Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 2-4. ВАТТМЕТРЫ С МОДУЛЯЦИОННЫМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ МОЩНОСТИОсновные структуры измерительных преобразователей мощности, реализующих функцию произведения путем двойной модуляции параметров импульсного сигнала, рассмотрены в § 1-6. Характерным для всех преобразователей такого вида (рис. 1-11 и 1-12) является то, что, по крайней мере, один из Умножителей модулирует временные параметры импульсного сигнала: длительность импульса или частоту следования импульсов с помощью широтно-импульсного модулятора (ШИМ), являющегося линейным преобразователем напряжения (тока) в длительность импульса, или с помощью частотного модулятора (ЧМ), являющегося линейным преобразователем напряжения (тока) в частоту. Известны десятки видов широтно-импульсных и частотных преобразователей [3, 42] с различными схемными решениями, конструкцией и элементной базой, которые могут быть обобщены двумя структурными схемами, представленными на рис. 2-10, а и б. Поскольку частота модулируемых импульсов обычно выбирается много большей, чем частота модулирующих сигналов, при рассмотрении ШИМ и ЧМ можно считать, что к их входам приложено постоянное напряжение
Рис. 2-10 Основными узлами ЧМ и ШИМ являются: интегратор И и сравнивающее устройство СУ. Идеальный интегратор представляет собой устройство, напряжение на выходе которого
Первое представление Идеальное сравнивающее устройство представляет собой устройство, на выходе которого формируется импульс в момент, когда напряжения на входах а и б равны между собой. Импульс устройства
Интервал времени Если на вход интегратора И подано модулирующее напряжение
откуда частота следования импульсов на выходе устройства СУ
что соответствует условию частотной модуляции. Погрешности широтно-импульсных и частотных преобразователей определяются в основном нелинейностью функции преобразования реального интегратора, нестабильностью его параметров, смещением нуля, временем разряда, а также конечностью быстродействия и чувствительности реального устройства В ШИМ и ЧМ обычно используются два вида интеграторов: емкостные и индуктивные, реализующие известные зависимости между напряжением и током в конденсаторе и катушке индуктивности:
Отсюда следует, что выходные сигналы изменяются в течение времени интегрирования, т. е. если конденсатор включен в цепь источника тока, а катушка индуктивности — в цепь источника напряжения. При использовании в качестве интеграторов напряжения пассивных RC- и
Рис. 2-11 Характеристики реальных пассивных интеграторов приближаются к характеристикам идеальных интеграторов лишь при
Высокая линейность характеристик интеграторов при выходных сигналах, близких по значению входным, обеспечивается путем использования в интеграторах операционных усилителей (рис. 2-11, а и б). Если допустить, что коэффициент усиления усилителя в обеих схемах достаточно большой то точка А является потенциально нулевой точкой При конечном значении
где
Рис. 2-12 Рассмотрим основные виды частотных и широтно-импульсных модуляторов с активными интеграторами. Емкостные частотные модуляторы [22, 28] по принципу действия делятся на модуляторы с разрядом конденсатора через замыкающий его ключ; модуляторы с поочередным интегрированием (они состоят из двух модуляторов с разрядом через ключ, поочередная работа которых исключает из результата преобразования погрешность от времени разряда конденсатора); модуляторы с изменением направления интегрирования, в которых тот же эффект достигается с помощью одного интегратора, поочередно интегрирующего Структурная схема частотного модулятора с импульсной обратной связью приведена на рис. 2-12, а. Напряжение Поскольку по окончании каждого цикла интегрирования напряжение на выходе интегратора имеет одно и то же значение
откуда
где В частном случае при прямоугольном импульсе о. с.
