3. Компенсатори змінного струму

Компенсаційний метод може бути застосований і для вимірювання змінної напруги. В цьому випадку необхідно компенсувати не один, а два параметри - амплітуду та фазу (або активну та реактивну складові напруги), оскільки змінна синусоїдальна напруга характеризується двома параметрами - амплітудою та фазовим зсувом відносно певної початкової напруги . Можливе і інше представлення - сумою двох складових

, (8.6)

де – відповідно амплітудні значення активної і реактивної складових напруги.

Одна з можливих схем компенсатора наведена на рис.8.7а. Така схема називається прямокутно-координатною. Для компенсації необхідно, щоби та напруга живлення були когерентні, тобто ці сигнали повинні мати не тільки однакову частоту, але й сталий в часі фазовий зсув.

а

б

Рис. 8.7

Слід зазначити, що компенсацію напруги можна реалізувати і на інших елементах, наприклад, фазообертачах та подільниках напруги. Такі схеми дістали назву полярно-координатних. Але вони не отримали широкого розповсюдження внаслідок того, що фазообертачі мають порівняно низькі метрологічні характеристики, не забезпечують необхідної точності в діапазоні частот та складні у реалізації.

Прямокутно-координатний компенсатор на рис.8.7а має два індуктивно пов’язаних контури. Завдяки індуктивному зв’язку струми в контурах зсунуті по фазі на 90⁰. В наведеній схемі АВ та СД – це реохорди (натягнутий чи намотаний металевий дріт з контактом, що пересувається вздовж дроту), середні точки яких з’єднанні гальванічно. Останнє дозволяє прийняти потенціали середніх точок реохордів рівними нулю. При подачі напруги на трансформатор ТР в першому контурі збуджується робочий струм І_1, величина якого задається за допомогою резистора R₁. Цей струм в комплексній формі визначається за формулою - , де – е.р.с. наведена у першому контурі, - активний опір реохорда АВ. Величина струму першого контуру контролюється в схемі за допомогою міліамперметра mA. Струм другого контуру дорівнює , де – е.р.с., наведена у другому контурі, - активний опір реохорда CD. Оскільки , то . Наявність в останній формулі множника j свідчить про те, що струми та зсунуті один відносно одного на фазовий кут 90⁰. Отже активна і реактивна частини напруги компенсації дорівнюють , , і, таким чином, теж мають фазовий зсув 90⁰ (в останніх формулах R¢_АВ та R¢_CD – це частини опорів реохордів між повзунами та загальною точкою). Процес врівноваження комплексної напруги напругою компенсації на комплексній площині ілюстровано на рис.8.7б. В залежності від положення повзунів реохордів можна вибрати необхідне значення напруги компенсації . Момент компенсації напруг фіксується індикатором нуля. Шкали реохордів градуюють безпосередньо в одиницях вимірювання напруги. Отримані значення U_p та U_a можна використати для визначення модуля та початкового фазового зсуву напруги

, (8.7)

,(8.8)

де (8.9)

- початковий фазовий зсув напруги компенсації,

Слід відзначити, що U_p = f (R_{CD, w}), U_a = f (R_{AB, w}), тобто є не лише функцією опорів, але й функцією частоти. Тому реохорди калібруються для роботи на певній номінальній частоті w_н. Якщо w _¹wн, то в результат вимірювань необхідно внести поправку. Цю функцію в наведеній схемі виконує змінний резистор , що дає змогу виконати умову = сonst для певного обмеженого діапазону частот.

Компенсатори змінного струму значно поступаються за точністю компенсаторам постійного струму. Це пов’язано в першу чергу з тим, що значення робочого струму встановлюється за допомогою міліамперметрів, клас точності яких не перевищує 0,1¸0,2. Тому такі прилади застосовують не для повірки приладів, а для лабораторних вимірювань напруги, струму і комплексного опору.