Способ балансировки высоковольтного делителя напряжения и устройство для его осуществления

СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 4 А 1 ЕСПУБЛИК 19)ИЗОБРЕТЕ ЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТО РС КОМУ(56) Шваб А. Измерения на высоком напр жении. - М.; Энергия, 1973, с. 44 - 45, рис. 33.Костиков В.Г., Никитин И.Е, Источники электропитания высокого напряжения , РЭА, - М.: Радио и связь, 1986, с, 176, 177,: рис; 3.40, 3,41.А.С, СССР М 868598, кл. 6 01 Я 15/04.Хоровиц П. Хилл, У. Искусство схемотехники. Т 2 - ММир, 1983, с, 398, 399, рис, А,З, (54) СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: в качестве масштабного преобразователя напряжения в измерительной технике, электротехнике, радиотехнике, для измерения времени высоковольтных переходных процессов на выходе управляемого высоковольтного источника напряжения. Сущность изобретения: на выходе управляемого высоковольт.ного источника напряжения в статическом режиме устанавливают напряжение, на котором производится переключение, Изменением напряжения регулируемого источника напряжения совмещают на экране осциллографа с дифференциальным входом линию с линией, соответствующей напряжению между входами, равным нулю. Устройством управления переключают управляемый высоковольтный источник напряжения в автоколебательный режим измерением емкости конденсатора низковольтного плеча высоковольтного делителя напряжения, с помощью электрически регу лируемого конденсатора, выполненного нз повторителе напряжения, делителе, усилителе, конденсаторе Сэ, максимально совмещают линию на экране осциллографа с соответствующей нулевой разности линией входных напряжений с помощью делителя напряжения, Необходимо осуществлять выбор постоянных времени плеч высоковольтного делителя намного больше длительности переходного процесса. Высокая точность достигается за счет калибровки делителя в динамическом режиме по сравнению со статическим режимом, 2 с и 1 э.п. ф-лы, 4 ил,яИзвест обеспечен вольтного они имеют емкости с жающей с Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в масштабных преобразователях измерительной техники, электротехнике, радиотехнике для измерения времени переходных процессов на выходе управляемого источника высокого напряжены уст я ком делит малую измен еды, и высоковольтного ния,Наиболее б способу являетс обеспечения ком напряжения, вкл ния.Известны способы балансировки для 1 обеспечения компенсированности высоковольтного делителя напряжения. Однако они имеют низкую точность,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ройства балансировки для пенсированности высокоеля напряжения, однако точность иэ-за изменения ением температуры окруз-за зависимости емкости конденсатора от напряжеизким к предлагаемому способ балансировки для енсирован ности делителя ючающий подачу напряже 177709410 ния на вход высоковольтного делителя, пропорциойального его уменьшения и осциллографирование.Наиболее близким к предлагаемому устройству является и содержащее осцилло,граф, высоковольтный делитель напряжения, состоящий из высоковольтного и низковольтного плеч, первый контакт для подключения к высоковольтному источнику напряжения, второй контакт для подключения к выходу высоковольтного делителя напряжения, который соединен с выходом высоковольтного делителя напряжения, вход которого соединен с первым контактом, второй вывод низковольтного плеча высоковольтного делителя напряжения соединен с общей шиной,Недостатками способа и устройства являются низкая точность из-за невозможности точного установления импульса прямоугольной формы на выходе делителя напряжения на фоне выходного напряжения иэ-за низкой точности осциллографического метода (3-5) .В известном способе имеется большое влияние паразитных емкостей, имеется зависимость емкости высоковольтного конденсатора от напряжения, температуры, что снижает точность измерения, особенно в производственных условиях при жестких требованиях к габаритным размерам делителя напряжения и использованной в нем элементной базы, что вынуждает применять в высоковольтном плече делителя керамические конденсаторы, например, типа КВИ, т.е, компенсированный делитель оказывается действительно компенсированным только для одного значения напряжения при известной температуре.Целью изобретения является повышение точности, упрощение устройства. Применение предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяет существенно повысить точность измерений и упростить устройство,Поставленная цель достигается тем, что предлагается способ балансировки высоковольтного делителя напряжения, включающий подачу напряжения на вход высоковольтного делителя,пропорционального его уменьшения и осциллографирование, в котором, подача напряжения производится с выхода управляемого высоковольтного источника напряжения, выходное напряжение высоковольтного делителя осциллографируют осциллографом на первом дифференциальном входе, на второй вход осциллографа подают напряжение с регулируемого источника напряжения, с помощью которого производят совмещение 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на экране осциллографа линии, соответствующий разности входных напряжений, с линией, соответствующей нулевой разности входных напряжений, совмещают уменьшенный уровень импульсного напряжения на экране осциллографа с помощью изменения значения емкости в низковольтном плече высоковольтного делителя напряжения, причем постоянную времени плеч высоковольтного делителя напряжения выбирают больше длительности переходного процесса, начиная с участка наиболее отдаленного от начала переходного процесса до максимально возможного совмещения.