Компенсаторы переменного тока

Компенсаторы переменного тока — это приборы, измеряю­щие на переменном токе напряжения и некоторые другие электрические величины, связанные с напряжением функцио­нальной зависимостью (ток, сопротивление, мощность и др.). Как известно, напряжение на переменном токе можно пред­ставить как комплексную величину и изобразить в виде век­тора, занимающего определенное положение на комплексной плоскости (рис. VI-30),

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. Ux, необ­ходимо и достаточно прило­жить к нему другое напряже­ние U_к, равное по амплитуде, форме кривой и частоте, но сдвинутое по фазе относитель­но Ur на 180°.

компенсаторы переменного тока значительно менее точны, чем компенсаторы постоянного тока. Причиной тому служит отсутствие образцовой переменной синусоидальной э. д. с., с помощью которой можно было бы установить рабочий ток в компенсаторе, как это делается на постоянном токе. В ком­пенсаторах переменного тока величина рабочего тока устанав­ливается по амперметру обычно электродинамической систе­мы, класс точности которого в наилучшем случае 0,1—0,2.

Таким образом, высокая точность измерения, свойственная компенсаторам постоянного тока, на переменном токе теряет­ся. Несмотря на это, компенсатор переменного тока — один из важнейших приборов, позволяющий судить не только о вели­чине измеряемого напряжения, но и о его фазе.

Кроме того, в момент измерения компенсатор не потребля­ет мощности от источника измеряемой величины и, следова­тельно, не оказывает влияния на работу схемы, что тоже яв­ляется его ценным качеством.

В уравнении (VI-46) представлены две формы записи ком­плексного напряжения UX,.: алгебраическая— с двумя составляющими UXA и UXP и показательная—с модулем Ux и фа­зой φx- измеряемой величины. Если напряжение Uxпредста­вить в алгебраической форме, то для компенсации его необхо­димо скомпенсировать порознь активную и реактивную со­ставляющие.

Если же напряжение Uх характеризовать модулем и фа­зой, то для компенсации его нужно скомпенсировать модуль и фазу величины. В соответствии с этим различают две группы компенсаторов:

а) полярно-координатные с отсчетом измеряемого напря­жения 1в полярных координатах;

б) прямоугольно-координатные с отсчетом действительной и мнимой составляющих напряжения по действительной и мни­мой осям.

Рассмотрим схему и принцип действия прямоугольно-коор­динатного компенсатора, изображенного на рис. VI-31.

Рис. VI-31

Компенсатор состоит из двух контуров: / и //. Напряжение источника питания схемы U, связанное с первым контуром че­рез трансформатор, вызывает в этом контуре ток I1, величину которого можно регулировать реостатом R_рег и измерять ам­перметром.

Проходя по реохорду А—В, представляющему собой чисто активное сопротивление, ток 1 создает на нем падение напря­жения UKA совпадающее по фазе с током.

Контур 1 связан с контуром 2 через воздушный трансфор­матор М (катушку взаимной индуктивности без стального сер­дечника).

При протекании тока I1 через первичную обмотку катушки М в ней возникает магнитный поток ф, находящийся в фазе с током I1 который вызовет появление во .вторичной обмотке э д. с Е2 отстающей от потока ф на 90°.

Если пренебречь индуктивным сопротивлением вторичной обмотки воздушного трансформатора, то можно считать, что ток второго контура I₂ совладает по фазе с э. д. с. Е2, а напря­жение U_кр на реохорде А—В,представляющем собой чисто активное сопротивление, совпадает по фазе с током I2.

Таким образом, в схеме создаются условия, при которых токи I1 и I2, а также напряжения, снимаемые с реохордов А—В и А'—В', сдвинуты на угол 90° одно по отношению к другому.

Векторная диаграмма компенсатора приведена на рис. VI-32. Как видно из рис. VI-31, середины реохордовА—В и А'—В' электрически соединены, образуя нулевую точку схемы.

Измеряемое напряжение UX=UXA+jUxp подводится к зажимам /—2 и далее, че­рез вибрационный гальвано­метр, к движкам Д и Д2.

Компенсирующее напряжение UX=UKA+ fUKp, равное геометрической сумме напряжений Uha и UKp, возникающих па реохордах, снимается с движков Д и Д2. Напряжение UKa. которое создается на реохорде первого контура, называют ак­тивной составляющей компенсирующего напряжения, а на­пряжение UKP 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 иы,пока­жет отсутствие тока. Величины Uка и Uhp, имеющие место в момент компенсации схемы, отсчитываются непосредственно по шкалам реохордов А—В и А'—В'.

Модуль измеряемого напряжения будет равен