![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Омические делители напряжения
Принципиальная схема омического делителя напряжения без учёта распределённых ёмкостей на землю и фазу показана на рис. 2.1. На вход делителя подается высоковольтное напряжение U 1, а с выхода снимается низковольтное напряжение U 2 [9-13]. Делитель состоит из двух последовательно соединённых сопротивлений Z 1 и Z 2, которые называются высоковольтным и низковольтным плечом, соответственно. К низковольтному плечу делителя подключаются измерительные приборы, пластины осциллографа, соединительные кабели и т.п., сопротивление которых подключается параллельно Z 2 и должно учитываться в расчетах делителя. Коэффициентом деления делителя называют отношение входного напряжения U 1 к выходному напряжению U 2: Основными требованиями, предъявляемыми к омическим делителям, являются: а) правильная (без искажений) передача формы исследуемого сигнала; б) независимость коэффициента деления от частоты сигнала и условий измерений. Высокоомные делители напряжения рассчитываются таким образом, чтобы ток, протекающий через плечи делителя, составлял величину 0, 5 ¸ 2 мА. Область применения таких делителей – измерение переменных напряжений промышленной частоты с величиной напряжения U 1 не выше, как правило, 200 кВ. Для измерения импульсных напряжений используются низкоомные делители с сопротивлением ~ 5¸ 10 кОм. Такие делители состоят, как правило, из набора проволочных сопротивлений. Расчёт параметров низкоомного делителя можно производить в следующей последовательности. По принятой величине сопротивления делителя (например, 10 кОм), определяют максимальное значение импульсного тока, протекающего через делитель при максимуме напряжения в импульсе. Считают, что вся тепловая энергия, выделяющаяся при прохождении импульса напряжения через делитель, идёт на нагрев проволочных сопротивлений:
где Q 1- теплота, выделившаяся в делителе при прохождении импульса тока и нагревающая его по закону Джоуля-Ленца; С - теплоёмкость материала провода делителя, m - масса провода, D T - допустимая температура нагрева (обычно принимают D T = 100°С). Эта энергия выделяется при прохождении через делитель импульса тока и её можно рассчитать следующим образом:
где R - сопротивление делителя, t - время прохождения импульса, I - ток, протекающий через делитель. Без учёта фронта импульса зависимость тока от времени имеет вид:
Масса провода делителя:
где g - плотность материала провода, S - сечение провода, l - длина провода делителя. Сопротивление делителя:
где r - удельное сопротивление провода делителя. Подставляя (2.4) в (2.3) находим определённый интеграл:
Подставляя (2.5) в (2.2), а (2.6) и (2.7) в (2.3), и приравнивая после подстановки правые части уравнений(2.2) и (2.3), получим:
Тогда предельно допустимую плотность тока через делитель при максимальном значении импульсного напряжения можно определить из выражения:
Поскольку максимальное значение напряжения в импульсе известно, а общая величина сопротивления выбрана (10 кОм), то по закону Ома находят Im, а по найденной в (2.9) плотности тока определяется минимально допустимое сечение S проводов делителя. Выбрав материал провода, и зная величину сопротивления делителя R и сечение провода S, определяют по (2.6) длину провода для изготовления делителя. Для изготовления импульсных делителей напряжения используются, обычно, провода из сплавов высокого сопротивления: Манганин -сплав марганца (11 ÷ 13%), никеля (3, 5 ÷ 5%) и меди. Проволока из этого сплава используется в кабельной промышленности в диапазоне размеров диаметра от 0, 03 мм до 10 мм. Манганин обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, мало зависящим от температуры (в области 15 ÷ 35 °С). Из манганина изготовляют эталонные резисторы и элементы измерительных приборов. Константан - сплав никеля (39-41%) и меди с присадкой марганца (0, 4-1, 6%). Проволока из него имеет диаметр от 0, 03 мм до 5, 0 мм. Термопары из пар проводов медь - константан часто используется в лабораториях для измерения температуры в диапазоне 77 ÷ 500 К. Нихром - общее название сплавов никеля (55 ÷ 78 %) и хрома (15 ÷ 23 %) с добавками марганца, кремния, железа и алюминия. Проволока из него выпускается диаметром от 0, 01 до 10 мм. Наиболее часто применяется для изготовления делителей напряжения и различных бытовых нагревателей. Характеристики сплавов представлены в таблице 2.1. Таблица 2.1. Характеристики сплавов
Схема рис. 2.1 является принципиальной схемой омического делителя. В реальных условиях при измерении импульсных напряжений с помощью низкоомных омических делителей следует учитывать индуктивность (L 0) и продольную ёмкость (C 0) отдельных сопротивлений делителя (r 0), а также Рис. 2.3. Намотка провода омического делителя: а, б - бифилярная на плоском и цилиндрическом каркасе; в - винтовая (встречная)
При обычной плотной намотке «виток к витку» индуктивность катушки с длиной намотки L можно рассчитать по формуле [14]:
где r – радиус намотки (катушки), l - длина намотки катушки (реактора), N – число витков катушки, k – поправочный коэффициент, учитывающий конечную длину катушки. При плотной намотке число витков:
Индуктивность сопротивления катушки с бифилярной намоткой провода можно рассчитать по формуле [9]:
где d – диаметр провода (мм), a - расстояния между соседними проводами (мм), l – длина бифилярной намотки (м). При плотной бифилярной намотке «виток к витку» a = d, выражение в квадратных скобках в (2.11) принимает значение ln(3)+1/4 = 1, 35. Сравнительный расчёт по формулам (2.10) и (2.11) показывает резкое снижение индуктивности
|