Поставленная цель достигается тем, что предлагается устройство, содержащее осциллограф, высоковольтный делитель напряжения, состоящий иэ высоковольтного и низковольтного плеч, первый контакт для подключения к высоковольтному источнику напряжения, второй контакт для подключения к выходу высоковольтного делителя напряжения, который соединен с выходом высоковольтного делителя напряжения, вход которого соединен с первым контактом, второй вывод низковольтного плеча высоковольтного делителя напряжения соединен с общей шиной, в котором, введены управляемый высоковольтный источник напряжения, устройство управления, повторитель напряжения, делитель напряжения, усилитель, конденсатор и регулируемый источник напряжения, выход которого соединен с вторым входом осциллографа, первый вход которого соединен с выходом повторителя, вход которого соединен с выходом высоковольтного делителя напряжения и через конденсатор с выходом усилителя, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен с первым входом осциллографа, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен с управляющим входом управляемого высоковольтного источника напряжения, в котором между входом осциллографа и вторым контактом для подключения к выходу высоковольтного делителя напряжения включено вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника напряжения, выход вычитающего устройст-ва через выключатель и цепь ограничения соединен с общей шиной, к которой подключен и второй вход осциллографа.Именно выбор постоянной времени высоковольтногоплеча намного большей длительности переходного процесса, регулировка,постоянной времени нижнего плеча при больших значениях емкостей, до 1777094ходящих до нескольких микрофарад и совмещение на экране осциллографа изображения в статическом и динамическомрежиме позволяет достичь поставленнуюцель. Это позволяет сделать вывод, что за-являемые изобретения связаны единымизобретательским замыслом.Сравнения заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".Известен способ измерения высокихнапряжений, заключающийся в изменениипостоянной времени нижнего плеча высоковольтного делителя. Однако предлагаемыйспособ имеет более высокую точность засчет. предварительного измерения уровнявыходного напряжения в статическом режиме совмещения изображения на экране осциллографа.Это позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию "существенные отличия".Сопоставительнь 1 й анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает,что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков; повторителя напряжения, первого делителя, усилителя, третьегоконденсатора, вычитающего устройства. цепи ограничения и связями между ними.Таким образом, заявляемое устройствосоответствует критерию изобретения "новизна".Противопоставленное устройство имеет более низкую точность из-эа зависимостиемкости высоковольтного конденсатора оттемпературы, напряжения, что приводит кнекомпенсированности высоковольтногоделителя.Предлагаемое устройство имеет болеевысокую точность за счет меньшего влияния: паразитных.емкостей, возможности обеспечения точной компенсации делителя на напряжении измеряемого уровня,Это позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия",На фиг,1 приведена схема устройствадля компенсации высоковольтного делителя, реализующая предлагаемый способ; нафиг.2 - схема устройства компенсации высоковольтного делителя напряжения, нафиг.З - схема вычитающего устройства с.ограничением согласно п.З формулы изобретения; на фиг.4 - эпюры, поясняющиеработу устройства.Устройство (фиг.1) содержит первыйконтакт 1 для подключения к управляемомуисточнику 2 напряжения, третий контакт 3для подключения к эквивалентной схеме нагрузки 4 и содержащей конденсатор 5, вклю 5 10ЗО4050 ченный между контактом 3 и общей шиной устройства, высоковольтный делитель напряжения, содержащий низковольтное плечо 6, состоящее из параллельно включенных первого резистора 7-81 и первого конденсатора 8-С 1, высоковольтное плечо 9, содержащее параллельно включенные второй резистор 10-й 2 к второй конденсатор 11-С 2, осциллограф 12, устройство управления 13, регулируемый источник 14 напряжения, вто-.рой контакт для подключения к выходу высоковольтного делителя 15,Первый контакт 1 подключен к выходу высоковольтного источника 2 и третьемуконтакту 3, второй контакт 15 соединен с входом У 1 осциллографа 12 с дифференциальным входом и через низковольтное плечо 6 с общей шиной устройства, на вход осциллографа У 2 подается регулируемое опорное напряжение с источника 14, навход синхронизации осциллографа подаются импульсы, несущие информацию о начале переходного процесса.