Измерение мощности в трехфазных цепях 6 страница

Для выполнения условия баланса амплитуд коэф­фициент усиления усилителя должен быть больше ос­лабления, вносимого фазовращательной цепью RC. Для схемы, приведенной на рис. 20.3, это ослабление равно 29.

Оглавление

15.4. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Генераторы линейно изменяющегося (пилообраз­ного) напряжения (ЛИН) должны вырабатывать на­пряжение, график которого приведен на рис. 20.5. Это напряжение используют для получения развертки электронного луча в различных устройствах (осцилло графах, телевизионных и радиолокационных индикато­рах и т. д.). Получение ЛИН, как правило, обеспечива­ется процессами зарядки или разрядки конденсатора.

Простейший автогенератор пилообразного напря­жения построен на неоновой лампе (рис. 20.6). В мо­мент подключения схемы к источнику постоянной ЭДС Е_а конденсатор С начинает заряжаться (через рези­стор R) и напряжение на нем нарастает так, как это показано на рис. 20.7 (период времени Т₃). В момент времени t₁ напряжение на конденсаторе С оказыва ется равным напряжению зажигания U₃ неоновой лам­пы. При этом сопротивление лампы резко падает и конденсатор С очень быстро разряжается до напряже­ния потухания лампы U_n (период времени Т_p). В мо­мент времени I₂, когда газовый разряд в неоновой лампе прекращается и ее сопротивление вновь резко возрастает., конденсатор С снова начинает относитель­но медленно заряжаться до напряжения U₃ и т. д. Таким образом, на выходе схемы возникает пилообраз­ное напряжение.

Необходимо отметить, что зарядка конденсатора в данной схеме происходит не по линейному, а по экспоненциальному закону. На рис. 20.8 показаны кри­вые, соответствующие законам зарядки и разрядки конденсатора через резистор R.

Время зарядки конденсатора через резистор опре­деляется постоянной времени τ_З = RС. Практически этот процесс заканчивается полностью через время t_З = (3÷4) τ_З. То же самое можно сказать и о процессе разрядки конденсатора, но если при зарядке напряжение на конденсаторе асимптотически приближается к E_а (кривая 1), то при разрядке оно стремится к нулю (кривая 2). Начальный участок экспоненты не­значительно отличается от прямой линии и поэтому при достаточно большой разнице между Е_а и U₃ на­пряжение на выходе схемы (см. рис. 20.6) близко к линейному.

Данная схема имеет существенные недостатки, связанные с непостоянством напряжения зажигания и потухания лампы, с разбросом параметров резистоpa R и конденсатора С. Все это приводит к измене­нию времени зарядки и разрядки Т₃ и Т_р конденсатора, которое определяется как параметрами неоновой лам­пы, так и постоянными времени зарядки и разрядки τ_З = RС и τ_p = R_iС, где R_i — внутреннее сопротив­ление лампы при разрядке.

Для повышения стабильности работы генератора ЛИН используют генераторы с посторонним возбуж­дением. Схема такого генератора, собранного на тран­зисторе, представлена на рис. 20.9. В исходном состоя­нии транзистор Т открыт и насыщен. Следовательно, напряжение на его коллекторе и конденсаторе С близко к нулю (рис. 20.10, а, б).

В момент времени t₁ на базу транзистора Т подают положительный запускающий импульс и транзистор запирается, а конденсатор С начинает заряжаться по Цепи + E_к, С, R, —E_к (см. рис. 19.9). Таким образом, ^в течение времени действия запускающего импульса Тз напряжение на конденсаторе растет (рис. 20.10,6). По окончании действия запускающего импульса, в момент времени гг, транзистор открывается и конденсатор С быстро разряжается через транзистор Т. В мо­мент времени tз процесс зарядки повторяется и т. д Существенным недостатком рассмотренных схем является плохое использование напряжения источника E_к, так как для получения напряжения, близкого к линейному, конденсатор должен заряжаться до напря­жения U_m, которое значительно меньше, чем E_к. В бо­лее совершенных схемах используют элементы, кото­рые обеспечивают постоянство тока зарядки конден­сатора.

Оглавление

§ 15.5. МУЛЬТИВИБРАТОР

Мультивибратор представляет собой генератор _несинусоидальных колебаний, близких по форме к пря­моугольным.

Такие колебания можно рассматривать как сумму большого числа простых гармонических колебаний. Отсюда и название «мультивибратор» или букваль­но «генератор множества простых колебаний».

