- •Огорелков б.И., попов а.П. Общая электротехника
- •Омск 2008
- •Общая электротехника
- •1 Основные понятия и определения
- •1.1 Общие сведения
- •1.2 Резистивные элементы
- •1.3 Индуктивный и емкостный элементы
- •1.4 Источники постоянного напряжения
- •2 Электрические цепи постоянного тока
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Законы Кирхгофа
- •2.3 Распределение потенциала вдоль электрической цепи
- •2.4 Последовательное и параллельное соединения резистивных элементов
- •2.4.2 Параллельное соединение
- •2.5 Соединение резисторов треугольником и звездой
- •2.6 Электрическая энергия и мощность
- •2.7 Номинальные величины источников и приемников. Режимы работы электрических цепей
- •2.8 Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •2.9 Магнитные цепи
- •3 Линейные однофазные электрические цепи синусоидального тока
- •3.1 Основные величины, характеризующие синусоидальные ток, напряжение и эдс
- •3.2 Элементы электрических цепей синусоидального тока
- •3.3 Расчет неразветвленной электрической цепи синусоидального тока
- •3.4 Мощность в линейных цепях синусоидального тока
- •3.5 Переходные процессы в электрических цепях
- •4. Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •4.1. Трехфазный источник электрической энергии
- •4.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •4.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •4.4 Мощность трехфазной цепи
- •5 Электромагнитные устройства
- •5.1 Выключатели, кнопки и клавиши
- •5.2 Электрические контакты
- •5.3 Электромагниты
- •5.4 Контакторы
- •5.5 Электромагнитные реле
- •6. Трансформаторы
- •6.1. Общие сведения
- •6.2 Принцип действия трансформатора
- •6.3 Работа трансформатора в режиме холостого хода
- •6.4 Опыт короткого замыкания
- •6.5 Мощность потерь в трансформаторе
- •6.6 Автотрансформаторы
- •7 Электрические машины
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Вращающееся магнитное поле
- •7.3 Асинхронные машины
- •7.3.4 Контакторное управление асинхронными электродвигателями
- •7.4 Синхронные машины
- •8 Электроника
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Полупроводниковые диоды
- •8.2.1 Полупроводниковые фотоэлектрические приборы
- •8.2.2 Транзисторы
- •8.2.3 Оптоэлектронные приборы
- •8.2.4 Тиристоры
- •8.3 Выпрямители на полупроводниковых диодах
- •8.3.1 Однополупериодное выпрямление
- •8.3.2 Двухполупериодное выпрямление
- •8.3.3 Трехфазные выпрямители
- •8.3.4 Управляемые выпрямители
- •8.3.5 Стабилизаторы напряжения
- •8.4 Усилители на транзисторах.
- •8.4.1 Операционные усилители
- •9 Электрические измерения и приборы
- •9.1 Системы электрических измерительных приборов
- •9.2 Основные характеристики электрических измерительных приборов
- •9.3 Измерение тока, напряжения и мощности
- •9.3.2 Трансформатор тока (тт).
- •9.3.5 Электроннолучевые осциллографы
- •9.6. Принцип работы развертки эло
- •9.3.6 Цифровые измерительные приборы (цип).
- •9.3.7 Технические характеристики цип
- •9.3.8 Цифровые вольтметры.
- •9.3.9 Использование цип для измерения переменных напряжений
- •10 Частотно-регулируемый привод
- •10.1 Методы частотного регулирования
- •10.2 Краткие сведения о преобразователях частоты
- •10.3 Принцип действия однофазного пч
- •11 Электрооборудование
- •11.1 Трансформаторные подстанции и распределительные устройства
- •11.2 Релейная зашита и защита от атмосферных перенапряжений
- •12 Электротехнология
- •12.1 Электротермия
- •12.2 Электрохимия
- •12.3 Электронно-ионная технология
- •13 Системы электроснабжения
- •13.1 Общие сведения об электроснабжении
- •14 Электробезопасность
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Защитное заземление
- •14.3 Зануление
- •14.4 Конструкция заземлителя
- •Список литературы
- •Содержание
9.3.7 Технические характеристики цип
Измеряемые величины, диапазоны измерения. Первое, что необходимо знать — какую физическую величину измеряет ЦИП и в каком диапазоне.
Большинство ЦИП имеет несколько диапазонов, для которых указываются предельные значения.
Выбор диапазона производится вручную или автоматически. Переключение сопровождается изменением положения запятой на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ).
Чувствительность. Мы уже привыкли под чувствительностью понимать отношение dY/dX . В ЦИП под этим термином понимают значение измеряемой величины, приходящейся на единицу дискретности (значение единицы дискретности или кванта). Для ЦИП с несколькими диапазонами значение кванта разное. В общем случае значение кванта выражается формулой
где K = 1,2,5; т — любое целое число или нуль.
Заметим, что значение кванта не всегда совпадает со значением единицы младшего разряда. Например, при q =5∙10-6 квант в 5 раз больше значения единицы младшего разряда; при q =2∙10-4 — в 2 раза больше.
Максимальное число, количество разрядов, количество квантов, разрешающая способность. В любом ЦИП предусмотрено определенное количество десятичных разрядов. Если во всех разрядах используются все 10 состояний, то максимальное число Nмакс, индицированное на ЦОУ, будет выражаться девятками: 999, 9999. Чаше старший разряд или два разряда имеют два состояния 0 или 1. Поэтому при четырех разрядах ЦОУ будет иметь Nмакс =1999. Максимальное число есть не что иное, как длина шкалы.
Количество квантов Nq совпадает с Nмакс, если К= 1. В общем случае Nq = Nмакс/K.
