Емкостной делитель: Емкостной делитель напряжения — что это такое? Объяснение термина

Емкостные делители напряжения | Электрические аппараты | Обладнання

Страница 53 из 54

23.3. ЕМКОСТНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Помимо электромагнитных ТН для понижения высокого напряжения могут быть использованы емкостные делители. Принципиальная схема подобного устройства, понижающего напряжение сети 500 кВ, приведена на рис. 23.9. Делитель Д состоит из конденсаторной батареи С1 и конденсатора С2.
В чисто емкостной цепочке (цепь ТН АХХ разомкнута) напряжение U$ делится обратно пропорционально значениям емкостей. Емкость С2 на порядок больше С1, и ток цепочки определяется конденсатором С1. Емкость С2 выбирается так, чтобы напряжение на ней Uc2 находилось в пределах 4—12 кВ. Для дальнейшего понижения напряжение через реактор Р подается на ТН нормального исполнения и низкой стоимости. Нагрузка, имеющая номинальное напряжение 1-00 В, включается на вторичную обмотку этого трансформатора напряжения.
Если в схеме отсутствует реактор Р, то с ростом нагрузки уменьшается входное сопротивление трансформатора напряжения и выходное напряжение начинает падать.

Если реактор настроен в резонанс с емкостью С1+С2 при частоте сети / = 50 Гц, то выходное напряжение мало зависит от нагрузки.

 

Рис. 23.9. Емкостный делитель

Для выявления основных свойств делителя примем, что ТН идеальный и погрешности не вносит. Если пренебречь током холостого хода трансформатора напряжения, то схема рис. 23.9 может быть преобразована в схему рис. 23.10. Трансформатор и нагрузку можно заменить сопротивлением нагрузки Z’v приведенным к первичной обмотке трансформатора напряжения.

Рис. 23.10. Упрощенная расчетная схема емкостного делителя

 

При КЗ на вторичной стороне появятся перенапряжения на конденсаторе С2, которые могут привести к его пробою. Для ограничения этих перенапряжений параллельно конденсатору С2 ставится разрядник или используется аппарат защиты от КЗ в цепи нагрузки.

При использовании в качестве конденсатора С1 конденсаторной бумагомасляной изоляции проходных изоляторов мощность полезной нагрузки ограничивается из-за малости емкости С1. Так, при номинальном напряжении Uном=10 кВ мощность нагрузки составляет 15 В-А.
Погрешность по напряжению достигает 5 %, а угловая погрешность доходит до 5°. В настоящее время в релейной защите высоковольтных линий широко используются сигналы высокой частоты. Релейная защита, работающая на высокой частоте (блок ВЧ, рис. 23.9), связана с линией высокого напряжения через конденсатор С1. Сигналы высокой частоты подаются в линию высокого напряжения и воспринимаются устройством, расположенным в другой точке линии. Для таких защит разработаны специальные конденсаторы большой емкости. Эти конденсаторы используются в емкостном делителе и дают возможность увеличить мощность нагрузки до 1000 В-А. Для того чтобы не пропускать токи высокой частоты, в цепь ТН устанавливается высокочастотный заградитель 3, играющий роль фильтра. Емкостный делитель может быть использован также для отбора больших мощностей (многих киловольт-ампер) вместо понижающих силовых трансформаторов.
В СССР выпускаются емкостные делители мощностью до 300 В-А первого класса точности. Исследования показали возможность создания делителей класса точности 0,2.
В конструкции реакторов и ТН предусмотрена возможность регулирования параметров для компенсации технологических разбросов по емкости конденсаторов делителя.

Индуктивность реактора регулируется изменением воздушного зазора в магнитопроводе и с помощью отводов обмотки. В ТН с помощью отводов обмотки регулируется коэффициент трансформации.
Сравнение стоимости емкостного делителя и каскадных ТН показывает, что делители целесообразно применять при напряжениях выше 110 кВ. При напряжениях 400 кВ и выше стоимость емкостного делителя примерно в 2 раза ниже стоимости каскадного ТН. При напряжении ниже 110 кВ использование делителя не дает ощутимого экономического эффекта.

Наличие конденсаторов делителя и нелинейных индуктивностей создает возможность феррорезонансных явлений не только на основной, но и на низших частотах (субгармониках) .
В результате таких явлений могут возникать перенапряжения, опасные для изоляции, а также ложные срабатывания защиты. Возможно даже повреждение присоединяемых приборов. В настоящее время разработано много схем, эффективно ограничивающих эти перенапряжения.
Работа делителя зависит также от изменения частоты измеряемого напряжения, так как при этом возможны нарушения условия резонанса между реактором и конденсаторами.

23.4. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Номинальное напряжение первичной обмотки ТН должно соответствовать номинальному напряжению сети, в которую он включается. Если ТН включается между фазой и землей — то номинальному фазному напряжению.
Номинальное вторичное напряжение ТН должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки.
Нагрузка должна быть равномерно распределена по фазам ТН. Суммарная нагрузка на фазу ТН должна быть меньше допустимой при заданных классе точности и коэффициенте мощности.
Сечение проводников, соединяющих ТН с нагрузкой, должно быть таким, чтобы падение напряжения на них составляло доли процента номинального вторичного напряжения.

Делитель напряжения: теория и принцип действия

Делитель напряжения позволяет получить меньшее напряжение из большего, напряжение может быть как постоянным, так и переменным.

Рис. 1. Схема простейшего делителя напряжения

Простейшая схема делителя напряжения содержит минимум два сопротивления. Если величины сопротивлений одинаковы, то согласно закону Ома, на выходе делителя будет получено напряжение, в два раза меньшее, чем на входе, так как падение напряжений на резисторах будет одинаковым. Для других случаев величина падения напряжений на резисторах делителя определяется по формулам

U_R1 = I*R1; U_R2 = I*R2       (1)

где U_R1, U_R2 — падения напряжения на резисторах R1 и R2 соответственно, I — ток в цепи. В схемах делителей выходное напряжение обычно снимают с нижнего по схеме резистора.

Сумма падений напряжений U_R1, U_R2 на резисторах равна напряжению источника питания. Ток в цепи будет равен напряжению источника питания, делённому на сумму сопротивлений резисторов R1 и R2:

I = U_пит / (R1 + R2)       (2)

Рассмотрим практическую схему делителя постоянного напряжения (рис.2)

Рис. 2. Делитель постоянного напряжения.

Ток, протекающий в этой схеме, согласно формуле (2) будет равен

I = 10 / (10000+40000) = 0,0002 А = 0,2 мА.

Тогда согласно формуле (1) падение напряжения на резисторах делителя напряжения будет равно:

U_R1 = 0,0002*10000 = 2 В;
U_R2 = 0,0002*40000 = 8 В.

Если из формулы (1) вывести ток:

I = U_R1 / R1       (3)

И подставить его значение в формулу (2), то получится универсальная формула для расчёта делителя напряжения:

U_R1 / R1 = U_пит / (R1 + R2)

Откуда

U_R1 = U_пит * R1 / (R1 + R2)       (4)

Подставляя значения напряжения и сопротивлений в формулу (4), получим величину напряжения на резисторе R1:

U_R1 = 10 * 10000 / (10000+40000) = 2 В,

и на резисторе R2:

U_R2 = 10 * 40000 / (10000+40000) = 8 В.

Делитель напряжения с реактивными элементами в цепи переменного тока

В вышеприведённой схеме делителя напряжения (рис. 2) были использованы активные элементы — резисторы, и питание схемы осуществлялось постоянным напряжением (хотя схему можно питать и переменным током). Делитель напряжения может содержать так же и реактивные компоненты (конденсаторы, катушки индуктивности), но в этом случае для нормальной работы потребуется питание синусоидальным током (рис. 3).

Рис. 3. Ёмкостный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Изображённый на рисунке 3 ёмкостный делитель напряжения работает аналогично резистивному делителю, но рассчитывается несколько иначе, поскольку реактивное сопротивление конденсаторов обратно пропорционально их ёмкости:

R

c = 1/(2 * π * f * C)

Здесь R_c — реактивное сопротивление конденсатора;
π — число Пи = 3,14159…;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
C — ёмкость конденсатора, Фарад.

То есть чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше его сопротивление, и следовательно в схеме делителя напряжения на конденсаторе с большей ёмкостью падение напряжения будет меньше, чем на конденсаторе с меньшей ёмкостью. Следовательно, формула (4) для ёмкостного делителя напряжения примет следующий вид:

U_С1 = U_пит * С2 / (С1 + С2)       (5)

U_С1 = 10 * 40*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 8 В,
U_С2 = 10 * 10*10^-9 / (10*10^-9+40*10^-9) = 2 В.

Индуктивный делитель напряжения (рис. 4.) так же как и ёмкостный требует для своей работы синусоидальное питающее напряжение.

Рис. 4. Индуктивный делитель напряжения в цепи переменного тока.