Мультивибраторы широко используют в импульс­ной технике, в ЭВМ и устройствах автоматики в ка­честве пусковых или переключающих устройств.

Различают три режима работы мультивибраторов: автоколебательный, синхронизации и ждущий.

Рассмотрим симметричный мультивибратор, рабо­тающий в режиме автоколебаний (рис. 20.11). При подключении данной схемы к источнику питания E_K возникает режим неустойчивого равновесия, так как, несмотря на симметрию схемы, в любой момент может нарушиться равенство коллекторных токов.

Если, например, несколько уменьшится ток i_K1, то это приведет к уменьшению потенциала на коллекторе Т₁. А так как напряжение на конденсаторе С₁ не мо­жет измениться мгновенно, то отрицательный скачок напряжения на коллекторе Т₁ передается на участок база — эмиттер транзистора T₂ Это вызовет увеличе­ние тока коллектора i_K1 и, следовательно, повышение потенциала коллектора T₂ Повышение потенциала коллектора T₂ через конденсатор С₂ передается на базу T₁ и ток i_К1 еще больше уменьшается и т. д. Дан­ный процесс нарастает лавинообразно, тем более что скачки напряжения на базах увеличиваются за счет усилительного действия транзисторов. В итоге тран­зистор Т₁ окажется запертым, а потенциал его кол­лектора практически равным — Е_к. Транзистор T₂ будет полностью открыт и насыщен, а потенциал на его коллекторе — близким к нулю.

В исходном состоянии (до опрокидывания схемы) конденсаторы С₁ и С₂ были заряжены с полярностью, показанной на схеме рис. 20.11, до напряжения — E_к + R_кi_к. Во время опрокидывания схемы напряжение на конденсаторах не успевает измениться. После опрокидывания схемы конденсатор С₁ относительно быстро заряжается до напряжения Е_к по цепи: +Е_к, переход эмиттер — база открытого Т₂, С₁, R_K1, — Е_к. Конденсатор С₂ после запирания Т₁ перезаряжается по цепи: +Е_К, T₂, С₂, R_б1, —Е_к. Фактически через ре- зистор R_б в первый момент проходит ток под действием 2E_к и, следовательно, к участку база — эмиттер Т₁ приложено напряжение надежно запирающее Т₁. При медленной перезарядке C₂ ток уменьшает­ся, напряжение на R_6i падает и, когда u_c2≈0, напря­жение на участке база — эмиттер T₁ близко к нулю. Транзистор Т₁ открывается, потенциал его коллектора начинает расти, что приводит к росту потенциала ба­зы Т₂ и уменьшению потенциала его коллектора, а следовательно, и потенциал базы Т₁. Таким образом, возникает новый лавинообразный процесс и схема сно­ва опрокидывается. При этом Т₁ открыт и насыщен, Т₂ заперт. После опрокидывания конденсатор C₂ быст­ро заряжается через R_k2 до напряжения E_к, а С₁ на­чинает медленно перезаряжаться аналогично пере­зарядке С₂. Процессам, происходящим в схеме, соот­ветствуют графики напряжений, приведенные на рис. 20.12.

Оглавление

§ 15.6. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ

Электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) называют электровакуумные приборы, в которых управляемый электрическими или магнитными полями поток элект­ронов, сформированный в электронный луч, использу­ется для преобразования электрических сигналов в световые.

По способу фокусировки и отклонения электронного луча различают ЭЛТ: а) с электростатическим управлением, когда электронный луч фокусируется и отклоняется электрическим полем; б) с электромагнитным управлением, когда фокуси­ровка и отклонение луча осуществляются магнитным полем.

Функционально ЭЛТ подразделяют на: осциллографические трубки, служащие для наблюдения и изучения периодических сигналов и получения осцилограмм, применяемые в основном в измеритель­ной технике; индикаторные трубки — для регистрации объектов в радиолокационных и радионавигацион­ных устройствах; приемные телевизионные трубки — Для преобразования электрического видеосигнала в сигнал изображения.

ЭЛТ с электростатическим управлением. Основ­ными для ЭЛТ (рис. 20.13) являются следующие узлы.

Электронная пушка, которая служит для создания электронного луча и фокусирования его на экране. Она помещена в узкой удлиненной части стек­лянного баллона и состоит из катода, управляющего электрода, двух анодов.

Отклоняющая система, смещающая луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях и состоящая из двух пар пластин X — X и Y—Y.

