Дәріс. Реактивтік элементтердің параметрлерін өлшеу

Дәрістің мазмұны:

1. Айнымалы токтың өлшеуіш көпірлік сұлбалары.

2. Вина мен Шерингтің өлшеуіш көпір сұлбалары.

3. Максвеллдің өлшеуіш көпір сұлбасы.

4. Максвелл-Вина өлшеуіш көпір сұлбасы.

Дәрістің мақсаты:сыйымдылықты, индуктивтікті және шығындық бұрышты өлшеуге арналған айнымалы токтың өлшеуіш көпірлік сұлбаларын игеру және бір-бірінен ажырата білу.

Электроэнергетикада электр желілерінің реактивтік кедергілерін, индуктивтік орауыштың және сыйымдылықтың (конденсатордың) параметрлерін білу әр уақытта қажет. Мысалы индуктивтік орауыш қысқа тұйықталу тоғының әсерін төмендетеді. Жоғары вольтты конденсаторлар үлестіру құралғысы РУ10кВ-та реактивтік қуатты қарымталау үшін қолданады. Мұның бәрі электр сүзгілерде қолданады, ал ол оперативтік байланыс не жоғары вольтты желілерді басқару үшін керек.

РУ10кВ-та қолданатын конденсатордың басқы сыйпаттамасы: оның сыйымдылығы мен диэлектриктегі шығындық кедергілік (9.1 сурет).

Бір тізбектік сұлба үшін шығындық бұрыштың тангенсі

(9.1)

 

 
 
U

 


а) б)

 

в)

9.1 Сурет – Конденсатордың эквиваленттік орнын басу сұлбасы (а), векторлық диаграмма (б), кедергілер үшбұрышы (в)

Индуктивтік орауышта осындай эквиваленттік орнын басу сұлбасымен суреттеледі. Оның индуктивтік кедергісі

(9.2)

ал сапалылығы

(9.3)

Конденсатордың не индуктивтік орауыштың параметрлері айнымалы токтың көпірлік сұлбасымен өлшенеді.

Айнымалы токтың өлшеуіш көпірлік сұлбасын әр уақытта тұрақты токтың көпірлік схемасына келтіруге болады. Сонда екі сұлбаның да тепе-теңдігі, сезімталдығы және өлшеу дәлдігі бір есептеу қатынасымен табылады, тек қана айнымалы токтың көпірлік схемасында кернеу мен токтың амплитудасымен қатар олардың фазалық қатынасында еске алу керек (9.2 сурет).

 
 

 


9.2 Сурет – Айнымалы токтың көпірлік схемасы

Көпірлік сұлбаның тепе-теңдік кезінде ноль-өлшегішпен ток жүрмейді. Бұл теңдік былайша жазылады

. (9.4)

Толық кедергіні ашып жазсақ:

(9.5)

Бұл теңдік мына жағдайда тура болады

Z1Z4=Z2Z3, φ1+φ4=φ2+φ3. (9.6)

Бұл теңдеулер айнымалы токтың көпірлік схемасының амплитуда және фаза жағынанда тең болуын камтамасыз етеді. Сыйымдылықты өлшеу көпір сұлбасы тек қана сыйымдылықты өлшеу үшін жаратылған. Бұл көпір сұлбалары сыйымдылықты, шығындық коэффициентті (конденсатордың) және басқы параметрлерді өлшеуге арналған. Айнымалы токтың өлшеуіш көпір сұлбасы ретінде Вина мен Шерингтің өлшеуіш сұлбалары қолданылады.

Винаның схемасында өлшейтін объект (Cx, tgδc) пен салыстыру сұлбасы бір тізбекте орналасады, сонан кейін оларға параллель түрде кернеуді бөлгіш ретінде R3 және R4 екі кедергі жалғастырылады (9.3 сурет).

9.3 Сурет – Винаның өлшеуіш көпір сұлбасы:

а) бір тізбекті шығынды қарымталау;

б) параллелдік шығынды қарымталау

Көпірлік сұлбаның бір иығында шығыны аз үлгілі конденсатор CN мен фаза деңгейлейтін кедергі RN орналасады.

