Компенсаторы переменного тока

При помощи компенсаторов переменного тока можно измерять напряжения и ЭДС переменного тока и косвенно ток, сопротивление, магнитный поток и другие величины. Компенсаторы переменного тока позволят определять не только модули величин, но и их фазу.

Компенсаторы переменного тока по точности измерений значительно уступают компенсаторам постоянного тока. Это объясняется главным образом тем, что существует меры ЭДС переменного тока, аналогичной нормальному элементу.

Как известно, напряжение на переменном токе можно пред­ставить как комплексную величину и изобразить в виде век­тора, занимающего определенное положение на комплексной плоскости (рис. 2.33),

Компенсационный метод из­мерения на переменном токе, так же как и на постоянном, за­ключается в уравновешива­нии неизвестного напряжения известным. Для того, чтобы скомпенсировать на перемен­ном токе напряжение. U_x, необ­ходимо и достаточно прило­жить к нему другое напряже­ние U_к, равное по амплитуде, форме кривой и частоте, но сдвинутое по фазе относитель­но U_r на 180°.

Рис. 2.33. Выражение напряжения через положение вектора на комплексной плоскости.

Существуют два типа потенциометров переменного тока:

1. Потенциометры, измеряющие напряжения в полярной системе координат.

2. Потенциометры, измеряющие напряжения в прямоугольной системе координат.

Принципиальная схема потенциометра первого типа представлена на рис. 2.34.

Рис. 2.34. Принципиальная схема потенциометра,

измеряющие напряжения в полярной системе координат

Величина рабочего тока I устанавливается с помощью сопротивления R по электродинамическому амперметру. Фаза рабочего тока, а следовательно, и фаза компенсирующего напряжения U_k изменяется с помощью фазорегулятора (ζ). Модуль напряжения U_k изменяется при перемещении движка Д по сопротивлению r_АБ.

В момент равновесия (нулевое показание ВГ, настроенного в резонанс с частотой первой гармоники) измеряемое напряжение равно компенсирующему.

U_x = I * r_АД = - U_k^{ej i}

где I – между компенсирующим напряжением и напряжением сети, питающей фазорегулятор.

При заданном рабочем токе I сопротивление r_АБ может быть проградуировано в вольтах или милливольтах. Это дает возможность непосредственно отсчитать действующее значение измеряемого напряжения. Отсчет угла I осуществляется по лимбу фазорегулятора. Однако, вследствие значительных трудностей изготовления измерительных фазорегуляторов, отсчет угла можно считать с высокой точностью порядка 0,5 – 1⁰С. Это обстоятельство является существенным недостатком потенциометров данного типа.

Принципиальная схема прямоугольно – координатного потенциометра представлена на рис. 2.35. Потенциометры этого типа имеют два рабочих контура I и II, токи которых i₁ и i₂ сдвинуты по фазе относительно друг другу на 90⁰.

Рис. 2.35. Принципиальная схема прямоугольно – координатного потенциометра

Векторная диаграмма компенсатора приведена на рис. 2.36. Измеряемое напряжение U_X=U_XA+jU_xp подводится к зажимам 1 — 2 и далее, че­рез вибрационный гальвано­метр, к движкам Д и Д₂.

Рис. 2.36. Векторная диаграмма компенсатора

Компенсирующее напряжение U_X=U_KA+ fU_Kp, равное геометрической сумме напряжений U_ha и U_Kp, возникающих па реохордах, снимается с движков Д₁ и Д₂. Напряжение U_Ka. которое создается на реохорде первого контура, называют ак­тивной составляющей компенсирующего напряжения, а на­пряжение U_KP на реохорде второго контура -- его реактивной составляющей.

Меняя положение движков Д и Д₂, можно получить ком­пенсирующее напряжение в любом из четырех квадрантов комплексной плоскости.

В момент компенсации вибрационный гальванометр, вклю­ченный последовательно в цепь напряжений L\ и и_ы, пока­жет отсутствие тока. Величины U_ка и U_hp, имеющие место в момент компенсации схемы, отсчитываются непосредственно по шкалам реохордов А — В и А' — В'.

Модуль измеряемого напряжения будет равен

Применение: прямое измерение малых токов и напряжений осуществляют с помощью компенсаторов (от 1 мкВ).

Косвенное измерение осуществляют с помощью компенсаторов (до 10 нА).

Компенсационный метод для косвенного измерения мощности в цепях постоянного тока применяется тогда, когда требуется высокая точность измерения мощности. С помощью компенсатора поочередно измеряется ток нагрузки и падение напряжения на нагрузке. Измеряемая мощность определяется по формуле P = U×I.

Компенсатор применяется для точного измерения cosφ.