Поскольку реактивное сопротивление катушки индуктивности в цепи переменного тока пропорционально номиналу катушки:

R_L = 2 * π * f * L

Здесь R_c — реактивное сопротивление катушки индуктивности;
π — число Пи = 3,14159. ..;
f — частота синусоидального напряжения, Гц;
L — индуктивность катушки, Генри.

То следовательно и формула для расчёта индуктивного делителя напряжения будет точно такой же, как и формула для расчёта резистивного делителя напряжения (4), где вместо сопротивлений будут использоваться индуктивности:

U_L1 = U_пит * L1 / (L1 + L2)       (6)

Подставив в эту формулу параметры элементов из рисунка 4, получим:

U

L1 = 10 * 10*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 2 В,
U_L2 = 10 * 40*10^-6 / (10*10^-6+40*10^-6) = 8 В.

В заключении следует отметить, что во всех расчётах величина нагрузки была принята равной бесконечности, поэтому полученные значения верны при работе рассмотренных делителей на сопротивление нагрузки, во много раз большее, чем величина собственных сопротивлений.

BACK

Делители напряжения емкосные

Заголовок: 

ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ЕМКОСНЫЕ

Делители напряжения ёмкостные используются для понижения высокого напряжения. Делители напряжения входят в состав емкостных трансформаторов с напряжением 110, 220, 330, 500, 750 кВт. Делители ёмкостные состоят из конденсаторов, которые обеспечивают понижение высоковольтного напряжения для питания электромагнитного устройства и осуществляющих высокочастотную связь на частотах от 24 до 1000 кГц по линиям электропередач переменного тока с частотой 50 Гц. Конденсаторы и делители напряжения изготавливаются по государственным стандартам, имеют международный стандарт ISO 9001:2000. Вся продукция конденсаторного завода проходит испытания в испытательном центре, аккредитованном в системе аккредитации РК №KZ.И.07.0665. Сочетание цены закупки ДНЕ и КПД в трансформаторах напряжения указывает, что делители целесообразно применять при напряжениях выше 110 кВ. При напряжениях 400 кВт и выше стоимость емкостного делителя примерно в 2 раза ниже стоимости каскадного трансформатора напряжения.

 

При напряжении ниже 110 кВт использование делителя напряжения не дает ощутимого экономического эффекта. Наличие конденсаторов делителя создает возможность в ЛЭП феррорезонансных явлений на основных и низших частотах (суб гармониках). В результате таких явлений могут возникать перенапряжения, которое может привести сгоранию изоляции и ложных срабатываний защиты ДНЕ. А так же возможно повреждение приборов, при не соблюдении схем подключения делителей емкостных теряет эффективное ограничение эти перенапряжений. Работа делителя напряжения зависит от изменения частоты тока измеряемого напряжения, возможны нарушения условия резонанса напряжения тока. Делители напряжения удовлетворяют требованиям ГОСТА 1983-2001 и ТУ 3414-009-05758055-05 и МЭК 358.

Делители напряжения состоят из конденсаторов, обеспечивающих понижение высокого напряжения, питание электромагнитного устройства и осуществляющих высокочастотную связь на частотах от 36 до 750 кГц в линиях электропередач переменного тока частоты 50 Гц. Длина пути утечки внешней изоляции делителей соответствует степени загрязнения 1 и 2 (Б) по ГОСТ 9920-89. Делители напряжения выдерживают суммарную механическую нагрузку на изгиб в соответствии с требованиями ГОСТ 1983-2001. Делители в сейсмостойком исполнении выдерживают 7 баллов по шкале MSK-64. Делитель предназначен для установки на бак электромагнитного устройства.

Делители напряжения ёмкостные (ДНЕ) имеют две комплектации емкостных трансформаторов

ДОСИ — делитель напряжения для отбора мощности связи измерительных цепей, имеет промежуточное напряжение для всех классов 12,064 кВт. Климатическое исполнения конденсаторов УХЛ1 по ГОСТ 15150.

СМАИ — конденсатор в фарфоровой армированной покрышкой, конденсатор связи для устройств средств измерения, конденсатор связи для устройств отбора мощности и средств измерения. Делители напряжения емкостные комплектуются конденсаторами СМАОИ-110/v3 (166/v3, 188/v3) и СМАИ-110/v3 (166/v3, 188/v3). ДОСИ на напряжение 500 и 750 кВт снабжаются электростатическим экраном.

Наше предложение

Компания ООО «Росрезинотехника» предлагает свои услуги в сфере реализации делителей напряжения емкостных, стандартного исполнения и не стандартного с отступлениями в сторону требований заказчика. Вся продукция сертифицирована в соответствия с международным стандартом действительным на территориях стран СНГ.

Емкостный делитель — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Емкостный делитель — напряжение

Cтраница 3

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 9) заключается в следующем.  [32]

Принцип действия емкостного делителя напряжения ( рис. 6 — 7) заключается в следующем. Если между проводом линии и землей включить несколько последовательно соединенных конденсаторов, то напряжение линии относительно земли ( фазное напряжение) распределится между конденсаторами обратно пропорционально их емкости.  [33]

Применяемые на выключателях емкостные делители напряжения также должны отвечать весьма высоким техническим требованиям. Прежде всего конструктивное исполнение конденсаторов должно быть таково, чтобы они выдерживали не только наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на отдельных блоках шунтирующего резистора в процессе отключения выключателя, либо напряжения, адекватные испытательным воздействиям на выключатели данного класса напряжений; помимо этого, они должны выдерживать и наибольшие напряжения, которые могут возникнуть на одном или нескольких дуго-гасительных разрывах, контакты которых при выключении смыкаются последними. Координация изоляции выключателя должна быть такой, чтобы уровень изоляции конденсаторов соответствовал электрической прочности одного дугогасительного разрыва, находящегося в полностью отключенном положении, а эта прочность, в свою очередь, была выше напряжения перекрытия изоляции по наружной поверхности.  [34]

Для чего служат резисторные и емкостные делители напряжения и как их рассчитывают.  [35]

При применении на выключателе емкостного делителя напряжения коэффициент неравномерности распределения напряжения может определяться на промышленной частоте, но когда для этой цели выбраны резисторы, измерения следует осуществлять при заданной частоте восстанавливающегося напряжения, так как сопротивление резисторов не зависит от частоты.  [36]

На более высоких частотах используются емкостные делители напряжения, градуировка которых не должна зависеть от частоты.  [38]

Таким образом, коэффициенты передачи емкостных делителей напряжения и тока являются вещественными величинами не зависящими от частоты.  [40]

Особенностью схемы Колпитца является наличие емкостного делителя напряжения, который определяет коэффициент обратной связи по напряжению.  [42]

Прибор работает в комплекте с емкостным делителем напряжения.  [43]

Конденсаторы С и С2 контура образуют емкостный делитель напряжения, действующего между точками аб. Схема с такой емкостной связью находит применение в диапазоне длинных волн.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Чисто емкостные делители напряжения | Измерения на высоком напряжении

Страница 15 из 39

У чисто емкостных делителей напряжения различают два принципиально разных конструктивных исполнения. У первого типа исполнения высоковольтная часть состоит из сосредоточенной емкости С1, изоляция которой рассчитана на полное напряжение, подлежащее измерению (рис. 48). Между напряжением на входе u1(t) и на выходе и2(1) существует независящее от частоты соотношение

Рис. 48. Емкостный делитель напряжения без учета емкостей на землю.

Рис. 49. Емкостный делитель напряжения для очень высоких напряжений (емкость верхнего плеча С, образуется паразитной емкостью электрода на крышу кабины).

Для очень высоких напряжений высоковольтная емкость С1 образуется электродом, связанным с высоковольтной измеряемой цепью, и вторым электродом, соединенным с низковольтной частью, конструктивно выполненной в виде измерительной кабины [Л. 85, 101—104].
На рис. 49 электроннолучевой осциллограф находится внутри измерительной кабины и короткими проводниками электрически соединен с низковольтной емкостью.

Благодаря малой величине высоковольтной ёмкости C1значения С2 оказываются также небольшими, поэтому передаточное отношение сильно зависит от нагрузки. Низковольтная емкость представляет собой сумму емкостей: собственно измерительной С2, соединительного кабеля к электроннолучевому осциллографу и входной емкости последнего.

Рис. 50. Емкостный делитель напряжения на 60 кВ.

Рис. 51. Схема емкостного делителя напряжения по рис. 50.
1— высоковольтная обкладка; 2 — общая обкладка ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ и низковольтной емкостей; 3— заземляемая обкладка низковольтной части; 4 — дополнительные емкости для регулирования передаточного отношения.

Делитель на рис. 49 незначительно влияет на цепь высокого напряжения, так как практически представляет собой только часть заряжающейся паразитной емкости высоковольтной цепи. Незначительное влияние на измеряемую цепь приводит в свою очередь к колебаниям величины высоковольтной емкости C1 в зависимости от места установки или соседних предметов, так что практически измерительное устройство всегда нужно вновь градуировать.
Достоинством делителя напряжения по рис. 49 является малая стоимость изоляции высоковольтной емкости.