Екі сұлбада жиілікке байланыссыз сыйымдылық және конденсатордың шығындық кедергісін табамыз

; . (9.7)

Егер кернеудің жиілігі белгілі болса шығындану коэффициентін табамыз: бір тізбектік орын басу сұлбасы үшін

tgδc=ωCNRN (9.8)

параллелдік орын басу сұлбасы үшін

tgδc=1/( ωCNRN). (9.9)

Жұмыс істейтін аспаптарда омдық (активтік) кернеу бөлгіштері реохорд не потенциометр түрінде жасалады. Өлшеудің дәлдігін көбейту үшін бір кедергі тұрақты не декадалық болып жасалады, ал екінші кедергі прецизиондық, азсатылық өзгеретіндей болып жасалады. Орауыштың өз индуктивін және сапалығының, индуктивті байланыс электр тізбектерінің өзаралық индуктивтігін және байланыс коэффинциентің өлшеу үшін индуктивтік өлшеу көпірлер сұлбасы қолданады. Оның бірі Максвеллдің өлшеуіш схемасы. Максвелдің өлшеуіш сұлбасы төменгі және орташа жиілікте істейтін айнымалы токтың өлшеуіш көпірлер сұлбасы. Ол орауыштың индуктивтігін және сапалылығының, не өзаралық индуктивтікті өлшеуге арналған. Өлшеу кезінде индуктивтігі Lx және шығындық кедергісі RW орауыш шығындық кедергісі Rph үлгілі индуктивтікпен LN салыстырылады, сонымен қатар бұл сұлбада фаза жағынан да тепе-теңдік жасауға болатын болу керек. Барлық жағынан тепе-теңдік жасау үшін активтік кернеу бөлгіш қолданылады. Ол не сымнан жасалған потенциометрден тұрады не реактивсіз резисторларды (R3 және R4) қолданады (9.4 сурет).

 

а – орауыштың индуктивтігін өлшеу сұлбасы;

б – өзаралық индуктивтікті өлшеу сұлбасы.

9.4 Сурет – Максвеллдің өлшеуіш көпір сұлбасы

Сұлбаның тепе-теңдік кезінде мына теңдеулер әділ болады:

Lx=LN*(R3/R4); RW=Rph(R3/R4); tgδL=(ωLN)/(Rph). (9.10)

Өзаралық индуктивтікті өлшеу үшін екі орауыш бір-біріне қарсы жалғастырылады және олар өлшеуіш сұлбаның жоғарғы тізбегіне орналасады (9.4б – сурет).

Айнымалы ток кернеу көзінен ең алдымен L2 орауыштың орамасынан өтеді. Өзаралық индуктивтің арқасында L1 орауыштың орамасында кернеу индукцияланады. Егер L1 орауыштың өз индуктивтігі белгілі болса (егер L1 M) онда өзаралық индуктивтігі былай табылады

. (9.11)

Максвелл-Вина өлшеуіш көпір сұлбасы Максвелл мен Винаның сұлбаларының құрамасы болып саналады (9.5 сурет).

 

9.5 Сурет – Максвелл-Вина өлшеуіш көпір сұлбасы

Бұл өлшеуіш сұлба орауыш пен конденсатордың параметрлерін, кей кезде активтік кедергілерді өлшеуге арналған. Жалпы алғанда бұл сұлба үшін тепе-теңдік жағдай былайша жазылады.

и . (9.12)

Орауыштың параметрін өлшеу үшін Х1 және Х2 ұяларға оны жалғастырады (L=LX және R1=Rw).

Ал Х3 және Х4 ұяларына өлшеуіш конденсатор СN=C және R4 кедергісі жалғанады. R3 және R4 кедергілердің арқасында сұлбаның тепе-теңдігін орнатады, содан кейін орауыштың белгісіз параметрлерін табуға болады

Lx=CN R2 R3, Rw= , tg бL= . (9.13)

Конденсатордың параметрін өлшеу үшін Х3 және Х4 ұяларына жалғастырады (орын басар схема бойынша С=Cx және R4=Rv). Ал ХI және Х2 ұяларына өлшеуіш орауыш Ln=L мен R1 кедергі жалғанады. R3 ті өзгертумен сұлбада тепе-теңдік пайда болады. Сонда конденсатордың белгісіз параметрлері былайша табылады

C2= , Ru = . (9.14)