STUDIUL DIVIZOARELOR DE TENSIUNE

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "STUDIUL DIVIZOARELOR DE TENSIUNE"

Ήρα Αργυριάδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 STDIL DIVIZOARELOR DE TENSINE. NOŢINI TEORETICE.. Generalităţi Tehnica actuală de măsurare a supratensiunilor atmosferice (STA), a supratensiunilor de comutaţie(stc) şi a tensiunilor înalte alternative este orientată spre utilizarea osciloscoapelor catodice - ca instrumente de observare şi înregistrare şi a voltmetrelor electronice de vârf - ca aparate pentru măsurarea cât mai exacta a valorilor de vârf şi efective ale mărimilor variabile in timp [4,8]. Deoarece din motive bine determinate,se impune executarea aparatelor de măsurare şi înregistrare corespunzător nivelului tensiunilor joase şi deoarece valorile tensiuni: r de lucru simt foarte ridicate, reiese clar necesitatea utilizării în lanţul de măsurare a unui divizor de tensiune care să reducă tensiunea reală la e valoare accesibila a-paratelor de măsurare. Intercalarea într-un lanţ la măsurare a unui astfel de divizor este inevitabil însoţit de introducerea unor erori şi deformaţii. Are loc aşa dar e pierdere de informaţie utilă care poate fi micşorată prin corecţii exterioare. Cerinţele care se impun asupra preciziei măsurătorilor de înaltă tensiune precum şi complexitatea informaţiilor cerute privind ferma undei,durata frontului şi a spatelui conduc la necesitatea unui studiu aprofundat al tuturor elementelor lanţului de măsurare (conductorul de înaltă tensiune, cablul coaxial, elemente de, adaptare,etc.).. Elemente componente ale divizorului de tensiune n divizor de tensiune este format din două impedanţe înseriate Z şi Z ca în fig. l. În general Z Z şi Z>>Z elementele au următoarea semnificaţie: Z impedanţa pe care se aplică cea mai mare parte a tensiunii sau braţul de înaltă tensiune; Z Z Fig. Z impedanţa pe care se aplică restul tensiunii şi pe care se leagă aparatul de joasă tensiune; tensiunea de intrare ce trebuie asigurată; tensiunea de ieşire, proporţională cu tensiunea de intrare,măsurată pe impedanţa Z cu un aparat de joasă tensiune. Studiul schemei din fig. l se face pe baza cuadripolilor electrici, cu ajutorul ecuaţiei telegrafiştilor şi a funcţiilor de transfer. Pentru că lucrul cu aceste ecuaţii introduce complicaţii mari în calcule fac anumite ipoteze simplificatoare iar concluziile practice la care se ajunge sunt aceleaşi. În regim permanent raportul tensiunilor este dat de relaţia: Z Z + Z ()

2 Z + Z Raportul reprezintă constanta cu care trebuie înmulţită valoarea tensiunii Z măsurate pentru a afla valoarea tensiunii de măsurat şi se numeşte constanta divizorului. Astfel: k Z div Z + Z () Cu presupunerea făcută anterior Z>>Z se poate scrie că: Z k div Z (3) Din relaţia (3) s-ar deduce că raportul de divizare este constant. Însă datorită influenţei capacităţilor şi a inductivităţilor parazite acest raport variază în funcţie de frecvenţa tensiunii de măsurat şi valoarea acesteia. Se poate vorbi de altfel de o constanta a lanţului de măsurare în care fiecare element îşi aduce contribuţia sa; apar astfel distorsiuni, datorate legăturii electrice dintre divizor şi obiectul încercat,cablului ecranat şi osciloscopului catodic. Fiecare element al lanţului are o constanţă care intervine ca factor în relaţia constantei de măsurare..3. Tipuri de divizare. Schema principală a ansamblului de măsurare a - divizor rezistiv; b - divizor capacitiv; c - divizor mixt serie; d - divizor mixt paralel. Fig.

