Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 212

1971

КОМПЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФОРМЫ КРИВЫХ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

И. Г. Лещенко, А. Н. Оберган, В. И. Панов

(Рекомендована I научно-технической конференцией Томского института радиоэлектроники и электронной техники)

Для исследования влияния высших гармоник тока нагрузки на форму и амплитуду напряжения генераторов, трансформаторов и других устройств [1] необходимо иметь приборы для измерения коэффициента формы кривой тока с требуемой точностью и пределами измерения.

Анализ возможных [2, 3, 4] и исследованных авторами [5, 6] методов измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения (Кф) показал целесообразным вести разработку и усовершенствование указанных приборов по блок-схеме (рис. 1), объединяющей способы измерения Кф, основанные на нулевом сравнении действующего и среднего значения тока.

Рис. 1

Блок-схема содержит следующие преобразователи:

МП — масштабный преобразователь, состоящий из делителя напряжения и усилителя переменного тока без искажения формы измеряемого сигнала;

ПД — преобразователь действующего значения тока;

ПСр — преобразователь среднего значения тока, состоящий из выпрямителя и магнитоэлектрического измерительного механизма или гальванометрического компенсагора;

СхСср — схема сравнения электрических сигналов, пропорциональных действующему и среднему значениям тока или напряжения;

ОУ —отсчетное устройство значения коэффициента формы;

СхУРТ — схема установки рабочего тока в цепи преобразователя действующего значения тока.

На рис. 2 а, б, в приведены принципиальные схемы измерения Кф, в которых преобразователь действующего значения тока включен после-

довательно в цепь преобразователя среднего значения. Такое включение позволяет снизить погрешность измерения Кф от нелинейности вольтам-перной характеристики выпрямителя.

По схеме рис. 2, а для заданного значения тока 1д или входного на-

¡33 /,

и ¡ып

Т_ I

Ет

мряжения ивх потенциометром И уравновешивается эдс вакуумного термопреобразователя с падением среднего значения напряжения, т. е.

к-12д = г-1ср.

Отсюда

К

Ф

ср

к • I

С - г,

где С — постоянная прибора;

г — сопротивление потенциометра, отградуированного в значениях

КФ.

Шкала Кф-метра равномерная. Точность измерения определяется чувствительностью гальванометра, установкой заданного входного напряжения ивх и нестабильностью характеристик элементов схемы. Однако, как показали исследования, основная погрешность измерения схемы вызвана неточностью установки действующего значения тока, так как характеристика термоэдс нелинейная (рис. 3). При изменении тока на величину Д1д эдс термопреобразователя, обладающего практически

11 ср Егп

Ет / *

__ " £ ■ч -А

— — А и9

™ £ --( 1

-- 1

/ |

/ 1 1

/ к из ——^

/ / 1 1 1

* 1 1 1

1 1 1

О 2 4 6 8 Ш Рис. 3

квадратичной характеристикой, изменится на ДЕТн = 2к-1Д-А1Д, а среднее значение напряжения на Диср = г • Д1С1>

Не трудно показать, что погрешность измерения Кф при новом уравновешивании системы будет прямо пропорциональна относительному изменению действующего значения тока, т. е. будет определяться погрешностью установки рабочего тока.

Схемы приборов с подогревным термосопротивлением (рис. 2, б) или фотопреобразователем (рис. 2, в) позволяют использовать в цепи сравнения вместо гальванометра щитовой микроамперметр, что весьма удобно для создания переносных Кф-метров повышенной точности. В этих схемах нетрудно получить повышенную чувствительность, особенно с преобразователем фотосопротивление—лампочка. Однако погрешность измерения будет определяться в основном нестабильностью рабочего тока и вспомогательного источника питания (требуется стабилизированный источник питания). При правильно выбранных параметрах цепи сравнения отсчет измеряемого коэффициента формы тока может быть осуществлен непосредственно микроамперметром. При установке заданного сопротивления г прибор может быть отградуирован в значениях только приращения ДКф от заданной формы, например, синусоиды, т. е.

1,11 ±ДКф.

