Устройство питания измерительных цепей

(51) 01 Я 27 ТЕН электроизметь применено вах, в которых сигналы с по- например, на остатком зависим что сниж приборов аттестациявляетс частоты поверки частоты ая мера реакенсацией поастройке и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71 Отдел энергетической кибернетики АН МССР(56) Авторское свидетельство СССР Мв 200661, кл. Н 03 В 27/00, 1967. (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для обеспечения 90-градусного сдвига фазы междутоком и напряжением в измерительных цепях. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частотпри сохранении 90-градусного фазового сдвига между входным током и выходным напряжением. Устройство содержит катушки взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор, при этом первичная обмотка катушки взаимной индуктивности соединена с первичной обмоткой трансформатора Изобретение относится к рительной технике и может бь в приборах и других устройст используются электрические стоянным сдвигом по фазе, угол 90.Известна четырехзажимн тивного сопротивления с ком терь, используемая при тока согласно, а вторичная обмотка катушки взаимной индуктивности - встречно со вторичной обмоткой трансформатора тока, начало первичной обмотки которой и конец первичной обмотки катушки взаимной индуктивности используют для подключения к источнику тока. Безындуктивный резистор подключен к точке соединения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности с вторичной обмоткой трансформатора тока и через конденсатор соединен с концом вторичной обмотки трансформатора тока, Выходное напряжение снимают между концом первичной обмотки катушки взаимной; дуктивности и точкой соединения конден.;- тора и безындуктивнбго резистора, Такое соединение элементов устройства позволяет обеспечить одинаковый закон изменения компенсируемого и компенсирующего углов от частоты входного тока и тем самым расширить рабочий диапазон частот, в пределах которого сохраняется установленный при настройке 90-градусный фазовый сдвиг между входным током и выходным напряжением. 1 ил. периодическои поверке приборов, предназначенных для измерения параметров комплексных величин. четырехзажимнои меры сть угла сдвига фазы от ет точность настройки и на частотах, отличных отНаиболее близким к предлагаемому является устройство для питания измерительных схем, содержащее катушку взаимной индуктивности, в цепь вторичной обмотки которой включены конденсатор и делитель напряжений, трансформатор тока, питающий активное сопротивление, включенное в цепь вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.К недостаткам данного устройства относится узкий диапазон по частоте, в пределах которого угол сдвига фазы между токомо и выходным напряжением точно равен 90 . Отклонение рабочей частоты от частоты настройки приводит к существенному. изменению угла сдвига фазы между входным током и выходным напряжением.Цель изобретения - расширение диапазона по частоте при сохранении постоянства сдвига фазы на 90 между входным током и выходным напряжением катушки взаимной индуктивности.Поставленная цельдостигается тем, что последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока включен конденсатор. Предлагаемое устройство содержит катушку взаимной индуктивности, трансформатор тока, безындуктивный резистор и конденсатор. Первичные обмотки катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока включены последовательно и согласно, а вторичные - последовательно и встречно. Безындуктивный резистор подключен одним выводом к общей точке соединения вторичных обмоток катушек взаимной индуктивности и трансформатора тока, а другим - к первому выходу устройства и обкладке конденсатора. Вторая обкладка конденсатора соединена с концом вторичной обмотки трансформатора тока. Выходное напряжение снимается с конца вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности и точки соединения безындуктивного резистора и обкладки конденсатора.На чертеже показана схема устройства питания измерительных цепей.Устройство питания измерительных цепей содержит катушку 1 взаимной индуктивности, трансформатор 2 тока, конденсатор 3 и безындуктивный резистор 4. Входными зажимами являются точки 5 и б, а выходными - точки 7 и 8, Первичные обмотки 9 и 10 катушки 1 взаимной индуктивности и трансформатора 2 тока соединены по схеме последовательного согласного включения, а вторичные обмотки 11 и 12 - по схеме последовательного встречного включения. Резистор 4 одним выводом подключен к общей точке соединения вторич вфаР сь (г ение напряжения на безсторе. где Ор = 12 В - пад50 ындуктивном резиПри условиях В вСв предлагаемом ууравнение (2) упр55ельная часть зтогно больше мнимо и а О 2 С 1 тройстве выполщается причем напряжения сучасти напряже которые ня ются, действит ществен ния, т.е. 2 ВВСИ,ных обмоток 11 и 12, а другим - к выходному зажиму 8 устройства и через конденсатор 3 соединен с другим выводом вторичной обмотки 12 трансформатора 2 тока. Выходной 5 зажим 7 подключен к второму выводу обмотки 11 катушки 1 взаимной индуктивности.Устройство питания измерительных цепей работает следующим образом.При протекании тока 11 по первичным 10 обмоткам 9 и 10 во вторичных обмотках 11и 12 навоДятся ЭДС взаимной индукции Е 1 и Е 2, причем углы сдвига фаз между током 1 и напряжением на вторичных обмотках изза запаздывания основного магнитного по тока и протекания токов утечки черезопаразитные емкости отличаются от 90, что и обуславливает угловую погрешность катушки взаимной индуктивности. Под действием наведенной ЭДС в замкнутом контуре 20 вторичной обмотки трансформатора 2 токапротекает ток 1 г, который вызывает падениенапряжения на безындуктивном резисторе4, которое находится в противофазе с компенсируемым падением напряжения на ак тивном сопротивлении ветвинамагничивания катушки 1 взаимной индуктивности.