Пример практического выполнения емкостного делителя напряжения с сосредоточенной высоковольтной емкостью показан на рис. 50.

Высоковольтная и низковольтная емкости образованы тремя коаксиально расположенными, цилиндрическими металлическими электродами (рис. 51). В качестве диэлектрика использованы глубокий вакуум и стекло с малыми потерями. Передаточное отношение регулируется в широких пределах подключением к емкости С2 низковольтных конденсаторов в нижней части делителя. Делитель напряжения предназначен для напряжений до 60 кВ; подключением дополнительной емкости можно расширить диапазон напряжений до 120 кВ. Влияние на измеряемую цепь здесь очень мало, так как входная емкость делителя напряжении всего 4 пФ, а при расширении диапазона измерений— только 2 пФ. Нижняя предельная частота определяется нагрузкой, создаваемой низковольтной емкостью С2 и активным входным сопротивлением электроннолучевого осциллографа

При необходимости нижнюю предельную частоту можно снизить непосредственным подключением делителя напряжения к отклоняющим пластинам электроннолучевого осциллографа. Верхняя предельная частота делителя напряжения определяется его собственной резонансной частотой, которая благодаря малой индуктивности коаксиальной конструкции превышает 200 МГц, так что здесь слабым звеном является только показывающий измерительный прибор.                      ·
Точный емкостный делитель напряжения, применяемый для градуировочных целей, описан в [Л, 107, 108]. Коаксиальная конструкция с защитными кольцами, а также применение образцовых конденсаторов обычного типа гарантируют получаемое путем измерения или вычисления передаточное отношение порядка 1 000 с точностью в несколько десятых процента. Этот делитель напряжения пригоден для измерения импульсных напряжений до 350 кВ. Его верхняя предельная частота достигает 8 МГц.

Для измерений в лаборатории напряжений до нескольких десятков киловольт можно рекомендовать конструкцию, приведенную на рис. 52. В качестве емкости C1 применен короткий отрезок кабеля с полиэтиленовой изоляцией и с массивной внутренней жилой. Электрически сильно нагруженные места разгружаются посредством утолщений у изоляции. Конец полиэтиленовой изоляции, обращенный к цепи высокого напряжения, имеет углубления для увеличения длины пути скользящего разряда и снижения тока утечки. Перемещением внутренней жилы кабеля и подключением дискового конденсатора с малой индуктивностью к емкости С2, равной сумме входной емкости пробника электроннолучевого осциллографа и геометрической емкости между заземленным внешним цилиндром и общей обкладкой, можно варьировать передаточное отношение.

Рис. 52. Емкостный делитель напряжения, применяемый для расширения диапазона измерений пробников.
1— высоковольтный электрод, 2 —общая обкладка высоковольтной и низковольтной емкостей; 3 — заземляемая обкладка; 4 — полиэтилен; 5 — пробник.
Рис. 53. Схема замещения емкостного делителя напряжения с распределенными емкостями по отношению к земле.
Рис. 54. Упрощенная схема замещения емкостного делителя напряжения с распределенными емкостями на землю.

Чтобы защитить самые чувствительные места делителя напряжения от поверхностных разрядов, полиэтиленовую изоляцию со стороны, обращенной к пробнику, немного рассверливают и получившееся полое пространство заливают силиконовым или трансформаторным маслом.
У второго типа емкостного делителя высоковольтная емкость C1 состоит из большого числа последовательно соединенных отдельных конденсаторов. Как и у омических делителей напряжения, здесь можно составить схему замещения, учитывая емкости на землю С3 (рис. 53).

У этого делителя емкости по отношению к земле также искажают передаточное отношение, однако это искажение не зависит от частоты. Если предположить, что как это бывает в действительности, и что С3<С1, то схему замещения на рис. 53 можно упростить, как это показано на рис. 54 [Л. 100]. Для переходных и стационарных процессов передаточное отношение этой схемы с достаточной степенью точности может быть вычислено по формуле

Например, для случая С1 = 3С3 погрешность в коэффициенте передачи по сравнению с номинальным передаточным отношением (без учета емкостей по отношению к земле) составляет около 5%.
Приведенное выше уравнение для передаточного отношения справедливо для частот до 1 МГц. При более высоких частотах индуктивностями элементов схемы уже нельзя пренебрегать. Даже когда индуктивность подводящих проводов может быть уменьшена посредством различных конструктивных мероприятий, чисто емкостный делитель напряжения по рис. 53 остается непригодным для измерений импульсов с крутым фронтом из-за возникновения волновых колебаний.

ЕМКОСТНОЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике измерений высоких импульсных напряжений и может быть использовано для регистрации высоковольтных импульсов наносекундной длительности.

Известен емкостный делитель напряжения (Патент №1151095 РФ, МПК G01R 15/04. Емкостный делитель импульсов высокого напряжения наносекундной и субнаносекундной длительности. Желтов К.А., Петренко А.Н. 3530361/21. Заявлено 29.12.82. Опубликовано 20.04.1996), установленный на внешнем кондукторе высоковольтной передающей линии и содержащий высоковольтное и низковольтное плечи. Емкость конденсатора низковольтного плеча образована внутренним кондуктором (измерительным электродом делителя) низкоомной конической коаксиальной линии и заземленным внешним кондуктором передающей высоковольтной линии. Емкость конденсатора высоковольтного плеча образована плоскостью торца внутреннего кондуктора конической линии и внутренним кондуктором высоковольтной передающей линии (высоковольтным электродом).

Недостатками данного делителя являются невозможность использования его в высоковольтных устройствах с газовой изоляцией, находящейся под высоким давлением, в вакуумных камерах, а также малая длительность регистрируемых импульсов (всего несколько наносекунд).

Наиболее близким к заявляемому является емкостный делитель напряжения (Зайцев В.И., Олейник Г.М., Ямпольский И.Р. Наносекундный датчик напряжения // ПТЭ. 1984. №2. С. 109-111), содержащий герметичный корпус. Низковольтное плечо делителя содержит низкоиндуктивный фольговый конденсатор, выполненный в виде трехслойной ленты (две полосы алюминиевой фольги, разделенные фторопластовой пленкой), уложенной гармошкой за один оборот вокруг измерительного электрода. Один вывод конденсатора соединен с измерительным электродом делителя, другой вывод соединен с его корпусом. Высоковольтное плечо образовано емкостью между высоковольтным электродом и измерительным электродом делителя.

Недостатками этого делителя также является невозможность использования его в линиях с газовой изоляцией, находящейся под высоким давлением, вакуумных камерах, низкая технологичность изготовления и недостаточное временное разрешение (около 2 нс) для работ с генераторами высоковольтных импульсов длительностью менее 2 нс.

При создании данного изобретения решалась задача создания емкостного делителя высоких напряжений для регистрации наносекундных импульсов напряжения в высоковольтных устройствах с любым видом изолирующей среды.

Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей делителя за счет обеспечения его работы в жидком диэлектрике, в газе, находящемся под высоким давлением, и возможности изменения емкости фольгового конденсатора, а также за счет повышения технологичности его сборки и ремонта и улучшения временного разрешения.

Дополнительным техническим результатом является повышение термостойкости делителя, что дает возможность работы делителя в условиях повышенных температур и вакуума.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным емкостным делителем напряжения, содержащим металлический корпус, высоковольтное и низковольтное плечи, высоковольтное плечо образовано емкостью между высоковольтным электродом и измерительным электродом делителя, низковольтное плечо выполнено в виде многослойного фольгового конденсатора, один вывод конденсатора соединен с измерительным электродом делителя, другой вывод соединен с его корпусом, корпус делителя выполнен герметичным, новым является то, что корпус делителя выполнен разъемным и состоит из патрубка и крышки, при этом в корпусе дополнительно установлен узел передачи сигнала в измерительный тракт, причем узел представляет собой однородную передающую линию, состоящую из высокочастотного разъема и пар наружных и внутренних коаксиальных проводников, соединенных с использованием цанговых контактов, а в одной из пар между разъемом и измерительным электродом герметично установлен керамический диск, высокочастотный разъем установлен в крышке, многослойный фольговый конденсатор выполнен в виде чередующихся потенциальных и заземленных кольцевых шайб из фольги, между которыми проложены диэлектрические кольцевые шайбы, измерительный электрод закреплен на торце патрубка, имеет Т-образное сечение и содержит дисковый участок, обращенный к высоковольтному электроду, а также стержневой выступ, подключенный к узлу передачи сигнала в измерительный тракт, внутренняя поверхность патрубка содержит приторцевой цилиндрический участок, потенциальные шайбы надеты с натягом на стержневой выступ, а заземленные шайбы вставлены с натягом в цилиндрический участок патрубка.

Кроме того, заземленные шайбы содержат, по меньшей мере, три радиальных выступа, радиальные выступы образованы лысками на боковой поверхности шайб.

Диэлектрические кольцевые шайбы могут быть выполнены из лавсановой пленки толщиной 0.02-0.05 мм.

