Компенсаторы переменного тока

В компенсаторах переменного тока для полного уравновешивания двух напряжений на переменном токе необходимо выполнение четырех условий: равенство напряжений по модулю (1), противоположность фаз (2), равенство частот (3), одинаковая форма напряжений (4). Первые два условия обеспечиваются за счет конструкции компенсатора, третье условие достигается путем питания объекта измерения и компенсатора от одного источника, наиболее сложно обеспечить четвертое условие поскольку компенсирующее напряжение U_к в компенсаторе всегда синусоидально, а U_x может быть любой формы, поэтому компенсируется первая гармоника U_x. В качестве нуль индикатора в компенсаторе переменного тока используется вибрационный гальванометр. На высоких частотах используется электронные нуль индикаторы, на звуковых частотах в качестве нуль индикатора используется телефон.

По способу компенсации неизвестного напряжения различают два типа:

1. полярно - координатные компенсаторы с отсчетом измеряемого напряжения в полярных координатах (регулируется модуль и фаза U_к),

2. прямоугольно - координатные компенсаторы, в которых отсчет измеряемого напряжения производится в виде геометрической суммы двух взаимно перпендикулярных составляющих.

Рассмотрим прямоугольно – координатные компенсаторы.

Контур I для создания рабочего тока I₁, регулировочный резистор R_рег для установления заданного значения тока I₁ по амперметру А, TV – воздушный трансформатор взаимная индуктивность M которого известна, а также реохорд ab (высокоточный реостат). Во втором контуре II находится реохорд cd, вторичная обмотка трансформатора и регулировочный резистор R_f. Центральные точки реохордов соединены гальванически (их потенциалы одинаковы). В контуре III измеряемого напряжения U_x включен нуль индикатор, например, осциллографического типа.

С помощью R_рег устанавливается ток I₁ этот ток создает во вторичной обмотке трансформатора ЭДС . Ток в цепи реохорда cd I₂, он равен , где - это индуктивность вторичной обмотки трансформатора TV.

Ввиду незначительной величины напряжения на L2 этой составляющей можно пренебречь, и значение тока I₂ равно .

Ток I₂ сдвинут по фазе относительно тока I₁ на 90⁰ (ток I₂ опережает на 90⁰ ток I₁, )

Реохорды ab и cd равны по сопротивлению и длине, а их токи сдвинуты относительно друг друга на 90⁰. Т.к. середины реохордов соединены то потенциалы этих точек одинаковы, таким образом организованна прямоугольная система координат напряжений U_x и U_у с одинаковыми масштабами.

Равенство амплитуд I₂, I₁ обеспечивается с помощью резистора R_f.

Напряжения реохорда ab и cd создают прямоугольную систему координат в которой напряжение реохорда ab соответствует активной составляющей U_к акт, а напряжение с cd реактивной составляющей U_{к реакт}. Изменяя положение движков реохордов и наблюдая показания нуль индикатора добиваются компенсации U_x напряжением U_к.

, .

Положения движков реохордов проградуированы в вольтах. Класс точности от 0,1 до 2,5.

Назначение компенсаторов это исследование маломощных цепей переменного тока. Непосредственно можно измерять ЭДС источников и напряжение элементов цепи переменного тока, а косвенно ток и сопротивление.

Широко применяются автоматические компенсаторы. Особенность заключается в том, что движки реохордов передвигаются автоматически.

Схема автоматического прямоугольно-координатного компенсатора

Здесь: ФЦ – фазосдвигающая цепь, ab и cd – реохорды, УН – усилитель напряжения, РД – реверсивный двигатель, УМ – усилитель мощности.

Разность U_x - U_к воздействует на УН, УН воздействует на УМ. Приводящие в движение РД , которые обеспечивают движение движков реохордов. ФЦ служит для обеспечения координатной системы напряжений U_x и U_к.

Благодаря введению ФЦ в один из усилителей мощности, можно добиться такокго положения, что один из двигателей РД будет приходить в действие от составляющей напряжения ΔUсosφ, а второй – от составляющей напряжения ΔUsinφ. Двигатели будут работать до тех пор пока имеются эти составляющие, т.е. до момента уравновешивания измеряемого напряжения и компенсирующего. Процесс уравновешивания длиться 3-4 с. Автоматические компенсаторы имеют меньшую точность, чем обычные, класс точности от 1,5.

Лекция №9