Уравнение электрического равновесияв цепи вторичной обмотки трансформатора 30 тока имеет видЕг =) и 1212 - ) - + 1 гВ, (1)1 гвСгде Ег = )ш М 211- ЭДС вторичной обмотки трансформатора, тока;35 2 - ток во вторичной цепи трансформатора тока;112 М 2 индуктивность вторичной обмотки и коэффициент взаимной индукции трансформатора тока;40 С - емкость конденсатора;В - сопротивление резистора.С учетом уравнения (1) падение напряжения на резисторе 4 определяют по формуле455 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Значение угла компенсации фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности определяют по формулеЦ, М 2дком,= агсщ - .-=агстд В вС, ,4)в ч 1 М 1где дком. - угол, который компенсирует фазовую погрешность катушки взаимной индуктивности;М 1 и М 2 - коэффициенты взаимной индукции обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока.Угол фазовой погрешности предлагаемого устройствад = дс,к. дком. (5)где д - угол фазовой погрешности устройства;дс.к, - угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности из-за емкостных токов через собственные и взаимные емкости обмоток и вихревых токов в обмотках катушки взаимной индукции (угол дс,к. линейно изменяется с частотой);дком, - угол, который компенсирует угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности,Такой характер зависимости угла сдвига фаз устройства д сохраняется во всем диапазоне частот, вплоть до частот, близких к собственным резонансным частотам обмоток катушки 1 и трансформатора 2.Нелинейность зависимости угла компенсации дком, от частоты при В вС = 0,1 не превышает 1% и при уменьшении величины произведения Р в С уменьшается.Требуемый угол компенсации устанавливается один раз прй настройке устройства подбором сопротивления 4 или емкости конденсатора 3, что позволяет упростить настройку и поверку устройства питания измерительных цепей, так как зти действия могут выполняться на частотах, на которых имеются аттестованные приборы и меры поверки. Точность настройки, т.е, компенсации углэ фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности, определяется погрешностью измерительных приборов и мер, используемых при настройке предлагаемого устройства. Наиболее технически совершенным работающим устройством для формирования напряжения, сдвинутого по фазе относительно тока на 90, является прототип. Точность установки 90 о-ного сдвига фазы между током и напряжением у прототипа зависит только от погрешности .используемых при настройке образцовых приборов и мер, а угол фазовой погрешности может быть сколь угодно малым, в том числе принимать нулевые значения. При отклонении от частоты настройки угол фазовой погрешности прототипа изменяется от -й/2 до+ й/2, причем его зависимость от частоты является нелинейной функцией. Угол фазовой погрешности, пренебрегая влиянием активных сопротивлений обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока, определяется выражениемд =дс,п, - дком,п. +дс, (6)где дс,п; - собственный угол фазовой погрешности катушки взаимной индуктивности прототипа, который линейно зависит от частоты;дком.п. - угол, который компенсирует на частоте настройки собственный угол фазовой погрешности катушки взаимной ндуктивности прототипа;д 1 с - составляющая угла фазовой погрешности катушки, обусловленная влиянием конденсатора емкостью С, включенного в цепь вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.Значения величин дкомп.,д 1 с, при В в 12 определяют по формулам:М 2 Вдкомп. =агс 19 М --Р)М 1 в 12 дс=агстд + . Р)Вд+ В где Вд - сопротивление делителя напряжения прототипа, причем ВдВ;1 во = -- частота, на которой скомК 1 С пенсировано реактивное сопротивление контура вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности.При в =во составляющая угла фазовой погрешности катушки д.с= О, а при в Фво и д.с Ф О, причем угол дс нелинейно зависит от частоты,Например, при изменении частоты от 1,1 во до 1,2 во, т,е. примерно на 10%, составляющая угла фазовой погрешности д с катушки взаимной индуктивности изменяется не менее, чем на 190%, т.е. конденсатор очень сильно влияет на частотную стабильность угла фазовой погрешности прототипа при отклонении частоты.Включение конденсатора в цепь вторичной обмотки трансформатора тока обеспечивает одинаковый закон изменения компенсирующего дком. (см. уравнение ,4 и компенсируемого дс,к, углов от частоты, исключить влияние конденсатора на частотную нестабильность угла фазовой погрешности предлагаемого устройства, а следовательно, расширить в десятки и сотни раз рабочий диапазон по частоте, в пре1712896- Г Составитель В.БерзанРедактор А.Лежнина Техред М.Моргентал Коррект роль Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аз 534 ВНИИ зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарица, 1 делах которого с высокой точностью сохраняется установленйый при настройке сдвиг по фазе между током и выходным напряжением предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.Формула изобретения Устройство питания измерительных цепей, содержащее катушку взаимной индуктивности, трансформатор тока, первичные обмотки которых включены последовательно и согласно, а вторичные- последовательно и встречно, конденсатор, безындуктивный резистор, один вывод которого подключен к общей точке соединения вторичных обмоток катушки взаимной индуктивности и трансформатора тока, а другой - к первому выходу устройства питания измерительных цепей, первым и вторым входами которого являются начало и конец первичных обмоток соответственно трансформатора тока и катушки взаимной 5 индуктивности, отл и ч а ю ще е с ятем,что, с целью расширения диапазона по частоте при сохранении постоянства сдвига фазы на 90 между входным током и выходным напряжением, в цепь вторичной обмотки 10 трансформатора тока включен конденсатор,одна обкладка которого подключена к концу вторичной обмотки трансформатора тока, а другая обкладка - к другому выводу безындуктивного резистора, при этом конец вто ричной обмотки катушки взаимнойиндуктивности является вторым выходом устройства питания измерительных цепей.