Диэлектрические кольцевые шайбы могут быть выполнены из слюды толщиной 0.02-0.05 мм.

Потенциальные шайбы надеты с натягом на стержневой выступ по посадке H8/z8, и заземленные шайбы вставлены с натягом в цилиндрический участок патрубка по посадке H8/z8.

Потенциальные и заземленные шайбы выполнены из нержавеющего металла или имеют нержавеющее покрытие.

Керамический диск выполнен из корундовой керамики.

Выполнение корпуса делителя разъемным, из патрубка и крышки, позволяет расположить фольговый конденсатор низковольтного плеча в патрубке вплотную к измерительному электроду, а высокочастотный разъем и узел передачи сигнала в крышке, что дает возможность оперативно и многократно производить разборку и ремонт делителя в случае пробоя или механического повреждения изоляции и обкладок конденсатора низковольтного плеча, а также при необходимости изменять емкость конденсатора. Расположение конденсатора низковольтного плеча вплотную к измерительному электроду необходимо для обеспечения максимального временного разрешения делителя при регистрации импульсов наносекундной длительности.

Установка в корпусе дополнительного узла, представляющего собой однородную передающую линию, состоящую из высокочастотного разъема и пар наружных и внутренних коаксиальных проводников, соединенных с использованием цанговых контактов, позволяет улучшить временное разрешение за счет передачи высокочастотного регистрируемого сигнала с вывода фольгового конденсатора низковольтного плеча в измерительный тракт без искажений, а также осуществлять быстрое и качественное подключение к делителю кабелей, передающих регистрируемый сигнал на осциллограф или другое средство регистрации. При этом протяженность передающей линии может многократно превышать поперечные размеры делителя, что дает возможность размещать измерительный электрод и фольговый конденсатор низковольтного плеча в самых труднодоступных местах. Применение цанговых соединений значительно облегчает процесс разборки и сборки делителя.

Герметичная установка изолирующего керамического диска в одной из пар между разъемом и измерительным электродом обеспечивает возможность работы делителя при наличии высокого давления (до 5 МПа и выше) газового или жидкого диэлектрика со стороны измерительного электрода. Такая возможность обусловлена высокой механической прочностью, например, корундовой керамики типа ВК94-1. При этом керамический диск с припаянными к нему коаксиальными проводниками является участком передающей линии, что позволяет осуществлять передачу проходящего через него наносекундного импульса без искажений.

Наличие стержневого выступа у измерительного электрода Т-образного сечения и приторцевого цилиндрического участка патрубка дает возможность обеспечить электрическое соединение потенциальных и заземленных кольцевых шайб из фольги с измерительным электродом и корпусом делителя соответственно за счет того, что потенциальные шайбы надеты с натягом на стержневой выступ, а заземленные шайбы вставлены с натягом в цилиндрический участок патрубка. Величина натяга определяется посадкой Н8/z8, которая одновременно обеспечивает качественный контакт сопрягаемых деталей и отсутствие их заклинивания при разборке делителя. Дисковый участок измерительного электрода образует емкость между измерительным и высоковольтным электродами, достаточную для регистрации высоковольтного импульса с малым уровнем помех.

В отличие от делителя по прототипу, фольговый конденсатор содержит в качестве изоляции между обкладками диэлектрические плоские кольцевые шайбы. При сборке конденсатора шайбы подвергаются только сжатию и не испытывают усилий изгиба или другого вида деформации. Поэтому в заявляемом делителе могут применяться диэлектрические шайбы как из пластических пленок (фторопласт, лавсан, полипропилен и т.д.), так и из сравнительно хрупких материалов, например из слюды. Слюда выдерживает без разрушения высокие температуры, что позволяет применять заявляемый делитель в условиях повышенных температур и производить его отжиг для работы в условиях вакуума в ускорительных трубках или других вакуумных устройствах.

Таким образом, в данном изобретении реализуется указанный технический результат.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемого емкостного делителя напряжения.

На фиг. 2 показана конструкция фольгового конденсатора в заявляемом емкостном делителе напряжения.

На фиг. 3 показана осциллограмма напряжения, зарегистрированная при помощи заявляемого делителя. Развертка по горизонтали — 2 нс/деление.

На чертежах обозначены следующие элементы:

1 — заземленный корпус высоковольтного устройства;

2 — высоковольтный электрод;

3 — измерительный электрод:

4 — патрубок;

5, 6 — изоляторы;

7 — дисковый торцевой участок измерительного электрода;

8 — стержневой выступ измерительного электрода;

9 — цанговый контакт;

10 — высокочастотный разъем BNC-7026;

11 — пары наружных и внутренних коаксиальных проводников;

12 — керамический диск;

13 — крышка;

14, 15, 16 — цанговые контакты:

17 — многослойный фольговый конденсатор;

18 — потенциальные кольцевые шайбы из фольги;

19 — заземленных кольцевые шайбы из фольги;

20 — диэлектрические кольцевые шайбы;

21 — приторцевой цилиндрический участок патрубка;

22 — изолирующая среда.

Заявляемый емкостный делитель напряжения установлен на заземленном корпусе 1 высоковольтного устройства и служит для регистрации импульсов высокого напряжения на высоковольтном электроде 2. Делитель содержит измерительный электрод 3, установленный в патрубке 4 между изоляторами 5 и 6. Дисковый торцевой участок 7 измерительного электрода 3 обращен к высоковольтному электроду 2 и образует с ним емкость высоковольтного плеча. С обратной стороны измерительный электрод 3 имеет стержневой выступ 8, подключенный посредством цангового контакта 9 к узлу передачи сигнала, состоящему из высокочастотного разъема 10 и трех пар 11 наружных и внутренних коаксиальных проводников. Средняя пара выполнена с керамическим диском 12, герметично впаянным в радиальный зазор между проводниками. Волновое сопротивление всех трех пар и сопротивление разъема равны 50 Ом. Узел передачи сигнала расположен в крышке 13. Для простоты операций отсоединения крышки от патрубка и замены разъема используются цанговые контакты 14, 15 и 16.

Между измерительным электродом 3 и патрубком 4 корпуса делителя включен многослойный фольговый конденсатор 17, выполненный в виде чередующихся потенциальных кольцевых шайб 18 и заземленных шайб 19 из фольги, между которыми проложены диэлектрические кольцевые шайбы 20. Потенциальные шайбы надеты с натягом на стержневой выступ 6 измерительного электрода, а заземленные шайбы вставлены с натягом в цилиндрический участок 21 патрубка 4.

Принцип работы заявляемого емкостного делителя заключается в делении напряжения, поданного на электрод 2, между емкостями высоковольтного и низковольтного плеч обратно пропорционально величине этих емкостей. Высоковольтное плечо образовано емкостью между измерительным электродом 3 и высоковольтным электродом 2 (около 0.05 пФ), низковольтное плечо — емкостью конденсатора 17, которая может варьироваться в широких пределах (от 0 до десятков нанофарад) путем изменения количества фольговых и изоляционных кольцевых шайб. Соответственно, коэффициент деления может быть равным примерно 10⁴-10⁵. Сигнал, полученный после деления высоковольтного импульса, поступает на высокочастотный разъем BNC-7026, к которому подключается измерительный кабель с сопротивлением 50 Ом.

Благодаря низкой индуктивности конденсатора 17, малому времени пробега сигнала по его обкладкам (доли наносекунды), а также тому, что сигнал с конденсатора 17 непосредственно поступает на узел передачи сигнала, представляющий собой однородную линию сопротивлением 50 Ом, обеспечивается лучшее временное разрешение по сравнению с делителем по прототипу.

При помощи заявляемого делителя напряжения была произведена регистрация импульсов напряжения зарядки формирующей линии в мегавольтном ускорителе (в качестве изолирующей среды 22 был использован азот под давлением 4 МПа) и получена осциллограмма напряжения, показанная на фиг. 3. Передний фронт импульса соответствует зарядке линии, срез — ее быстрой разрядке. Длительность среза не превышает 0.7 нс, что в три раза меньше, чем на осциллограмме, полученной при помощи делителя по прототипу.

Емкостный делитель напряжения ДНЕ-1000/400 паспорт

I. Введение

Емкостный делитель напряжения высокочастотный является значимым элементом всей системы; главным образом, применяется для измерения эффективных значений, среднеквадратичных значений напряжения, для измерения уровня частичных испытуемых трансформаторов.

II. Типы исполнений

Соответствует следующим стандартам:

JB/T563 —— технические требования к емкостным делителям напряжения

JB/T8169 ——конденсатор связи и емкостный делитель 

III. Условия эксплуатации оборудования

Высота над уровнем моря	≤1000 м
Температурный диапазон для высоковольтных элементов	— 10℃~+40℃
Относительная влажность воздуха в основном помещении	≤90% (при 20℃)
Условия эксплуатации	Внутри помещения
Форма переменного напряжения питания должна быть синусоидальной с коэффициентом нелинейных искажений	<3%
Надежное заземление с сопротивлением цепи заземления	<0. 5Ом

Безопасное  расстояние от окружающих объектов (см. табл.)