3 La măsurarea tensiunilor rapid variabile în timp cu divizoare de tensiune apare o anumită limitare datorită domeniului frecvenţelor de lucru a elementelor componente; cunoaşterea exacta a inerţiei acestor elemente conduce la creşterea preciziei de măsurare cu divizorul respectiv. Aşa de exemplu rezistenţă utilizată la înalta frecvenţă introduce o eroare datorită efectului SKIN -EFFECTES: R R0 f f g f >> fg (4) unde; R 0 rezistenţa în curent continuu; f frecvenţe de lucru; f g frecvenţă limită de apariţie a efectului SKIN EFFECTES calculabilă cu relaţia. f g 4 π x μ ri (5) Pentru un condensator intervin inductivităţile parazite care împreună cu capacitatea propriu zisă formează un circuit rezonant pentru anumite frecvenţe dată de relaţia: f r π IC (6) De aceea utilizarea condensatoarelor este limitată da frecventa de rezonanţă şi eroarea introdusă creşte odată cu creşterea frecvenţei tensiunii da măsurat. Schema de principiu a ansamblului complet de măsurare este dată în fig. 3, în care: Zc impedanţa caracteristică a cablului coaxial ce face legătura între divizorul de tensiune şi osciloscop; Z3, Z4, X impedanţa de acord a liniei de legătură cu dispozitivul şi osciloscopul; Ce capacitatea plăcilor osciloscopului pe care se aplică tensiunea de ieşire a schemei de măsura. Fig Studiul teoretic al divizorului de tensiune Funcţia de transfer caracteristica de frecvenţă, răspunsul la semnal treaptă unitară Funcţia de transfer a unui divizor da tensiune se deduce tratând divizorul de tensiune conform teoriei cuadripolilor. Revenind la raportul nominal de divizare se obţine: G( jω) n n e jϕ (7) sau

4 G( jω) G( ω) e jϕ În care: G(ω) modulul funcţiei de transfer - caracteristică de amplitudine(egale considerând anumite amplificări cu raportul de divizare kdiv ); ϕ ϕ ϕ( ω) - caracteristica de frecvenţă în care: ϕ şi ϕ sunt fazele celor două tensiuni de intrare şi de ieşire. Caracteristica de frecvenţă trebuie interpretată ce simplă întârziere a semnalului şi nu ca o distorsiune de fază. Ea dă lărgimea benzii de lucru a divizorului adică domeniul de frecvenţe pentru care atenuarea este nulă. Caracterizarea dinamică a unui divizor de tensiune se poate face cunoscând răspunsul său la aplicarea unei tensiuni de intrare treaptă unitară,răspuns numit funcţie indicială Impulsul treaptă unitar are forma din fig.4 u t Fig. 4 Răspunsul indicial poate fi în general: - oscilant; - oscilant amortizat; - aperiodic amortizat. Divizoarele de tensiune de impuls admit numai răspuns aperiodic amortizat. Deseori în studiul funcţiei de transfer, la domeniul timpului se utilizează transformata Laplace..5. Divizorul rezistiv pentru tensiune continuă În majoritatea cazurilor divizorul de tensiune rezistiv contă dintr-un bobinaj neinductiv într-un singur strat cu distanţa intra spire foarte mica şi diametrul conductorului de ordinul câtorva zecimi de milimetru. Raportul de divizare a tensiunii este dat da relaţia: k div R R + R n n + (8) R n R în care: raportul de reducere a tensiunii.6. Divizorul mixt serie pentru impulsuri de tensiune Schema unui divizor mixt serie este dată în fig.5 raportul de divizare este dat de relaţia: k div n 0 ω + α β + ω C C 4 c (9)