Экран 6 лредназначен для преобразования кине­тической энергии электронов луча в световую. Для этого на внутреннюю сторону торцовой части ЭЛТ наносят тонкий слой вещества, способного светиться при бомбардировке электронами. Это вещество назы­вается люминофором. Основой люминофора мо­жет служить сульфид цинка, вольфрамово-кислый кальций и т. д. Состав люминофора определяет цвет свечения экрана.

В процессе бомбардировки экрана электроны, осе­дая на нем, увеличивают его отрицательный заряд. Поэтому для предотвращения запирания трубки ее внутреннюю поверхность покрывают токопроводящим слоем из графита 5 (аквадагом), который соединяют со вторым анодом. Тогда вторичные электроны, выбиваемые из экрана электронным лучом, притягивают­ся аквадагом и на экране не накапливается отрица­тельный заряд.

Рассмотрим более подробно устройство и назначе­ние отдельных элементов электронной пушки.

Катод 1 выполнен в виде никелевого цилиндра, торцовая часть которого покрыта активированным слоем. Внутри цилиндра помещена нить Н — Н, слу­жащая для нагревания катода.

Управляющий электрод 2 представляет собой никелевый цилиндр с отверстием (диафрагмой) в торцовой части и служит для регулирования яркос­ти свечения пятна на экране трубки. Управляющий электрод соединен с потенциометром яркости R_я и име­ет отрицательный потенциал относительно катода. Меняя потенциал, можно регулировать количество электронов в луче. При некотором значении потенциа­ла ни один электрон не может преодолеть тормозящее поле управляющего электрода и трубка оказывается запертой.

Аноды 3 и 4 выполнены в виде цилиндров раз­ных диаметров. В аноде 3 имеется две, а в аноде 4 — одна диафрагма. На аноды относительно катода пода­ют большое положительное напряжение (на пер­вый ~0,5 кВ, на второй — несколько киловольт). Ано­ды служат для ускорения электронов луча и их фоку­сирования.

На рис. 20.14 представлена схема, поясняющая фо­кусирующее и ускоряющее действие системы анодов.. Электрическое поле между анодами неоднородно и направлено от анода A₂ к аноду А₁, так как потенциал А₂ выше потенциала A₁ На электрон в этом поле дей­ствует сила, направленная по касательной к силовой линии в точке, где в данный момент находится элект­рон. На электроны, находящиеся в точках 1 и 1', в области первого анода действуют силы F₁ и F₁’, кото­рые могут быть разложены на продольные составля­ющие F_у1 и F'_у1, ускоряющие электроны, и поперечные F_ф1 и F'_ф1, под действием которых электроны движутся к оси трубки (фокусирующее действие). В точках 2 и 2' в области второго анода продольные составля­ющие ускоряют электроны в том же направлении, а фокусирующие F_ф2 и F'_ф2 отклоняют электроны от оси трубки. Следовательно, фокусирующее действие пер­вого анода эквивалентно собирательной линзе, а вто­рого — рассеивающей.

Таким образом, всю фокусирующую систему мож­но рассматривать как электростатическую линзу.

Так как собирающее действие первого анода силь­нее, чем рассеивающее действие второго (так как в области А₂ скорость движения электронов меньше), поперечное перемещение к оси трубки больше, чем от нее. Поэтому электроны луча сходятся в некоторой точке, лежащей на продольной оси трубки. При из­менении с помощью потенциометра напряжения между анодами изменяют значения и конфигурацию элект­рического поля, а следовательно, и положение фокуса на оси, которое таким образом можно совместить с плоскостью экрана.

ЭЛТ с электромагнитным управлением. Конструк­ция трубки (рис. 20.15,а) отличается от рассмотрен­ной (см. рис. 20.13) тем, что в ней функции второго анода выполняет аквадаг 7. Оба анода 2, 3 служат для ускорения электронов, эмиттированных катодом 1 вдоль оси трубки. Фокусировка луча производится магнитным полем фокусирующей катушки 4. В процес­се фокусировки происходит закручивание электронов в спираль, сходящуюся в определенной точке на оси трубки. Изменение постоянного тока катушки приво­дит к изменению поля, что изменяет положение точки фокуса.

Управление лучом осуществляется также с по­мощью магнитного поля двух отклоняющих катушек 5 и 6 (рис. 20.15,6), через которые проходят токи соответствующей формы.