Напряжение	50	100	200	300	400	500	600	800	1000	1200	1600
Безопасное Расстояние (м)	0. 5	1	2	3	4	5	5.5	7	10	11	13

IV. Технические параметры

Частота	50-300 Гц
Номинальная емкость	1000пФ
Номинальное напряжение	400кВ
Коэффициент диэлектрических потерь (tgδ)	≤0. 4% (Частота <50Гц)
Уровень частичных разрядов	≤5пКл (<номинального напряжения)
Отклонение емкости высоковольтного плеча	≤ 1%
Уровень изоляции	110% номинального напряжения в течение 1 минуты
Коэффициент деления	40000:1(Выходное напряжение для низковольтного плеча <10В переменного тока)
Рабочий цикл	60 минут (< обычных рабочих условий)
Конструкция: Электроизоляционная промасляная бумага. С защитным экраном в верхней части, база, подвижная рама, низковольтное плечо и т.д.Делитель применяется в качестве измерителя уровня частичных разрядовв конденсаторе связи.

V. Эксплуатация

1. Делитель должен быть надежно заземлен.

2. Проверить правильность подключения низковольтного плеча. Проверить коэффициент деления. Если устройство не использовалось долгое время, выполнить калибровку.

3. Испытательная площадка должна быть пригодна для эксплуатации делителя.

4. Делитель необходимо постоянно осматривать и поверять.

5. Высоковольтный ввод и поверхность трубчатой растяжки должны быть без  повреждений.

VI. Обслуживание и транспортировка

1. Делитель напряжения необходимо содержать в чистом помещении. Регулярно очищать от пыли, если устройство не используется.

2. Если делитель не применяется в течение долгого времени, поверхность дополнительных элементов и кабельного ввода  необходимо регулярно проверять и очищать от пыли.

3. Во время транспортировки делитель необходимо зафиксировать, закрепить все элементы и упаковать. Во время транспортировки не допускается сильных ударов.

4. При перемещении целой системы в первую очередь необходимо проверить поверхность трубчатой растяжки. Проверить зафиксированы ли дополнительные элементы. Аккуратно установить делитель на  ровную поверхность.

5. При наличие поломок без установленных причин свяжитесь с поставщиком.

VII. Схема монтажа (см. ниже）

2-основание

3, 6, 8- высоковольтные секции

4- трубчатая растяжка

5, 7 – защитный экран

VIII. Прилагаемая документация

1. Инструкция по эксплуатации емкостного делителя напряжения 1 шт.

2. Схема монтажа емкостного делителя напряжения 1 шт.

3. Отчет испытаний емкостного делителя напряжения 1 шт.

4. Сертификат качества 1 шт.  

Емкостный делитель напряжения | Распределение напряжения в конденсаторах

Введение

В схеме делителя напряжения напряжение питания или напряжение цепи распределяется между всеми компонентами в цепи равномерно, в зависимости от емкости этих компонентов.

Конструкция цепи емкостного делителя напряжения такая же, как и схема резистивного делителя напряжения. Но, как и резисторы, на схему емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты, даже если в ней используются реактивные элементы.

Конденсатор — это пассивный компонент, который накапливает электрическую энергию в металлических пластинах. Конденсатор имеет две пластины, и эти две разделены непроводящим или изолирующим материалом, например, «диэлектриком».

Здесь положительный заряд хранится на одной пластине, а отрицательный заряд — на другой пластине.

Когда на конденсатор подается постоянный ток, он полностью заряжается. Диэлектрический материал между пластинами действует как изолятор, а также препятствует прохождению тока через конденсатор.

Это сопротивление пропусканию тока через конденсатор называется реактивным сопротивлением (X _C ) конденсатора. Реактивное сопротивление конденсатора также измеряется в омах.

Полностью заряженный конденсатор действует как источник энергии, потому что конденсатор накапливает энергию и разряжает ее на компоненты схемы.

Если к конденсатору подается переменный ток, то конденсатор непрерывно заряжается и разряжает ток через свои пластины. В это время конденсатор также имеет реактивное сопротивление, которое изменяется в зависимости от частоты питания.

Мы знаем, что заряд, который хранится в конденсаторе, зависит от напряжения питания и емкости конденсатора.

Точно так же реактивное сопротивление зависит от некоторых параметров, теперь мы видим параметры, которые влияют на реактивное сопротивление конденсатора.

Если конденсатор имеет меньшее значение емкости, то время, необходимое для зарядки конденсатора, меньше, т.е. требуется меньшая постоянная времени RC. Точно так же постоянная времени RC высока для большей емкости конденсаторов.

Исходя из этого, мы заметили, что конденсатор с большей емкостью , , имеет на меньшее значение реактивного сопротивления, значение, тогда как меньшее значение емкости , , конденсатор имеет на большее значение реактивного сопротивления, . т.е. реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально значению емкости конденсатора.

X _C ∝ 1 / C

Если частота приложенного тока низкая, время зарядки конденсатора увеличивается, это указывает на высокое значение реактивного сопротивления. Таким же образом, если частота приложенного тока высокая, то реактивное сопротивление конденсатора низкое.

Отсюда видно, что реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте.

Наконец, мы можем сказать, что реактивное сопротивление (X _C ) любого конденсатора обратно пропорционально частоте (f) и значению емкости (C).

X _C ∝ 1 / f

Формула емкостного реактивного сопротивления

Мы уже знаем, что емкостное реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте и значению емкости конденсатора.Таким образом, формула для реактивного сопротивления:

X _C = 1 / 2πfC

Здесь

X _C = Реактивное сопротивление конденсатора в Ом (Ом)

f = Частота в Герцах (Гц)

C = Емкость конденсатора в фарадах (Ф)

π = числовая константа (22/7 = 3,142)

Распределение напряжения в последовательных конденсаторах

Если конденсаторы соединены последовательно, рассчитывается распределение напряжения между конденсаторами. Поскольку конденсаторы имеют разные значения напряжения в зависимости от значений емкости в последовательном соединении .

Реактивное сопротивление конденсатора, препятствующего прохождению тока, зависит от значения емкости и частоты приложенного тока.

Итак, теперь давайте посмотрим, как реактивное сопротивление влияет на конденсаторы, вычислив значения частоты и емкости. На схеме ниже показана схема емкостного делителя напряжения, в которой последовательно соединены 2 конденсатора.

[Читать: Конденсаторы в серии ]

Емкостный делитель напряжения

Два конденсатора, соединенных последовательно, имеют значения емкости 10 мкФ и 22 мкФ соответственно.Здесь напряжение в цепи равно 10В, это напряжение распределяется между обоими конденсаторами.

При последовательном соединении все конденсаторы имеют одинаковый заряд (Q), но напряжение питания (V _S ) не одинаково для всех конденсаторов.

Напряжение цепи распределяется между конденсаторами в зависимости от значений емкости конденсаторов. в соотношении V = Q / C.

Из этих значений мы должны рассчитать реактивное сопротивление (X _C ) каждого конденсатора, используя значения частоты и емкости конденсаторов.

Пример емкостного делителя напряжения №1

Теперь мы рассчитаем распределение напряжения между конденсаторами 10 мкФ и 22 мкФ, которые приведены на рисунке выше, которые имеют напряжение питания 10 В с частотой 40 Гц.

Реактивное сопротивление конденсатора 10 мкФ,

X _C1 = 1 / 2πfC1 = 1 / (2 * 3,142 * 40 * 10 * 10-6) = 400 Ом

Реактивное сопротивление конденсатора 22 мкФ,

X _C \ 2 = 1 / 2πfC2 = 1 / (2 * 3,142 * 40 * 22 * ​​10-6) = 180 Ом

Общее емкостное реактивное сопротивление цепи равно,

X _C = X _C1 + X _C2 = 400 Ом + 180 Ом = 580 Ом

C _T = C1C2 / (C1 + C2) = (10 * 22 * ​​10-12) / (32 * 10-6) = 6. 88 мкФ

X _CT = 1 / 2πfC _T = 1 / (2 * 3,142 * 40 * 6,88 * 10-6) = 580 Ом

Ток в цепи,

I = V / X _C = 10 В / 580 Ом = 17,2 мА

Теперь падение напряжения на каждом конденсаторе составляет

В _C1 = I * X _C1 = 17,2 мА * 400 Ом = 6,9 В

В _C2 = I * X _C2 = 17,2 мА * 180 Ом = 3,1 В

Пример емкостного делителя напряжения №2

Теперь мы рассчитаем падение напряжения на конденсаторах 10 мкФ и 22 мкФ, которые соединены последовательно и работают с напряжением питания 10 В с частотой 4000 Гц (4 КГц) частота.