Устройство (фиг,2) содержит первыйконтакт 1 для подключения к управляемомувысоковольтному источнику, третий контакт 3 для подключения к эквивалентной схеменагрузки 4, высоковольтный делитель напряжения, содержащий низковольтное плечо 6, включающее параллельно соединеннь;е первый резистор 7-81 и первый конденсатор -8-С 1, высоковольтное плечо 9 высоковольтного делителя напряжения, включающее второй резистор 10 - й 2, второй конденсатор 11 - С 2,осциллограф 12, устройство управлрия 13, источник регулируемого опорного напряжения 14, второй контакт для подключения к выходу высоковольтного делителя напряжения 15, третий конденсатор 16-СЗ, повторитель напряжения 17, первый делительнапряжения 18, выполненный на третьем 19 и четвертом 20 резисторах, усилитель 21,первый контакт 22. Устройство (фиг.З) включает вычитающее устройство 23 с первым 24-У 1 и вторым25-У 2 входами, цепь ограничения 26, выключатель 27, контакт для подключения квходу осциллографа 28,Выход вычитающего устройства подключен к контакту для подключения к входуосциллографа и через выключатель и цепьограничения к общей шине устройства,На фиг.4 29 - зпюра выходного напря 55 жения при постоянной времени нижнегоплеча меньшей постоянной времени верхнего плеча, 30 - эпюра выходного напряжения при постоянной времени нижнего плечабольшей постоянной времени верхнего плеча, 31 - эпюра выходного напряжения припостоянной времени верхнего плеча, равной постоянной времени нижнего плеча.Все эпюры приведены для условия, чтонулевая линия совмещена с уровнем напряжения на выходе высоковольтного делителятого напряжения, на которое производитсяпереключение. Сплошной линией показаныэпюры напрякения для масштаба временит, а пунктирол для временит,1. На эпюре31 приведено также измерение времени переходного процесса Т от момента переключения уровней на выходе управляемогоисточника по уровню +1 О от установившегося значения,Балансировку для обеспечения условия. компенсированности высоковольтного делителя производят следующим образом.На выходе высоковольтного источника2 (фиг.1) устанавливается то напряжение, накоторое производится переключение - статический режим. Это напряжение подаетсяна вход У 1, осциллографа 12 с дифференциальным входом и изменениемнапряженияисточника 14 совмещают линию разверткина экране осциллографа с линией нулевогонапряжения . - производят измерение выходного напряжения с выхода высоковольтного делителя, Устанавливают точку началаразвертки в заданное место экрана,Устройством управления переключаютуправляемый высоковольтный источник вавтоколебательный режим. Развертка осциллографа синхронизируется с импульсомуправления переключения на тот уровень,длительность переключения на который измеряется. Изменением постоянной времени нижнего плеча 6 - значения емкостиконденсатора С 1 линия, соответствующаяуровню, на который происходит переключение, максимально совмещается с линией нулевого уровня - линией ранее измеренногонапряжения с выхода высоковольтного делителя напряжения. При этом выполняетсяусловие компенсированности высоковольтного делителя. Одновременно при этом возможно измерить время переходногопроцесса по заданному уровню, Время переходного процесса измеряют по экрану осциллографа от точки начала развертки приусловии его синхронизации, При этом уровни измерения могут быть близкими к напряжению в статическом режиме, например(0,5-2) от установившегося значения; чтопозволяет контролировать время переходных процессов высоковольтных коммутаторов,Предлагаемое устройство работает следующим образом.Напряжение с управляемого источникавысоковольтных импульсов подается наувеличив точность за счет отсутствия пере 50 . грузки входных каскадов осциллографа, что может иметь место при требовании высокойточности к совмещению уровней напряжения в статическом режиме и применения осциллографа без дифференциального входа, возможно при применении вычитающе.го устройства 23 с ограничением напряжения на его выходе, по п.3 формулы.которое не превышает +0,7 8, что позволяет совмещать уровни в статическом и динамическом режимах с точностью до 152025 304045 плечи 6, 9 высоковольтного делителя, Значение постоянной времени высоковольтного плеча делителя напряжения выбирается намного больше длительности переходногопроцесса при значении емкости конденсатора С 2 намного большей паразитных емкостей высоковольтного делителя, а значение постоянной времени нижнего плеча 6 путем выбора номинального значения конденсатора С 1 выбирается примерно меньше постоянной времени верхнего плеча, что необходимо для уменьшения влияния наводок и предотвращения появления значительных импульсных напрякений на входеповторителя 17.