Погрешность преобразования модулятора с импульсной о. с., как видно из выражения (2-28), не зависит от значения емкости интегратора и определяется нестабильностью отношения В работе [66] рассмотрен частотный модулятор с экспоненциальным импульсом обратной связи, погрешность которого при коэффициенте преобразования Наиболее распространенным модулятором с индуктивным интегратором является магнитный мультивибратор (генератор Роера), что объясняется простотой исполнения его схемы, состоящей из двух транзисторов и трансформатора. Этот элемент подробно исследован во многих работах (см., например, [47]). Связь между напряжением и частотой выходных импульсов генератора Роера определяется выражением
где Основным источником погрешности модулятора с генератором Роера является нестабильность Значительно большая точность преобразования обеспечивается в индуктивных модуляторах с импульсной обратной связью, называемых частотными модуляторами с импульсной компенсацией магнитного потока. Структурная схема и уравнение преобразования таких модуляторов аналогичны схеме и уравнению емкостных модуляторов с импульсной о. с. Отличаются они только видом интегратора (рис. 2-12,б), который содержит трансформатор с сердечником из материала, обладающего прямоугольной петлей гистерезиса и двумя обмотками, к одной из которых приложено преобразуемое напряжение
Коэффициент преобразования в данном случае определяется только площадью импульса о. с. Схема широтно-импульсного модулятора с индуктивным интегратором, показанная на рис. 2-13 [89], представляет собой магнитный мультивибратор с фиксированным периодом и управляемой скважностью выходных импульсов. Ее отличие от схемы генератора Роера, используемого в частотном модуляторе, состоит в наличии дополнительной управляющей обмотки Интервалы времени перемагничивания определяются выражениями:
где К — постоянный коэффициент, зависящий от значений базовых сопротивлений
Рис. 2-13 Учитывая, что
где Рассмотренный вариант широтно-импульсного модулятора использован в измерительном преобразователе мощности типа В большинстве преобразователей мощности с модуляцией, разработанных до середины 60-х годов [3, 14], использованы индуктивные (магнитные) частотные и широтно-импульсные модуляторы, что объясняется простотой реализации, надежностью и удовлетворительной для того времени точностью. Необходимость расширения частотного диапазона современных ваттметров при сохранении высокой точности требует увеличения частоты модулированных импульсов сигналов до Преобразование таких импульсных сигналов с широким спектром частот с помощью магнитных модуляторов осложняется растущими с частотой потерями в сердечниках, влиянием паразитных емкостей обмоток и поверхностным эффектом в проводниках обмоток. В связи с этим в последних разработках модуляционных широкополосных преобразователей преимущественно используются модуляторы с емкостными интеграторами, которые вследствие применения интегральных микросхем стали и более технологичными, чем магнитные. Рассмотрим схему и принцип действия наиболее распространенного в современных преобразователях с широтно-импульсным и амплитудным преобразованием циклического широтно-импульсного модулятора с емкостным интегратором и треугольным опорным напряжением. К таким модуляторам относятся модуляторы, в которых период следования импульсов Т фиксирован, а длительность импульсов пропорциональна входному напряжению. Схема широтно-импульсного модулятора (рис. 2-14, а) содержит емкостный интегратор Работа модулятора при Рис. 2-14 (см. скан) Если
откуда
Как следует из формулы (2-30), погрешность преобразования Одним из наиболее точных современных ваттметров постоянного и переменного тока является модуляционный ваттметр модели 2885 фирмы YEW (Япония) [69], погрешность которого при измерении мощности постоянного тока не превосходит 0,02% на промышленной частоте и менее 0,1% в диапазоне частот до 10 кГц. В ваттметре реализован метод получения произведения входных сигналов путем широтно-импульсной и амплитудной модуляции импульсного сигнала. В качестве широтно-импульсного модулятора использован рассмотренный выше преобразователь с емкостным интегратором и генератором ГТН.
Рис. 2-15 Структурная схема ваттметра показана на рис. 2-15. Первичные преобразователи ваттметра выполнены в виде резистивного делителя напряжения
Отсюда получим
Среднее напряжение
Наиболее существенной составляющей погрешности рассматриваемого ваттметра является частотная погрешность, составляющая 0,05% в области частот до 1 кГц и 0,1% — при частоте 10 кГц. В данном случае частотная погрешность в меньшей степени определяется реактивностью элементов прибора и является в основном следствием методической погрешности, присущей всем модуляционным ваттметрам. При частоте входных сигналов В ваттметре типа 2885 использован оригинальный прием, позволяющий устранить угловую погрешность, вызванную неравенством углов сдвигов фаз в каналах преобразования
Учитывая четность функции косинуса и нечетность функции синуса, получим
Поскольку разность углов В выражении (2-33) не учитывается угловая погрешность, вносимая делителем напряжения и шунтом. Эта погрешность [69] на частоте 10 кГц при
|
1 |
Оглавление
|