Для разработки приборов повышенной точности рекомендуется схема, представленная на рис. 4, в которой используется принцип компараторов одновременного сравнения [7]. При выборе термопреобразователей с идентичными характеристиками в диапазоне рабочего тока

Рис. 4

исключается практически погрешность как от нестабильности измеряемого тока, так и от нестабильности источника постоянного тока.

В уравновешенном состоянии измерительной схемы 1Д=1, 1ср■ г =

тг Г

= 1-1^2, Кф ™ —' т' е" ПРЯМ0 пропорционален сопротивлению г потенциометра И.

Каждая из исследованных схем может быть использована для раз работки Кф-метров, предназначенных для измерения коэффициента формы тока и напряжения в той или иной исследуемой цепи, аналогично обычным приборам непосредственной оценки.

Для целей исследования влияния коэффициента формы тока для синхронных генераторов до 5 кет, которые работают на низкоомную нагрузку (10—15 ом), Кф-метр тоак должен иметь входное сопротивление порядка сотых ома на токи до 10 а. Ввиду отсутствия таких преобразователей авторами разработан прибор, который включается в измеряемую цепь с помощью шунта. Падение напряжения на шунте порядка нескольких милливольт усиливается широкополосным усилителем переменного тока, выполненным на транзисторах с глубокими отрицатель-

ными обратными связями. Основные характеристики усилителя представлены на рис. 5 и 6 для синусоидального входного напряжения. Аналогичные зависимости получены для прямоугольного и треугольного входных сигналов.

1н!тк) II *ы*гИн№.

ю

13 д 6 ■к 2

% -о)

Чн/вн-•< "Ш1

| / Л (1и ^сог п1)

у

и^н)

о ш зо ¿о ю

Рис. 5

11&ЫХ (6)

и$х=50т&

ибХ'40 т1

Шх = 30и

10 50 100 500 103 5-Ю3 10+

Рис. 6

5-Ю*

/

ги>

Из характеристик видно, что зависимость между ивых и I линейна в диапазоне частот от 50 до 15000 гц, т. е. частотные искажения в этом диапазоне практически равны нулю. Нелинейные искажения усилителя измерялись прибором ИНИ-12, при этом при многократных измерениях нелинейные искажения на выходе по отношению к входу не превышали 0,5%.

Технические характеристики прибора

1. Предел измерения по Кф от 1,00 до 2,00.

2. Предел измерения по току 1 —=—10 а.

3. Наименьший предел измеряемых напряжений — 20 мв.

17. Зак. 4917.

257

4. Диапазон основных частот от 50 гц-^г 1000 гц.

5. Точность измерения <1% при использовании нуль-индикатора в цепи установки рабочего тока с чувствительностью 0,5 • 106 дел/а. Можно значительно повысить точность измерения использованием более чувствительного нуль-индикатора или применением УПТ.

6. Потребляемая от измеряемой цепи мощность — 0,2 вт при наибольшем измеряемом токе 10 а.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. Г. Л е щ е н к о, А. Н. О б е р г а н. Научный отчет по теме: «Разработка и исследование средств и методов анализа зависимости напряжения источников переменного тока от искажения формы тока нагрузки», часть 1, Томск, ТПИ, 1968.

2. А. Я. Б е з и к о в и ч. Погрешность выпрямительных приборов, обусловленная искаженностью формы кривой переменного тока, и способы ее определения. Электрические измерения, Труды ВНИИМ, вып. 14 (74), стр. 134, ГЭМ, 1953.

3. Д. С. Русев. Апарат за измереване на коефициента на формата на периодична функция. Авт. свид. № 1004, кл. 21е, 36/10, Болгария.

4. Л. Ш. X е р е ц. Прибор для непосредственного измерения коэффициента формы кривой переменного тока. Авт. свид., кл. 21е, 36, № 107409, 1956.

5. И. Г. Л е щ е н к о, А. Н. О б е р г а н. Об измерении коэффициента формы кривой. Изв. ТПИ, т. 194.

6. А. Н. Оберган, И. Г. Л е щ е н к о. Прибор для измерения коэффициента формы кривой напряжения. Изв. ТПИ, т. 194.

7. Т. Б. Рождественская. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. Изд. Стандартов, М., 1964.