Устройство для измерения сдвига фазмежду напряжением и tokom

и 1828II3

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.07.79 (21) 2793979/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (51) М Кл з

G 01R 25/00

Государственный комитет (53) УДК 621.317.77 (088.8) по делам изобретений и открытий (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗЫ

МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения фазы тока фиксированной частоты в диапазоне 60, преимущественно для измерения фазы тока многофазных электрических ма- 5 шин, например синхронных гистерезисных двигателей.

Известны устройства для определения сдвига фазы между напряжением и током активно-резисторной нагрузки, содержащие lo логические датчики, которые отличаются механической сложностью, инерционностью и погрешностью измерения в зависимости от изменения частоты (1).

Известно устройство для измерения сдви- 15 га фазы между напряжением и током, являющееся прототипом данного изобретения (2)

Данное устройство является простейшим двухканальным преобразователем сдвига фазы каналов в среднее значение выходного напряжения. Сигнальный канал состоит из стабилитрона, транзисторного ключа и нагрузки. Стабилитрон подключен через резистор к измеряемому напряжению и через переход эмиттер-коллектор ключа — к нагрузке канала; при этом отрицательный вывод стабилитрона соединен с эмиттером.

Опорный канал состоит из диодов в цепи измеряемого тока и того же транзисторного зо ключа. Диоды включены встречно и параллельно друг другу и соединены с промежутком база — эмиттер ключа. Измеритель среднего значения выходного напряжения устройства подключен к нагрузке сигнального канала.

Основным недостатком этого устройства является наличие значительной ошибки измерения сдвига фазы (5 — 10о/о). Ошибка обусловлена наличием импульса обратной полярности от прямого падения напряжения на стабилитроне, что уменьшает измеряемую величину, а также нарушением пропорциональности измеряемого напряжения сдвигу фазы в зоне фронтов сигнального и опорного напряжений. Другими недостатками устройства являются нечувствительность к знаку сдвига фазы и неудобство отсчета.

Целью изобретения является повышение точности измерения, учет знака фазы в диапазоне +-60 и расширение функциональных возможностей устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор среднего значения выходного напряжения, транзисторный ключ, два полупроводниковых диода, соединенных встречно-параллельно, последовательно соединенные резистор и стабилитрон, введены второй одно828113 . ст . Ср — К вЂ” > °

180-. типный стабплитрон, повышающий трансформатор, два дополнительных резистора и диода, переключатель фазы напря>кения, а транзисторный ключ заменен двойным, причем стабилитроны соединены последовательно-встречно, транзисторный ключ соединен с полупроводниковыми диодами через повышающий трансформатор, один вывод вторичной обмотки которого соединен с коллекторами транзисторов ключа и с катодами дополнительных диодов, соединенных своими анодами с первыми выводами дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены со вторым выводом вторичной обмотки трансформатора, а последовательно соединенные резистор и два стабилитрона через переключатель фазы напряжения соединены с источником переменного напряжения.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 — графики для пояснения принципа работы устройства.

Источник 1 напряжений сигнального канала предлагаемого устройства соединен через переключатель 2 и резистор 3 с положительными выводами стабилитронов 4 и 5.

Отрицательные выводы стабилитронов соединены друг с другом. Стабилитроны соединены через переход эмиттер — эмиттер двойного транзисторного ключа 6 с резистором

7 и измерителем 8 среднего значения напряжения. Источник опорного напряжения — диоды 9 и 10 в цепи измеряемого тока — соединен через трансформатор 11 и резисторы 12, 13 с переходами база — коллектор транзисторного ключа 6. Отрицательные выводы диодов 14 и 15 соединены друг с другом и с коллекторами транзисторов ключа 6, положительные — с базами транзисторов ключа 6.

Устройство работает следующим образом. Измеряемое напря>кение преобразуется в сигнальный меандр U, (фиг. 2a) резистором 3 и стабилитронами 4 и 5, а измеряемый ток — в опорный меандр U<> (фиг. 2б) диодами 9 и 10 и трансформатором 11. Трансформатор увеличивает прямое напряжение на диодах 9 и 10 в два-три раза и создает запас по напряжению срабатывания транзисторного ключа 6. Резисторы

12 и 13 ограничивают величину тока базы транзисторов ключа, а диоды 14 и 15— величину обратного напряжения база-коллектор. Преобразование напряжения и тока в меандры не отражается на сдвиге фазы, поэтому меандры U, и UÄ сохраняют сдвиг фазы между напряжением и током.

В исходном состоянии меандры U< и U « имеют начальный сдвиг фазы ср,=90 . Через транзисторный ключ проходят половины положительных и отрицательных импульсов. Среднее значение U,ð выходного напряжения U><(q>) (фиг. 2в) равно нулю.

При наличии дополнительного (измеряемого) сдвига фазы, например, при смещении

25 зо

4

Uc;(cpf) на кптсльныс импульсы увеличены, а отрицательные уменьшены па величину кения, определяемое площадью и знаком импульса, пропорционально измеряемому сдвигу (py.

Использование для измерения сдвига фазы симметричного напряжения U (q»), состоящего из одинаковых положительных и отрицательных импульсов, вместо однопо- лярного напряжения у известного устройства, устраняет основную погрешность измерения, вызванную остаточными импульсами другой полярности, и увеличивает в два раза чувствительность устройства, Введение начального смещения каналов устройства рю=90+-30 устраняет другие недостатки известного устройства: смещает зону непропорциональности за пределы диапазона измерения, позволяет определять знак сдвига фазы и устраняет неудобства отсчета (нуль измеряемого сдвига ср> совпадает с нулем выходного напря>кения). Введение переключателя фазы напряжения расширяет функциональные возможности.

Изобретение сохраняет преимущества прототипа: простоту и отсутствие источников питания и добавляет к ним основное преимущество других, более сложных и дорогих измерителей фазы — высокую точность измерения. Поэтому применение устройства, например, для измерения фазы тока многофазных электрических машин прежде всего дает экономический эффект, так как удешевляет аппаратуру, и, кроме того, дает простой способ определения фазовой характеристики машины.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор среднего значения выходного напряжения, транзисторный ключ, два полупроводниковых диода, соединенных встречно-параллельно, последовательно соединенные резистор и стабилитрон, о т л и ч а юще еся тем, что, с целью повышения точности, учета знака фазы в диапазоне +<-60 и расширения функциональных возможностей, в него введены второй однотипный стабилитрон, повышающий трансформатор, два дополнительных резистора и диода, переключатель фазы напряжения и транзисторный ключ заменен двойным, причем стабилитроны соединены последовательновстречно, транзисторный ключ соединен с

828113 полупроводниковыми диодами через повышающий трансформатор, один вывод вторичной обмотки которого соединен с коллекторами транзисторов ключа и с катодами дополнительных диодов, соединенных 5 своими анодами с первыми выводами дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены со вторым выводом вторичной обмотки трансформатора, а последовательно соединенные резистор и два ста- 10

6 билитрона через переключатель фазы напряжения соединены с источником переменного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 359613, кл. G 01К 25/04, 19,01.71.

2. Авторское свидетельство СССР № 331339, кл. G 01 R 25/04, 11.08.70 (прототип).