Число Nq определяет разрешающую способность 1/ Nq прибора.
Точность — многоплановая характеристика любого средства измерения. Она представляет целый комплекс характеристик, количественно выражаемых погрешностями.
Быстродействие. В общем смысле показатели быстродействия связаны с динамическими погрешностями преобразования или измерения. Характеризуется быстродействие временем одного преобразования входной величины в код или частотой таких преобразований.
9.3.8 Цифровые вольтметры.
Цифровые вольтметры (ЦВ) широко распространены в технике измерения постоянных и переменных напряжений. Это объясняется многими достоинствами: высокая точность, широкий диапазон измерения, высокая чувствительность, цифровой отсчет, автоматический выбор предела измерения и полярности измеряемого сигнала, возможность ввода информации в ЭВМ.
Дальнейшее развитие ЦВ, расширение их возможностей и улучшение характеристик достигается применением микропроцессоров (МП), встраиваемых непосредственно в измерительный прибор.
Классифицируют ЦВ по назначению (постоянного напряжения, универсальные, импульсные); по схемному решению (с жесткой логикой работы и с микропроцессорным управлением); по методу аналого-цифрового преобразования (время-импульсные, поразрядного уравновешивания, частотно-импульсные).
Учитывая, что ЦВ переменных напряжений представляют собой сочетание ЦВ постоянного напряжения и входного измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение (эти преобразователи обычно находятся во входном устройстве), рассмотрим принцип действия приборов постоянного напряжения.
Время-импульсный вольтметр. Структурная схема и временные диаграммы его приведены на рис.9.15.
Рисунок 9.15. Структурная схема время-импульсного вольтметра (а) и его временные диаграммы(б)
Генератор линейно-изменяющего напряжения (ГЛИН) Г2, устройство сравнения УС, одновибраторы Г3 и Г4 и триггер Т образуют преобразователь входного напряжения (обозначен пунктиром) uвх в интервал времени ∆t, в течении которого от генератора прямоугольных импульсов Г1 частотой f0 через логический элемент И на счетчик Сч проходит N импульсов. Очевидно, что число N пропорционально ∆t, а значит и ивх. Фронт сигнала 2 делителя частоты ДЧ (частота его выходных сигналов в К раз меньше f0) устанавливает триггер Т через одновибратор Г3, в состояние 1, сбрасывает Сч в нулевое состояние и запускает Г2. Срез сигнала 2 дает команду на запись кода из Сч в регистр цифрового отсчетного устройства ЦОУ. Когда u0 становится больше uвх, фронт сигнала 4 через одновибратор Г4 возвращает триггер Т в исходное состояние. Из рис.9.14,б видно, что
N= ∆t /T0 = ∆t f0; ∆t = Uвх /S , (9.23)
где S — крутизна u0(t);
N=( f0 / S) Uвх; Uвх=SN / f0. (9.24)
Вольтметр с двухтактным интегрированием. Схема и временные диаграммы его показаны на рис. 9.16.
Интервал t1 - t2 (рис.9.15,б) соответствует первому такту интегрирования, t2- t3 — второму. Фронт первого, после сигнала «Пуск», импульса сигнала 2 генератора тактовых импульсов ГТИ через устройство управления УУ задает начало первого такта: короткий импульс 3 сбрасывает счетчик Сч, сигнал 4 замыкает ключ К1. На Сч начинает поступать сигнал 6 от ГТИ, противофазный импульсам 2. Входное напряжение uвх через К1 поступает на интегратор Инт и на выходе его получается u(t). Через полпериода сигнала 4, после того, как на Сч поступит заданное число импульсов N1 сигнала 6, заканчивается первый такт и начинается второй. Информацию о том, что N1 импульсов поступило на Сч дает сигнал 7, снимаемый с четвертого триггера старшей декады Сч.
В этот момент импульс 3 сбрасывает Сч, сигнал 4 размыкает ключ К1, сигнал 8 замыкает ключ К2. Импульсы 6 продолжают поступать на Сч. На Инт поступает U0 от источника опорного напряжения ИОН. Приращение u(t) меняет знак. Как только u(t)=0 срабатывает устройство сравнения УС и дает команду, что второй такт закончен. На Сч поступило N2 фронтов сигнала 6. Сигнал 8 размыкает К2.
Итак, N2 — результат измерения. Связь N2 и uвх установим следующим образом. К концу первого такта
u(t2) = -1/τ1∫ uвхdt = -∆t/ τ1 Uвх, (9.25)
где τ1 — постоянная интегрирования на первом такте.
Рисунок 9.16. Структурная схема вольтметра с двухтактным интегрированием (а) и его временные диаграммы(6)
К концу второго такта
u(t3)= -∆t1/ τ1 Uвх + ∆t2/ τ2 U0 = 0, (9.26)
где τ2 — постоянная интегрирования на втором такте,
и ∆t1/ τ1 Uвх = ∆t2/ τ2 U0; ∆t2 = ∆t1/ U0 Uвх, (9.27)
если τ1= τ2.
Заметим, что долговременной стабильности τ не требуется. Так как ∆t=const (определяется N1 — постоянным для заданного преобразователя напряжения в код (ПНК) и U0 = const, то ∆t2 = к Uвх .
Очевидно, что ∆t2 =N2T = N2/f , где Т и f — период и частота сигналов ГТИ, a ∆t1=N1T= N1/f. Учитывая это, можно записать:
N2/ Uвх = N1/ U0; Uвх = U0 N2/ N1 (9.28)
Частота f отсутствует в уравнении шкалы (предполагается, что f стабильна в течение цикла измерения). Значит, требуется кратковременная стабильность и не требуется долговременной.