Реактивное сопротивление конденсатора 10 мкФ,

X _C1 = 1 / 2πfC1 = 1 / (2 * 3,142 * 4000 * 10 * 10-6) = 4 Ом

Реактивное сопротивление конденсатора 22 мкФ,

X _C \ 2 = 1 / 2πfC2 = 1 / (2 * 3,142 * 4000 * 22 * ​​10-6) = 1,8 Ом

Общее емкостное реактивное сопротивление цепи равно,

X _C = X _C1 + X _C2 = 4 Ом + 1,8 Ом = 5,8 Ом

C _T = C1C2 / (C1 + C2) = (10 * 22 * ​​10-12) / (32 * 10-6) = 6,88 мкФ

X _CT = 1 / 2πfC _T = 1 / (2 * 3. 142 * 4000 * 6,88 * 10-6) = 5,8 Ом

Ток в цепи равен,

I = V / X _CT = 10 В / 5,8 Ом = 1,72 А

Теперь, падение напряжения на каждом конденсаторе равно,

В _C1 = I * X _C1 = 1,72 А * 4 Ом = 6,9 В

В _C2 = I * X _C2 = 1,72 А * 1,8 Ом = 3,1 В

Из вышеизложенного Два примера, мы можем сделать вывод, что конденсатор с более низким значением (10 мкФ) будет заряжаться до более высокого напряжения (6,9 В), а конденсатор с более высоким значением (22 мкФ) будет заряжаться до более низкого уровня напряжения (3.1В).

Наконец, сумма двух значений падения напряжения на конденсаторах равна напряжению питания (т.е. 6,9 В + 3,1 В = 10 В). Эти значения напряжения одинаковы для всех значений частоты, поскольку падение напряжения не зависит от частоты.

Падения напряжения на двух конденсаторах одинаковы в обоих примерах, где частота разная. Частота составляет 40 Гц или 40 кГц, падение напряжения на конденсаторах одинаково в обоих случаях.

Ток, протекающий по цепи, изменяется в зависимости от частоты.Ток будет увеличиваться с увеличением частоты, он составляет 17,2 мА для частоты 40 Гц, но равен 1,72 А для частоты 4KHZ, то есть ток увеличится почти в 100 раз при увеличении частоты с 4 Гц до 4KHZ.

Наконец, мы можем сказать, что ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален частоте (I α f).

Сводка

• Противодействие протеканию тока в конденсаторе известно как реактивное сопротивление (XC) конденсатора. На это емкостное реактивное сопротивление влияют такие параметры, как значение емкости, частота напряжения питания, а также эти значения обратно пропорциональны реактивному сопротивлению.
• Схема делителя переменного напряжения распределяет напряжение питания на все конденсаторы в зависимости от их значения емкости.
• Эти падения напряжения на конденсаторах одинаковы для любой частоты напряжения питания. т.е. падение напряжения на конденсаторах не зависит от частоты.
• Но текущий ток зависит от частоты, а также эти два значения прямо пропорциональны друг другу.
• Но в схемах делителя напряжения постоянного тока вычислить падение напряжения на конденсаторах — непростая задача, поскольку оно зависит от значения реактивного сопротивления, поскольку конденсаторы блокируют прохождение постоянного тока через него после полной зарядки.
• Цепи емкостного делителя напряжения используются в крупных электронных устройствах. В основном используются в емкостных чувствительных экранах, которые изменяют свое выходное напряжение при прикосновении пальца человека.
• А также используется в трансформаторах для увеличения падения напряжения, где обычно сетевой трансформатор содержит микросхемы и компоненты с низким падением напряжения.
• Наконец, нужно сказать, что в схеме делителя напряжения падение напряжения на конденсаторах одинаково для всех значений частоты.

Емкостной делитель напряжения | Самодельные проекты схем

В этом посте мы узнаем, как схемы емкостного делителя напряжения работают в электронных схемах, с помощью формул и решаемых примеров.

Автор: Dhrubajyoti Biswas

Что такое сеть делителя напряжения

Говоря о схеме делителя напряжения, важно отметить, что напряжение в цепи делителя равномерно распределяется между всеми существующими компонентами, связанными с сетью, хотя емкость может варьироваться в зависимости от состава компонентов.

Схема делителя напряжения может быть построена из реактивных компонентов или даже из постоянных резисторов.

Однако, по сравнению с емкостными делителями напряжения, резистивные делители остаются неизменными при изменении частоты в питании.

Цель данной статьи — дать подробное представление о емкостных делителях напряжения. Но для более глубокого понимания важно детализировать емкостное реактивное сопротивление и его влияние на конденсаторы на различных частотах.

Конденсатор состоит из двух параллельно расположенных токопроводящих пластин, дополнительно разделенных изолятором.Эти две пластины имеют один положительный (+) и другой отрицательный (-) заряд.

Когда конденсатор полностью заряжается постоянным током, диэлектрик [обычно называемый изолятором] блокирует ток, протекающий по пластинам.

Другая важная характеристика конденсатора по сравнению с резистором: конденсатор накапливает энергию на проводящих пластинах во время заряда, чего не делает резистор, поскольку он всегда имеет тенденцию выделять избыточную энергию в виде тепла.

Но энергия, запасенная конденсатором, передается в цепи, которые с ним связаны, в процессе его разряда.

Эта особенность конденсатора для хранения заряда называется реактивным сопротивлением и далее называется емкостным реактивным сопротивлением [Xc], для которого Ом является стандартной единицей измерения реактивного сопротивления.

Разряженный конденсатор при подключении к источнику постоянного тока реактивное сопротивление остается низким на начальной стадии.

Значительная часть тока протекает через конденсатор в течение короткого промежутка времени, что заставляет проводящие пластины быстро заряжаться, и это в конечном итоге препятствует дальнейшему прохождению тока.

Как конденсатор блокирует постоянный ток?

В резисторе, конденсаторной последовательной сети, когда период времени достигает величины 5RC, проводящие пластины конденсатора полностью заряжаются, что означает, что заряд, полученный конденсатором, равен подаче напряжения, что останавливает любой дальнейший ток поток.

Кроме того, реактивное сопротивление конденсатора в этой ситуации под действием постоянного напряжения достигает максимального состояния [мегаом].

Конденсатор в источнике питания переменного тока

Что касается использования переменного тока [AC] для зарядки конденсатора, при котором поток переменного тока всегда попеременно поляризован, конденсатор, принимающий поток, подвергается постоянной зарядке и разряду на своих пластинах.

Теперь, если у нас есть постоянный ток, нам также нужно определить значение реактивного сопротивления, чтобы ограничить поток.

Факторы для определения значения емкостного сопротивления

Если мы посмотрим на емкость, то обнаружим, что количество заряда на проводящих пластинах конденсатора пропорционально величине емкости и напряжения.

Теперь, когда конденсатор получает ток от входа переменного тока, напряжение питания постоянно изменяется в своем значении, что неизменно слишком пропорционально изменяет значение пластин.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда конденсатор имеет более высокое значение емкости.

В этой ситуации сопротивление R потребляет больше времени для зарядки конденсатора τ = RC. Это означает, что если зарядный ток протекает в течение более длительного периода времени, реактивное сопротивление регистрирует меньшее значение Xc в зависимости от заданной частоты.

Аналогично, если значение емкости конденсатора меньше, то для зарядки конденсатора требуется более короткое время RC.

Это более короткое время вызывает протекание тока в течение более короткого промежутка времени, что приводит к сравнительно меньшему значению реактивного сопротивления Xc.

Следовательно, очевидно, что при более высоких токах значение реактивного сопротивления остается небольшим, и наоборот.

Таким образом, емкостное реактивное сопротивление всегда обратно пропорционально значению емкости конденсатора.

XC -1 C.

Важно отметить, что емкость — не единственный фактор для анализа емкостного реактивного сопротивления.

При низкой частоте приложенного переменного напряжения реактивное сопротивление увеличивается по времени в зависимости от назначенной постоянной времени RC.Кроме того, он также блокирует ток, указывая на более высокое значение реактивного сопротивления.

Точно так же, если приложенная частота высока, реактивное сопротивление позволяет иметь меньший временной цикл для процесса зарядки и разрядки.

Кроме того, он также получает более высокий ток во время процесса, что приводит к более низкому реактивному сопротивлению.

Таким образом, это доказывает, что импеданс (реактивное сопротивление переменного тока) конденсатора и его величина зависят от частоты. Следовательно, более высокая частота приводит к более низкому реактивному сопротивлению и наоборот, и, таким образом, можно сделать вывод, что емкостное реактивное сопротивление Xc обратно пропорционально частоте и емкости.

Указанную теорию емкостного реактивного сопротивления можно суммировать следующим уравнением:

Xc = 1 / 2πfC

Где:

· Xc = емкостное реактивное сопротивление в Ом, (Ом)

9034 · π (pi) = числовая константа 3,142 (или 22 ÷ 7)


· = частота в герцах, (Гц)


· C = емкость в фарадах, ( F)

Емкостной делитель напряжения

Цель этого раздела — предоставить подробное объяснение того, как частота источника питания влияет на два конденсатора, подключенных друг к другу или последовательно, которые лучше называть схемой емкостного делителя напряжения.