Расмотрим обозначения ЭЛТ. Первый элемент обозначения — число, которое определяет диагональ или диаметр экрана в сан­тиметрах. Второй элемент — две буквы, обозначающие тип труб­ки: ЛО — осциллографическая трубка с электростатическим от­клонением луча, ЛМ — трубка с электромагнитым отклонением, ЛК — телевизионная трубка. Третий элемент — число, показыва­ющее номер разработки. Четвертый элемент — буква, обознача­ющая цвет свечения и длительность послесвечения; А — синий цвет, короткое послесвечение (10^_s—10^_г с), Б — белый цвет, среднее послесвечение (Ю^-2 —0,1 с) и т. д. Например, 67ЛК2Б — телевизионная трубка с диагональю 67 см, свечение белое.

Оглавление

§ 15.7. ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

Электронный осциллограф — это прибор, который служит для записи и визуальных наблюдений электри­ческих сигналов, меняющихся по времени, а также для измерения электрического напряжения, частоты, временных интервалов.

Рассмотрим работу осциллографа, используемого Для визуального наблюдения переменного напряжения (рис. 20.16). В осциллографах применяют трубки ^с электростатическим управлением. Так как любой периодически изменяющийся сигнал, как правило, изо­бражается с помощью временной диаграммы, необхо­димо обеспечить временную характеристику (ось вре­мени) на экране осциллографа. Это можно осущест­вить горизонтальной разверткой луча, происходящей с постоянной скоростью, для чего на горизонтально отклоняющие пластины трубки X — X через усилитель 1 подают напряжение пилообразной формы (рис. 20.17, а). В начальный момент времени между пластинами действует напряжение — U_o, смещающее световое пятно в левую часть экрана. Затем напряжение между пластинами X — X начинает линейно нарастать и свето­вое пятно совершает равномерное движение слева направо. Это перемещение называется прямым ходом луча и происходит за время Т_пр.

В момент времени, когда развертывающее напря­жение достигает максимума, происходит резкий спад напряжения до значения — U₀ и электронный луч совершает обратный ход за время T_обр. При этом трубка " автоматически запирается. Затем процесс медленного нарастания повторяется снова и т. д. В результате послесвечения люминофора на экране трубки появляется горизонтальная светящаяся линия, служащая осью времени.

Если теперь на вход осциллографа У — Y подавать какое-нибудь периодически изменяющееся напряже­ние, например синусоидальное (рис. 20.17,6), то после усиления это напряжение прикладывается к верти­кально отклоняющим пластинам Y — Y (см. рис. 20.16). Это вызовет отклонение луча в вертикаль­ном направлении сначала вверх, а затем вниз и т. д-

В результате одновременного действия полей на электронный луч полей развертывающего и иссле­дуемого сигналов на экране возникает временная раз­вертка последнего (в нашем случае это будет сину­соида). Для получения устойчивого изображения необходимо, чтобы отношение периодов пилообразно­го напряжения и изучаемого сигнала составляло целое число.

Для измерения частоты периодического сигнала, подаваемого на вход Y — Y, на вход X — X подают синусоидальное напряжение, снимаемое с генератора стандартных сигналов. При этом генератор пило­образного напряжения от усилителя 1 отключают (см. рис. 19.16). Если, например, оба сигнала — и изучае­мый, и стандартный синусоидальный — имеют одина­ковую амплитуду, то при сдвиге фазы между ними, равном π/2, и равенстве частот на экране появится окружность. Следовательно, частота исследуемого сигнала равна частоте стандартного, отсчитываемого по шкале генератора стандартных сигналов.

Оглавление

§ 15.8. АНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ВОЛЬТМЕТР

Электронные вольтметры применяют в тех случаях, когда измерительный прибор должен обладать боль­шим входным сопротивлением и иметь высокую чувст­вительность. Такой прибор представляет собой сочение электронного усилителя и обычного магнито-электрического измерителя.

Структурная схема электронного вольтметра для измерения постоянных напряжений представлена на _пцс 20.18. Делитель напряжения / расширяет преде­лы измерения прибора. Усилитель постоянного тока 2 повышает чувствительность вольтметра.

Так как УПТ прямого усиления, рассмотренные в § 19.5, обладают рядом существенных недостатков, главным из которых является заметный дрейф нуля, в электронных вольтметрах, как правило, используют мостовые схемы. Рассмотрим одну из возможных схем такого УПТ (рис. 20.19).

