ( 3)

добротность Q параллельного RLC-контура, где 1/о мволновая проводимость контура, р Lx/Сэ - волновое сопротивление контура; 1 /гэ - эквивалентная активная проводимость параллельного RLC-контура;

в-седьмых, вместо магазина емкостей (эталонного конденсатора 5) с емкостью Сэ включает рабочий конденсатор системы питания нагрузки с емкостью С, равной емкости Сэ эталонного конденсатора.

Следует отметить, что данный способ позволяет измерять добротность и индуктивность как параллельного, так и последовательного RLC-контуров, в ветвях которых включены диоды мостового, выпрямителя при реальных токах нагрузки дросселя и диодов, что увеличивает точность определения этих параметров.

Такие RLC-контуры нашли весьма широкое применение в индуктивно-емкостных преобразователях источников неизменного гармонического напряжения, в источник их неизменного (стабилизированного - действующего значения) тока и источниках неизменной мощности, которые через двухполупериодный выпрямитель осуществляют заряд различных накопителей энергии (емкостных накопителей, аккумуляторных батарей и возможно и индуктивных накопителей). Однако применение в таких индуктивно-емкостных преобразователях настроенного в резонанс последовательного RLC-контура связано со следующими недостатками;

во-первых, источник переменного тока нагружается весьма большим током, что приводит к весьма большим потерям энергии в источнике;

во-вторых, напряжения на дросселе и конденсаторе в добротность Q раз превышают напряжение источника, что создает опасность для персонала, работающего с такими преобразователями. Такие же недостатки свойственны способу и системе оп- 5 ределения добротности и индуктивности последовательного RLC-контура, в цепи которого включены диоды мостового выпрямителя с реальным током нагрузки контура и диодов.

0Поэтому в лаборатории Института разработана и успешно действует перспективная система питания активной, емкостной (заряд емкостного накопителя) и активно- индуктивной нагрузки от однофазного ис5 точника гармонического напряжения через параллельный RLC-контур и шестиплечий (трехфазный) мостовой выпрямитель. Для ее проектирования на различные токи нагрузки необходимо знать добротность Q и ин0 дуктивность Lx параллельного RLC-контура, RL- и RC-ветви которого содержат диоды шестиплечего мостового выпрямителя при реальном токе нагрузки этих ветвей. Это и позволяет сделать способ и устройство оп5 ределения добротности и индуктивности параллельного RLC-контура, в RC- и RL-вет- вях которого включены диоды мостового выпрямителя при реальном токе нагрузки этих ветвей.

0Разработанная в лаборатории Институ- . та система питания нагрузки от однофазного источника гармонического напряжения через параллельный RLC-контур и шести- плечный мостовой выпрямитель и предлага5 емые способ и устройство определения добротности Q и индуктивности Lx параллельного RLC-контура, в RL- и RC-ветвях которого включены диоды мостового выпрямителя с реальным током нагрузки

0 этих ветвей, по сравнению с индуктивно-емкостным преобразователем и прототипом с последовательными RLC-контурами характеризуется следующими достоинствами: во- первых, измерение добротности и

5 индуктивности параллельного RLC-контура происходит в реальных RL- и RC-ветвях контура с диодами мостового выпрямителя и при реальном токе нагрузки ветвей; во-вторых, источник гармонического напряжения

0 лишь компенсирует потери энергии в контуре и нагружается весьма малым током, хотя ток в RL- и RC-ветвях контура достигает весьма большой величины и равен реальному току нагрузки ветвей, что на несколько

5 порядков уменьшает потери энергии в источнике; в третьих, при настройке параллельного RLC-контура в резонанс напряжение на дросселе (RL-ветви) и конденсаторе (RC-ветви) всегда равны напряжению источника и в связи с этим

отсутствуют резонансные перенапряжения в RLC-контуре.

Формула изобретения 1. Способ определения добротности и индуктивности RLC-контура, заключающийся в том, что подают синусоидальное напря- жение известной частоты (f) от регулируемого источника на RLC-контур, изменяют величину емкости (Сэ) конденсатора контура в RC-ветви и настраивают его в резонанс, по формуле рассчитывают индуктивность контура, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем снижения погрешности при расчетном токе на- грузки RL- и RC-ветвей RLC-контура и диодов выпрямителя, подключая RLC-контур к выходным выводам шестипгечего мостового выпрямителя с замкнутыми через амперметр выходными выводами, изменя- ют величину напряжения источника синусоидального напряжения и устанавливают расчетный ток, равный сумме выпрямленного тока в RL- и RC-ветвях контура и фиксируют величину напряжения U, повторно осуществляют резонанс токов контура и уточняют величины емкости Сэ конденсатора и индуктивности Lx контура, измеряют величину переменного тока д в o6aien цепи контура, определяют активное сопротивле-

ние утечки гэ настроенного в резонанс RLC- контура, а по формуле определяют добротность контура Q. гэ .

2, Устройство для определения добротности и индуктивности RLC-контура, содержащее регулируемый источник синусоидального напряжения, соединенный с первым выводом дросселя, эталонный конденсатор, вольтметр, амперметр переменного тока, первый вывод которого соединен с вторым выводом источника синусоидального напряжения, первый вывод эталонного конденсатора соединен с первым выводом вольтметра, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй амперметр постоянного тока, шестиплечий мостовой выпрямитель по диоду в каждом плече, причем амперметр постоянного тока включен между выходными клеммами мостового выпрямителя, второй вывод дросселя соединен с первой входной клеммой мостового выпрямителя, второй вывод эталонного конденсатора, соединен с второй входной клеммой мостового выпрямителя, третья клемма которого соединена с вторым выводом амперметра переменного тока, второй вывод вольтметра соединен с первым выводом амперметра переменного тока.

Использование: в области электрических измерений для определения добротности Q, индуктивности Lx параллельного и последовательного RLC-контура при реальном токе нагрузки RL- и RC-ветвей контура с включенными в них диодами мостового выпрямителя. Сущность изобретения: подают синусоидальное напряжение известной частоты (f) от регулируемого источника (1) на RLC-контур, изменяют величину его емкости Сэ (5) в RC-ветви и настраивают его в резонанс, дополнительно подключая RLC-контур к выходным выводам шестиплечего мостового выпрямителя с замкнутыми через амперметр (9) выходными выводами, изменяют величину напряжения U источника 1 и устанавливают расчетный ток, равный сумме выпрямленного тока в RL- и RC-вет- вях контура, фиксируют величину напряжения U, повторно осуществляют резонанс токов контура и уточняют величины емкости Сэ конденсатора (5) и индуктивности (4) Lx контура, измеряют величину тока 1///х в общей цепи контура, определяют гэ утечки настроенного в резонанс контура, а добротность Q определяют по формуле. 2 с.п.ф-лы, 1 ил,