Компенсаторы переменного тока

Компенсационный метод измерения напряжения может быть применен и на переменном токе. В таких компенсаторах для пол- ного уравновешивания двух напряжений необходимо выполнить четыре условия: равенство напряжений по модулю; противопо- ложность их фаз; равенство частот; одинаковая форма кривой U_x и U_K.

Осуществление двух первых условий обеспечивается кон- струкцией компенсаторов. Третье условие выполняется при пи-

тании объекта измерения и компенсатора от одного источника. Четвертое условие выполнить практически невозможно, так как U_K всегда синусоидально, a U_x может быть любой формы, поэто- му полной компенсации достичь не удается, а только уравнове- шивается первая гармоника. В качестве индикатора равновесия на промышленной частоте применяется вибрационный (резо- нансный) гальванометр; на более высоких частотах – электрон- ные нуль-индикаторы; на звуковых – телефоны, усилители с вы- прямительными приборами на выходе.

По способу компенсации неизвестного напряжения компенса- торы переменного тока подразделяются на два вида:

• полярно-координатные – с отсчетом измеряемого напряже- ния в полярных координатах (регулируется модуль U_K и отдельно егофаза);

• прямоугольно-координатные – с отсчетом измеряемого напряжения в виде геометрической суммы двух взаимно перпен- дикулярно составляющих.

I₁ ^Rрег

A

~U ^T

~U_x

а

U_К

Uка НИ

⁰ b ^W1

M

c _W2

R

1

d

U_x

I₂

Рис. 2.22. Упрощенная принципиальная схема прямоугольно-координатного компенсатора

Прямоугольно-координатный компенсатор (рис. 2.22) содер- жит два одинаковых реохорда ab и cd, средние точки которых соединены электрически; воздушный трансформатор Т со взаим- ной индуктивностью обмоток М; регулировочные реостаты R_рег и R_f для установки рабочих токов реохордов ab и cd; амперметр А

электродинамической системы класса 0,05 или 0,1;высокочув- ствительный нуль-индикатор НИ, например осциллографическо- го типа.

По амперметру А реостатом R_рег устанавливают рабочий ток I₁ реохорда ab. Под действием тока I₁, протекающего по первичной обмотке трансформатора, на вторичной обмотке наводится ЭДС, равнаяЕ₂ = jωMI₁. Ток I₂ вцепи реохорда cd определяется как

I₂ E₂ /( R_cd R _f jL₂ ) ,

где R_cd – сопротивление реохорда cd; L₂, – индуктивность вто- ричной обмотки трансформатора.

Ввиду незначительности реактивного сопротивления вторич- ной обмотки трансформатора ωL₂«(R_cd+R_f) фаза тока I₂ практиче- ски совпадает с фазой ЭДС Е₂.

Следовательно, ток I₂ равен

I I e ^j90 .

2 1

Множитель j в выражении (2.41) означает, что ток I₂ опережа- ет ток I₁ на 90°. Равенство по модулю токов |I₁| и |I₂| устанавлива- ется резистором R_f.

Реохорды ab и cd равны по сопротивлению и длине, токи ре- охордов равны по величине и сдвинуты на 90°, а так как средние точки реохордов соединены электрически, то разность потенциа- лов между ними равна нулю. Таким образом, образуется прямо- угольно-координатная система напряжений U_y и U_x, с одинако- выми масштабами по осям.

Попеременно перемещая движки реохордов, добиваются ну- левого показания нуль-индикатора, что соответствует полной компенсации активной и реактивной составляющих измеряемого напряжения.

Значение активной составляющей компенсирующего напря- жения U_к.р определяется по положению движка на шкале реохор-

да ab, а величина реактивной составляющей U_к.p – по шкале ре- охорда cd. Тогда измеряемое напряжение U_x и начальная фаза о, находятся как

2 2

U_x 

U_к.а U_к.р ; _x arctgU_{к. р} / U_к.а .

Знак начальной фазы φ_х определяется в зависимости от квад- ранта, в котором находится вектор компенсирующего напряже- ния U_к в прямоугольной системе координат. Так как значение то- ка I₂ зависит от частоты, то для его коррекции используется рези- стор R_f.

Компенсаторы переменного тока уступают по точности ком- пенсаторам постоянного тока.