В схеме плечи моста образованы резисторами R₁ (часть R_П), R₃ (другая часть R_П), лампами Л₁ и Л₂, которые эквивалентны резисторам R₂ и R₄ схемы, при­веденной на рис. 8.13. Напряжение источника подво­дится к диагонали моста а — Ь. Измерительный прибор включен в диагональ с — d.

Потенциометр R_П дает возможность установить стрелку измерительного прибора на нуль при коротком замыкании входных клемм УПТ. Резистор обратной связи R_ос служит для увеличения стабильности работы схемы.

При подаче на вход схемы измеряемого напряжения U анодный ток лампы Л₂ умень­шается, равновесие моста нарушается. При этом изме­рительный прибор регист­рирует измеряемое напря­жение.

Делитель напряжения, образованный резисторами R_1д-R_зд, дает возможность расширить пределы изме­рения вольтметра, однако он снижает его входное со­противление.

Для измерения переменных напряжений низкой и высокой частоты используются также электронные вольтметры. При этом измеряемое напряжение снача­ла выпрямляют с помощью электронной лампы или полупроводникового диода, а затем подают на УПТ.

Достаточно часто используют приборы, обеспечи­вающие измерение как постоянных, так и переменных напряжений (рис. 20.20).

Оглавление

§ 15.9. ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ВОЛЬТМЕТР

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) при­меняют для измерения различных электрических вели­чин, таких, как постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления, индуктивности, емкости и др.

Необходимо иметь в виду, что измеряемые величи­ны, как правило, непрерывны, а ЦИП измеряют диск­ретные (отдельные) значения (отсюда и названия ЦИП, а не потому, что результат представляется в цифровой форме).

Любой ЦИП содержит два основных узла: ана­лого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует плавно изменяющуюся величину в дискретную (числовой код).ицифровое отсчет-ное устройство, которое отображает в цифровой форме значение измеряемой величины.

ЦИП подразделяют на электромеханические и электронные. Последние обладают очень высоким бы­стродействием (до 10⁶ измерений в секунду) и по­этому находят самое широкое применение, вытесняя электромеханические ЦИП, которые обеспечивают скорость измерения 10 имп/с.

Существуют различные методы преобразования непрерывной величины в дискретную. Рассмотрим метод с численно-импульсным кодированием на при­мере цифрового вольтметра с промежуточным пре­образованием измеряемой величины во временной интервал (рис. 20.21). Приборы такого типа надежны, обладают большой точностью и быстродействием, от­личаются относительно простой схемой.

Измеряемое постоянное или выпрямленное напря­жение U_x (графика а) подают на один вход сравни­вающего устройства /. На другой вход подается пило­образное напряжение (график г) с генератора пило­образного (компенсирующего) напряжения 5, который запускается импульсами управляющего устройства 7 (график ж). Этот импульс одновременно определяет начало прямоугольного импульса (графика б) на выходе сравнивающего устройства, который откроет электронный ключ 2. Сигналы генератора импульсов образцовой частоты 6 (график д) проходят через элек­тронный ключ и поступают на вход электронного счет­чика 3 (график в) до тех пор, пока линейно нарастаю­щее напряжение на станет равным измеряемому напряжению U_x. В этот момент заканчивается пря­моугольный импульс на выходе сравнивающего уст­ройства и электронный ключ запирается.

Сигнал с электронного счетчика поступает на от-счетное устройство 4, представляющее собой цифровой индикатор того или иного типа. В настоящее время самое широкое распространение получили газоразряд­ные индикаторы.

Управление цифровыми индикаторами осущест­вляется дешифраторами, которые переводят результат из двоичной в десятичную систему счисления.

Очевидно, что количество сигналов генератора импульсов, проходящих через ключ, прямо пропор­ционально длительности прямоугольного импульса сравнивающего устройства. Длительность прямоуголь­ного импульса, в свою очередь, прямо пропорциональ­на значению измеряемого напряжения.

Управляющие импульсы (график е) следуют с определенной периодичностью, обеспечивая сбрасыва­ние информации отсчетного устройства и ее перио­дическое возобновление. Таким образом, продолжи­тельность отсчета определяется периодом следования этих импульсов.

В качестве примера можно привести характери­стики прибора ВК7-10А/1, работающего по принципу, изложенному выше. Его пределы измерения по по­стоянному напряжению 10—100—1000 В, быстродей­ствие 30 имп/с, он производит отсчет четырех зна­чений.

Оглавление

Дата добавления: 2017-01-13