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 ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ПРИБОРЫ СРАВНЕНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ3-1. ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА СРАВНЕНИЯИзмерение активной мощности Как уже отмечалось в § 1-3, обусловлена отклонением функции преобразования реального ИПМ от идеальной функции произведения. Это отклонение условно можно представить как следствие нелинейных искажений электрических сигналов в преобразователе на одной из стадий их преобразования. В зависимости от того, на какой стадии преобразования сигналы в преобразователе мощности подвергаются нелинейным искажениям, преобразователи, имеющие одинаковые отклонения функции преобразования от идеальной, обладают различной Преобразователи, обладающие неидеальной (нелинейной) характеристикой, могут быть представлены двумя структурными схемами (рис. 3-1, а и б), которые содержат функциональный преобразователь
Рис. 3-1 Характеристики преобразователей мощности обоих видов при воздействии на их входы сигналов постоянного тока
где При работе на переменном же токе математические выражения характеристик ИПМ обеих схем будут различны:
Если допустить, что значения мощностей переменного и постоянного токов, поступающих на вход преобразователя, равны
При синусоидальных входных сигналах:
Согласно формулам (3-2) и (3-5)
Представив
здесь При
Отметим, что значение Значение
Из выражений (3-8) и (3-9) следует, что если в ИПМ с линейным преобразованием входных сигналов нелинейным искажениям подвергается сигнал, пропорциональный мгновенной мощности, то при сравнении возникает погрешность Проведенный анализ показывает, что для решения вопроса о применимости ИПМ с линейным преобразованием входных сигналов для сравнения В преобразователе Холла в силу нелинейности магнитной системы, выпрямительного эффекта в контактах токовой цепи, неэквипотенциальности выходных контактов и т. д. э. д. с. Вращающий момент электродинамического механизма в общем случае также нелинейно связан с произведением токов в контурах [см. формулу (2-2)]. Если допустить, что инерционность механизма мала и что а изменяется в течение периода переменного тока, то выражение для мгновенного значения вращающего момента имеет вид:
Среднее значение вращающего момента при этом определяется как
что соответствует характеристике ИПМ [см. выражение (3-2)], которому присуща погрешность Практически инерционность подвижной части такова, что изменения а в течение одного периода тока не происходит, т. е.
что соответствует характеристике ИПМ согласно выражению (3-3). Погрешность сравнения Измерительные преобразователи мощности, реализующие сумма-разностный метод, также могут быть представлены двумя видами структурных схем (рис. 3-2, а и б), где В цепи постоянного гока функция преобразования мощности
Выражение для У может быть найдено путем аппроксимации характеристики реального квадратора, обладающего, как правило, характеристикой, симметричной относительно оси ординат, степенным рядом с четными степенями аргумента. При этом, обозначив сигналы на выходах и
откуда
Для определения характеристик
Рис. 3-2 Сигналы на входах интеграторов
что, по аналогии с выражением (3-7), после интегрирования дает:
Переходя к действующим значениям и к суммированию в степенном ряду от
Поскольку значения интегралов в выражениях (3-13) не зависят от
где В соответствии с выражениями (3-11) и (3-14) погрешность для преобразователя (рис. 3-2, а) будет
Для преобразователя, соответствующего схеме рис. 3-2, б,
Неидеальность характеристик квадраторов обоих видов преобразователей приводит к возникновению составляющей погрешности перехода
т. е. может быть устранена при выполнении условий:
Возможны и другие пути устранения Погрешность же
Как и в предыдущем случае, погрешность Сопоставим на основе полученных данных ИПМ с диодными квадраторами и ИПМ с электростатическими квадраторами. В первом случае неидеальность характеристики функционального преобразователя определяется погрешностью аппроксимации. При этом мгновенные значения сигнала значений входного сигнала:
Среднее значение сигнала на выходе функционального преобразователя выделяется с помощью активного или пассивного интегратора, обладающего пренебрежимо малой нелинейностью характеристики:
Отсюда следует, что использование рассматриваемого функционального преобразователя, входящего в ИПМ, который соответствует схсме рис. 3-2, б, приведет к возникновению Вращающий момент М электростатического механизма также не является идеальной функцией квадрата напряжения. В области инфразвуковых частот, где
соответствующим по виду интегралам выражения (3-12), т.е. в этой области частот ИПМ с электростатическим квадратором соответствует рис. 3-2, б. В области звуковых частот а практически не изменяется в течение периода переменного тока. При этом
и ИПМ с электростатическим механизмом можно рассматривать как ИПМ, соответствующий схеме рис. 3-2, б, и считать, что этот преобразователь обладает устранимой погрешностью Аналогичные результаты дает рассмотрение причин неквадратичности функциональных преобразователей, использующих электротепловой эффект (см. § 3-3). Анализ составляющей погрешности перехода, вызванной неидеальностью функционального преобразователя, позволяет выделить некоторые общие характеристики, присущие измерительным преобразователям, приведенным на рис. 3-1, а и б и 3-2, а и б. ИПМ (рис. 3-1, а и 3-2, а) обладают систематической погрешностью перехода Указанные обобщенные характеристики ИПМ позволяют предложить для преобразователей, используемых для реализации метода сравнения, классификационную схему, приведенную на рис. 3-3. В качестве основного классификационного признака, отраженного во второй строке схемы, принято наличие в ИПМ внутреннего или внешнего интегратора. Третья строка отражает физические явления, лежащие в основе принципа действия ИПМ, или искусственные методы создания заданной функции преобразования. В столбцах четвертой строки даны элементы, реализующие эти физические явления, или искусственные методы. Характерной особенностью предложенной классификации является то, что под основным классификационным признаком объединены ИПМ, реализующие различные виды математических зависимостей, основанные на различных физических явлениях, обладающие существенными конструктивными различиями, но однотипные с точки зрения влияния неидеальности их характеристик на точность сравнения сигналов переменного и постоянного токов. Такая классификация в некоторой степени является условной в силу неидеальности интеграторов, используемых в ИПМ. В реальных ИПМ функцию интегратора выполняет инерционное звено, обладающее приближенно передаточной функцией вида
где К — статический коэффициент передачи интегратора; В области частот входного сигнала: (кликните для просмотра скана) что не позволяет выделить ИПМ с внутренним интегратором в отдельный подкласс. В области звуковых и высоких частот обычно В этом случае использование предложенной классификации представляется обоснованным. Из приведенного выше анализа влияния неидеальности характеристик ИПМ на результат сравнения мощностей постоянного и переменного токов следует, что для создания аппаратуры высокой точности желательно использовать ИПМ с внутренним интегратором. Минимальное значение ул в этой группе без применения каких-либо методических приемов для ее уменьшения достигается применением ИПМ с линейным преобразованием входных величин (рис. 3-1,б). Практическая реализация таких ИПМ возможна в настоящее время только на базе электродинамического измерительного механизма. Наименьшим значением
|
1 |
Оглавление
|