Напряжение с выхода высоковольтного делителя подается через повторитель напряжения 17 на вход первого делителя напряжения 18, выходное напряжениекоторого через делитель напряжения 18 иусилитель 2 1 подается на конденсатор 16. При этом эквивалентное значение емкости данного конденсатора относительно входаповторителя напрякения Сэ = СЗ (1-К 1 К 2), где К 1 - коэффициент передачи первого делителя 18,К 2 - коэффициент усиления усилителя 21.Изменяя коэффициент первого делителя 18, изменяем значение эквивалентнойемкости Сэ, которая либо суммируется, либовычитается из емкости конденсатора С 1, а следовательно, и суммарной емкости в нижнем плече высоковольтного делителя.Выходное напряжение повторителя напряжения 17 подается на вход осциллографа с дифференциальным входом, к другомувходу подключен регулируемый источник напряжения.Необходимо отметить, что, как правило, на выходе управляемого источника напряжения всегда присутствует эквивалентнаяемкость нагрузки. Это позволяет увеличить значение емкости конденсатора С 2 до требуемого значения, уменьшив конденсатор нагрузки 5, так, чтобы их суммарная емкость осталась постоянной.Упростить устройство существенно, 1777094 10нескольких милливольт (ограничено чувствительностью осциллографа),Предлагаемый способ и устройство имеет более высокую точность за счет калибровки делителя в динамическом режиме по сравнению со статическим режимом. Предлагаемая калибровка позволяет уменьшить влияние изменения емкости высоковольтного конденсатора от температуры инапряжения, так как делитель получаетсяточно скомпенсирован в некотором диапазоне и напряжения вблизи уровня калибровки, Это позволяет применить в высоковольтном плече делителя напряжения керамические конденсаторы, например КВИ, КВИ-З, что позволяет применять высоковольтный делитель, способ калибровки и устройство в производственных (цеховых) условиях, существенно упрощает конструкцию высоковольтно о делителя напряжения. Измерение начала переходного процесса относительно низковольтного импульса управления и измерение времени Т см,фиг.4, эпюра 31 начала запуска развертки осциллографа до конца переходного процесса по заданному уровню с применением предлагаемого способа балансировки высоковольтного делителя нап ряжения и устройства для его реализации существенноповышает точность.Формула изобретения Способ балансировки высоковольтного делителя напряжения, включающий подачу напряжения на вход высоковольтного делителя, пропорциональное его уменьшение иосциллографирование, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, подача напряжения производится с выхода управляемого высоковольтного источника напряжения, выходное напряжение высоковольтного делителя осциллографируют осциллографом на первом дифференциальном входе, на второй вход осциллографа подают напряжение с регулируемого источника напряжения, с помощью которого производят совмещение на экране осциллографа линии, соответствующей разности входных напряжений, с линией, соответствующей нулевой разности входных напряжений, совмещают уменьшенный уровень импульсного напряжения на экране осциллографа с помощьк изменения10 15 20 25 30 40 50 значения емкости в низковольтном плече высоковольтного делителя напрякения, причем постоянную времени плеч высоковольтного делителя напряжения выбирают больше длительности переходного процесса, начиная с участка наиболее отдаленного от начала пеоеходного процесса до макси. мально возможного совмещения.2. Устройство для балансировки высоковольтного делителя напряжения, содержащее осциллограф, высоковольтный делитель напряжения, состоящий из высоковольтного и низковольтного плеч, первый контакт для подключения к высоковольтному источнику напряжения, второй контакт для подключения к выходу высоковольтного делителя напрякения, который соединен с выходом высоковольтного делителя напряжения, вход которого соединен с первым контактом, второй вывод низковольтного плеча высоковольтного делителя напряжения соединен с общей шиной, о т л и ч а юш е е с я тем, что дополнительно введены управляемый высоковольтный источник напряжения, устройство управления, повторитель напряжения, делитель напряжения, усилитель, конденсатор и регулируемый источник напряжения, выход которого соединен с вторым входом осциллографа, первый вход которого соединен с выходом повторителя, вход которого соединен с выходом высоковольтного делителя напряжения и через конденсатор с выходом усилителя, вход которого соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен с первым входом осциллографа, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу устройства управления, второй выход которого соединен с управляющим входом управляемого высоковольтного источника напряжения.3. Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что между входом осциллографа и вторым контактом для подключения к выходу высоковольтного делителя напряжения включено вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом регулируемого источника напряжения, выход вычитающего устройства через выключатель и цепь ограничения соединен с общей шиной, к которой подключен и второй вход осциллографа.1777094 Коррек дакт равцова КНТ СС аказ 412 ВНИИ оставитель А. Зарукиехред М,Моргентал" Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101