Схема емкостного делителя напряжения

Чтобы проиллюстрировать работу емкостного делителя напряжения, обратимся к схеме выше. Здесь C1 и C2 включены последовательно и подключены к источнику переменного тока напряжением 10 вольт. Находясь последовательно, оба конденсатора получают одинаковый заряд, Q.

Однако напряжение останется разным, и оно также зависит от значения емкости V = Q / C.

Рассматривая рисунок 1.0, расчет напряжения на конденсаторе может быть определен различными способами.

Один из вариантов — определить полное сопротивление цепи и ток цепи, то есть проследить значение емкостного реактивного сопротивления на каждом конденсаторе и затем рассчитать падение напряжения на них. Например:

ПРИМЕР 1

Согласно рисунку 1.0, с C1 и C2 равными 10 мкФ и 20 мкФ соответственно, рассчитайте среднеквадратичные падения напряжения, возникающие на конденсаторе в ситуации синусоидального напряжения 10 вольт при 80 Гц.

C1 Конденсатор 10 мкФ
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10 мкФ x 10-6 = 200 Ом
C2 = конденсатор 20 мкФ
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22 мкФ x 10-6 = 90
Ом

Общее емкостное реактивное сопротивление

Xc (общее) = Xc1 + Xc2 = 200 Ом + 90 Ом = 290 Ом
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10 мкФ x 22 мкФ / 10 мкФ + 22 мкФ = 6 .88 мкФ
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6,88 мкФ = 290 Ом

Ток в цепи

I = E / Xc = 10 В / 290 Ом

Напряжение последовательно падает на обоих конденсаторах. Здесь емкостной делитель напряжения рассчитывается как:

Vc1 = I x Xc1 = 34,5 мА x 200 Ом = 6,9 В
Vc2 = I x Xc2 = 34,5 мА x 90 Ом = 3,1 В

Если значения конденсаторов различаются, тем меньше Конденсатор номинального значения может тогда заряжаться до более высокого напряжения по сравнению с конденсатором большого номинала.

В примере 1 зарегистрированный заряд напряжения составляет 6,9 и 3,1 для C1 и C2 соответственно. Поскольку расчет основан на теории напряжения Кирхгофа, общее падение напряжения для отдельного конденсатора равно значению напряжения питания.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Коэффициент падения напряжения для двух конденсаторов, которые подключены к цепи последовательного емкостного делителя напряжения, всегда остается неизменным, даже если есть частота в питании.

Следовательно, как в Примере 1, 6.9 и 3,1 вольт одинаковы, даже если частота питания максимальна от 80 до 800 Гц.

ПРИМЕР 2

Как найти падение напряжения на конденсаторе, используя те же конденсаторы, что и в примере 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10 мкФ = 2 Ом

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22 мкФ = 0,9 Ом

I = V / Xc (общее) = 10 / 2,9 = 3,45 А

Следовательно, Vc1 = I x Xc1 = 3,45 A x 2Ω = 6,9 В

And, Vc2 = I x Xc2 = 3,45 A x 0,9 Ω = 3,1 В

Поскольку соотношение напряжений остается одинаковым для обоих конденсаторов при увеличении частоты питания его влияние проявляется в уменьшении суммарного емкостного реактивного сопротивления, а также полного сопротивления цепи.

Пониженный импеданс вызывает более высокий ток, например, ток цепи при 80 Гц составляет около 34,5 мА, тогда как при 8 кГц может быть 10-кратное увеличение подачи тока, то есть примерно 3,45 А.

Таким образом, можно сделать вывод, что ток через емкостной делитель напряжения пропорционален частоте I ∝ f.

Как обсуждалось выше, в емкостных делителях, состоящих из последовательно соединенных конденсаторов, падает напряжение переменного тока.

Чтобы определить правильное падение напряжения, емкостные делители принимают значение емкостного реактивного сопротивления конденсатора.

Следовательно, он не работает как делители для постоянного напряжения, так как при постоянном токе конденсаторы задерживают и блокируют ток, что приводит к нулевому протеканию тока.

Делители могут использоваться в случаях, когда питание регулируется частотой.

Емкостный делитель напряжения используется в различных электронных устройствах, от устройства сканирования пальца до генераторов Колпитца. Он также широко используется в качестве дешевой альтернативы сетевому трансформатору, где для снижения высокого сетевого тока используется емкостной делитель напряжения.

Делители напряжения — Electronics-Lab.com

Введение

Иногда точное значение напряжения необходимо в качестве эталона или просто перед определенным этапом схемы, требующей меньшей мощности. Делители напряжения — простое решение этой проблемы, поскольку они используют тот факт, что напряжение может падать на компонентах, включенных в последовательную конфигурацию.

Самый распространенный тип делителя напряжения основан на последовательном соединении двух резисторов, мы подробно представляем этот тип конфигурации в первом разделе этого руководства.

При сохранении той же архитектуры резисторы можно заменить реактивными компонентами, такими как конденсаторы или катушки индуктивности. Эти различные типы делителей напряжения представлены в двух других разделах.

Презентация

рис 1: Изображение резистивного делителя напряжения

На рис. 1 мы представляем наиболее распространенную и простую конфигурацию резистивного делителя напряжения:

Далее мы обозначим эту конфигурацию как «R ₁ -R ₂ ».

Прежде всего, отметим, что согласно закону Кирхгофа о напряжении В ₁ + В ₂ = В _S . Это соотношение можно переписать с помощью закона Ома в виде V _S = (R ₁ + R ₂ ) × I.

Так как V ₁ = R ₁ × I, V ₂ = R ₂ × I, а I = V _S / (R ₁ + R ₂ ), получаем в Уравнение 1 следующие формулы делителя напряжения:

уравнение 1: Соотношение резистивного делителя напряжения

Интересно отметить, что оба безразмерных коэффициента для V ₁ и V ₂ в уравнении 1 могут находиться в диапазоне от 0 до 1.Как следствие, оба сигнала V ₁ и V ₂ могут находиться в диапазоне от 0V до исходного значения V _S .

С помощью программы обработки данных можно построить любое возможное значение, которое может принимать V ₁ или V ₂ в зависимости от R ₁ и R ₂ , например, как показано на рис. 2 . Для этого примера мы выбрали график V ₂ с V _S = 10 В и R ₁ , R ₂ = [0; 300] Ом.

рис 2: Карта возможных значений для V ₂

Часто источники напряжения или источники тока могут обеспечивать только фиксированное значение напряжения или тока. Однако для некоторых каскадов схемы требуются более низкие значения, чем обеспечивает источник.

Простой делитель напряжения, в котором номиналы резисторов выбраны надлежащим образом, может обеспечить любое значение напряжения от 0 В до значения источника, он представляет собой хорошее решение для ослабления источника перед определенным каскадом.

Еще одно применение резистивных делителей напряжения — измерение высоких напряжений постоянного тока.Мы проиллюстрируем этот подход на Рисунок 3 :

. рис. 3: Процесс измерения высокого постоянного напряжения

Обратите внимание, что форма резисторов добровольно изменена, чтобы отразить соотношение R ₁ / R ₂ .

Чтобы защитить вольтметр (и его пользователя) от прямого измерения высокого напряжения V _S , только небольшая часть измеряется вольтметром, соответствующим R ₂ / (R ₁ + R ₂ ) × V _S . Затем отображение корректируется путем умножения измерения на то же значение, на которое было разделено высокое напряжение.

Например, если R ₁ / R ₂ = 99, вольтметр измеряет только 1% от V _S . Затем вольтметр отобразит на экране точное значение V _S , умножив полученное значение на 100.

Делитель напряжения нагрузки

Рассмотрим теперь тот же делитель напряжения R ₁ -R ₂ , представленный на Рисунок 1 , но с дополнительным наличием нагрузки R _L на выводах R ₂ :

рис. 4: Иллюстрация резистивного делителя напряжения с наличием выходной нагрузки

Мы продемонстрируем выражение V ₂ .Прежде всего, мы выражаем эквивалентное сопротивление R _eq параллельной связи R ₂ // R _L :

Затем мы применяем формулу делителя напряжения ( Уравнение 1 ) к делителю напряжения R ₁ -R _eq :

Если мы разработаем и изменим это выражение, мы получим V ₂ как функцию от R ₁ , R ₂ , R _L и V _S . Более того, если выходная нагрузка вместо этого подключена к клеммам R ₁ , мы также можем записать выражение V ₁ аналогично, чтобы получить обе формулы для делителя напряжения нагрузки:

уравнение 2: Соотношение резистивного нагруженного делителя напряжения

Сеть делителя напряжения

Сеть делителя напряжения представляет собой объединение трех или более последовательно соединенных резисторов, которые действуют как делитель напряжения.На следующем рисунке , рис. 5 , мы проиллюстрировали схему делителя напряжения с пятью резисторами:

рис 5: Схема резистивного делителя напряжения сети

Если мы обратим внимание на серию R = R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₅ эквивалентное сопротивление для последовательного объединения резисторов, каждое напряжение определяется уравнением 3 :

уравнение 3: Выражения для напряжений в сети делителя напряжения

Для сети делителя напряжения с резисторами N, Уравнение 3 остается в силе с серией R = R ₁ + R ₂ +… + R _N .