5 Fig. 5. unde: ω pulsaţie α R n 0 R R + R β R Ţinând seama că: C C (0 ) C4c C4c () În cazul α β (constantele de timp ale braţelor de înaltă tensiune şi joasă tensiune egale) se obţine: k div R R + R C C 4 c R c R R ( C 4 c ) R ( C 4 c ) (3) Se observă că dacă α β Condiţia ca valoarea k scrie astfel: kdiv, nu depinde de frecventă. div să fie aceeaşi la frecvenţe înalte ca şi la frecvenţe joase se nc C C 3 c (4). CHESTINI DE STDIAT.. Măsurarea tensiunilor înalte continue şi verificarea relaţiei analitice a raportului de divizare pentru divizorului rezistiv de 60 kv. Compararea rezultatelor măsurătorilor cu ajutorul eclatorului sferic;.. Măsurarea tensiunilor înalte de impuls şi verificarea relaţiei analitice a raportului de divizare pentru divizorul mixt serie RC. Compararea rezultatelor măsurătorilor cu ajutorul eclatorului sferic..3 Determinarea timpului de răspuns pentru divizorul mixt RC serie.

6 3. SCHEMA DE LCR ŞI APARATE TILIZATE Fig. 6. ST - staţie de tensiune înaltă continuă de 60 kv; - bornă de înaltă tensiune; - bornă de pământare; - eclator cu sfere. Fig. 7. G.I.T. - generator de impuls de înaltă tensiune de 4x70 kv max ; D - divizor RC serie; OK - oscilograf catodic.

7 Fig. 8 G - generator de impulsuri dreptunghiulare repetate; Z - impedanţa conductorului de înalta tensiune; R - rezistenţa de amortizare; OK - osciloscop catodic ; D - divizor de tensiune BC serie; C - cablu coaxial de joasă tensiune. 4. MOD DE LCR 4..a. Se realizează schema din figura 6 b. Se distanţează sferele eclatorului de măsură la o distanţă corespunzătoare unei tensiuni ce se doreşte a fi masurată; c. Se cuplează ST de 60 kv şi se creşte progresiv tensiunea [4,8] până la amorsarea spaţiului dintre sfere, urmărindu-se şi notându-se valoarea tensiunii indicate de voltmetru montat pe braţul de joasă tensiune al divizorului de tensiune; d. Se determină tensiunea de măsurare obţinută la eclatorul cu sfere [4,8]; e. Sa calculează cu relaţia analitică raportul de divizare (RMΩ, R0kΩ); f. Se compară valoarea raportului de divizare, calculată analitic, cu valoarea raportului tensiunilor înalte (eclatorul cu sfere) şi tensiunea joasă (la braţul de joasă tensiune al divizorului). 4..a Se execută montajul din fig.7; b. Se distanţează sferele eclatorului de măsură la o distanţă corespunzătoare unei tensiuni ce se doreşte a fi masurată; c. Se cuplează GIT şi se determină tensiunea 50 %; d. Se determină tensiunea, pe braţul de joasă tensiune (indicaţia la voltmetrul de vârf sau oscilograful catodic); e. Se determină analitic raportul de divizare cunoscând: R830Ω C950 pf R,6 Ω

8 C475 nf f. Se compară valoarea, calculată analitic, a raportului de divizare, cu valoarea raportului tensiunii 50 % şi tensiunea măsurată cu voltmetrul de vârf sau oscilograful catodic; 4.3.a. Se aplică impulsul treaptă unitară, obţinut de la Generatorul de impulsuri (G), prin intermediul rezistenţei R, la borna de înaltă tensiune a divizorului; b. Se oscilografiază răspunsul obţinut pe braţul de joasă tensiune; c. Se determină timpul de răspuns (întârzierea semnalului înregistrat faţă de semnalul treaptă). 5. ÎNTREBĂRI 5.. Care sunt elementele unui divizor de tensiune? 5.. Ce tipuri de divizoare cunoaşteţi? 5.3. Prezentaţi avantajele şi dezavantajele diverselor tipuri de divizare Ce se înţelege prin timpul de răspuns al unui divizor? 6. OBSERVAŢII ŞI CONCLZII

Σχετικά έγγραφα

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Laborator 3 Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Obiective: o Conexiuni serie şi paralel, o Legea lui Ohm, o Divizorul de tensiune, o Divizorul de curent, o Implementarea experimentală a divizorului