Нам нужно завершить разделы, посвященные резистивным делителям напряжения, заявив, что они очень неэффективны , потому что резисторы рассеивают мощность за счет нагрева Джоуля . По очевидным причинам безопасности, связанным с этими потерями мощности, они используются только для приложений с низким энергопотреблением, таких как, например, в микроэлектронике для управления MOSFET и биполярными усилителями.

Для приложений большой мощности предпочтительны делители реактивного напряжения, поскольку они не сильно рассеивают мощность из-за джоулева нагрева.

Делители реактивного напряжения

Альтернативные делители напряжения могут быть основаны на конденсаторе или катушке индуктивности вместо резистора, они известны как делители реактивного напряжения .

Делители напряжения емкостные

Емкостные делители напряжения основаны на той же архитектуре, которая была представлена ​​ранее в Рис. 1 , путем замены резисторов конденсаторами. Поскольку реактивное сопротивление конденсаторов составляет 1 / Cω , емкостные делители напряжения работают только в режиме переменного тока.

Преимущество использования конденсаторов заключается в том, что они представляют гораздо меньшие потери мощности на высоких частотах, чем резисторы. Действительно, мы видели в специальном руководстве по сопротивлению переменному току, что импеданс переменного тока имеет тенденцию становиться намного выше, чем импеданс постоянного тока для высоких частот из-за скин-эффекта .

Кроме того, емкостные делители напряжения обычно используются для напряжений выше 100 кВ по среднеквадратическому значению. Причина в том, что резистивные делители напряжения рассеивают слишком много тепла для высоких напряжений, в то время как идеальные или почти идеальные конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля и выделяют ее в цепи.

Рис. 6: Изображение емкостного делителя напряжения

Если обозначить V ₁ , V ₂ и V _S среднеквадратичными значениями напряжений, легко снова продемонстрировать, что они подчиняются аналогичным отношениям, представленным в Уравнение 1 . Однако, поскольку импеданс здесь пропорционален 1 / C, индексы числителя меняются:

уравнение 4: Соотношение емкостного делителя напряжения

Схема, аналогичная Рис. 3 путем замены резисторов конденсаторами подходит для измерения высоких напряжений переменного тока.Поскольку падение напряжения в конденсаторе пропорционально 1 / C, большое падение напряжения произойдет в конденсаторе малой емкости C ₁ :

рис.7: Процесс измерения высокого переменного напряжения

Индуктивные делители напряжения

Мы не встречаем в литературе термина «индуктивный делитель напряжения», а скорее называем эту схему автотрансформатором . Автотрансформатор представляет собой одиночную катушку индуктивности с несколькими точками ответвления, которые можно рассматривать как несколько последовательно соединенных катушек индуктивности.

В рис. 8 мы представляем автотрансформатор с одной промежуточной точкой отвода, который соответствует более простой конструкции и эквивалентен двум последовательным индуктивностям:

рис. 8: Автотрансформатор (слева) и эквивалентный ему «индуктивный делитель напряжения» (справа)

Если мы отметим N ₁ и N ₂ количество обмоток в L ₁ и L ₂ , Соотношение напряжений просто определяется как В ₂ / В ₁ = N ₂ / N ₁ .

Как и емкостные делители напряжения, автотрансформатор подходит для приложений большой мощности, поскольку катушки индуктивности накапливают энергию в виде магнитного поля и передают ее в цепь, не производя рассеивания тепла.

В качестве эквивалентного «индуктивного делителя напряжения» формулы напряжения автотрансформатора задаются формулой Уравнение 5 :

уравнение 5: Автотрансформаторы

Обычно автотрансформаторы чаще всего используются в линиях электропередачи большой мощности для понижения или повышения напряжения.Понижающие и повышающие автотрансформаторы легко узнать по соотношению их первичной и вторичной обмоток:

рис.9: Понижающий и повышающий автотрансформаторы

Вывод

Любой делитель напряжения состоит как минимум из двух компонентов в последовательной конфигурации, в которой может произойти падение напряжения. Выход берется между точкой ответвления и опорной точкой цепи (землей).

Цель таких схем — получить меньшее выходное значение напряжения, чем у источника питания V _S , чтобы учесть динамику входящего каскада схемы.Выходной сигнал соответствует доле источника, от 0 до V _S .

Для приложений с низким энергопотреблением мы используем резистивные делители напряжения на основе резисторных компонентов. Мы подробно рассказываем о демонстрации формул выходного напряжения, модификации, которую обеспечивает выходная нагрузка, и о существовании сетевых делителей напряжения, в которых множество резисторов могут быть соединены последовательно для одновременного обеспечения различных выходных напряжений.

Недостатком резистивных делителей напряжения является то, что они не подходят для приложений с большой мощностью, таких как распределение сетей.Для этой функции предпочтительны делители реактивного напряжения , поскольку они не рассеивают большое количество тепла, например резисторы.

Делители реактивного напряжения

делятся на две категории: емкостные и индуктивные, в зависимости от того, какой базовый компонент используется. В емкостных делителях напряжения конденсаторы подключаются последовательно, и наибольшее падение напряжения происходит в самом маленьком конденсаторе, поскольку их реактивное сопротивление обратно пропорционально их емкости.

Индуктивные делители напряжения чаще всего называют автотрансформаторами, наибольшее падение напряжения происходит, как и в случае резистивных делителей напряжения, в самой большой катушке индуктивности, поскольку их реактивное сопротивление прямо пропорционально их индуктивности.

В то время как емкостные делители напряжения в основном используются в мультиметрах для измерения высоких напряжений, индуктивные делители напряжения используются в распределительной сети для понижения или повышения высоких напряжений 50 Гц. Типичным примером может служить то, что автотрансформаторы устанавливают связи между странами, которые не обязательно используют одинаковое напряжение в своих линиях электропередачи.

Емкостные делители напряжения

Коаксиальные емкостные высоковольтные делители напряжения

Pearson позволяют проводить измерения до 500 кВ при использовании в высоковольтном изоляционном масле.

Доступны индивидуальный коэффициент деления и калибровка для использования на воздухе. Технические характеристики модели см. В таблице ниже.

Выбор продукции:

Арт. №	Макс Импульс Напряжение (в масле)	Макс Импульс Напряжение (в воздухе)	Напряжение Деление Передаточное отношение (в масле)	Частота Диапазон (нагрузка 1 МОм)	Спад Скорость (за мкс)	годный к употреблению подъем время	Емкость (приблизительно)
VD-301	400 кВ	75 кВ	5000: 1	25 Гц ~ 3 МГц	0.15%	150нс	28pf
VD-305A	300 кВ	50кВ	5000: 1	30 Гц ~ 4 МГц	0,02%	150нс	18pf
VD-305A-10,000	300 кВ	50 кВ	10 000: 1	30 Гц ~ 4 МГц	0,02%	100 нс	18пф
VD-305A-AIR	–	50кВ	5000: 1	70 Гц ~ 4 МГц	0.05%	100 нс	8пф
VD-500A	500 кВ	90кВ	10 000: 1	15 Гц ~ 2 МГц	0,01%	200 нс	38пф

1215

Делители напряжения с частотной компенсацией [Analog Devices Wiki]

Цель:

Цель этой лабораторной работы — изучить проблемы емкостной нагрузки резистивных делителей напряжения и ее влияние на частотную характеристику.

Заметки:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Делитель или аттенюатор напряжения с частотной компенсацией представляет собой простую двухпортовую RC-цепь, обеспечивающую фиксированный коэффициент деления напряжения или затухание в широком диапазоне частот, а не только при постоянном токе. Такие сети используются там, где часть схемы, нагружающая выход делителя напряжения, является емкостной.Это особенно важно, когда сигнал имеет широкую полосу пропускания, то есть не является синусоидальным. Простейший аттенюатор напряжения представляет собой чисто резистивный делитель напряжения с передаточной функцией: H (jω) = В ₂ / В _S = R ₂ / (R ₁ + R ₂ ), где на входе В _S = В ₁ + В ₂ , а на выходе В ₂ , как на рисунке 1. Передаточная функция резистивного делителя напряжения независима. частоты, только если резисторы идеальны и любые паразитные емкости, связанные с цепью, пренебрежимо малы.

Рисунок 1, простой резисторный делитель напряжения

Проблема, наблюдаемая на высоких частотах, заключается в том, что паразитная емкость влияет на общий отклик резистивного делителя напряжения. Самый простой способ исправить эту проблему — установить конденсаторы параллельно резисторам. Рассмотрим схему делителя на рисунке 2. Конденсатор C ₂ , который находится на выходе, В ₂ , можно рассматривать как любую паразитную паразитную емкость на выходе делителя, которая может быть частью системы.Мы видим, что эта схема, известная как делитель с частотной компенсацией, работает как резистивный делитель напряжения на постоянном токе или низких частотах и ​​как емкостной делитель напряжения на высоких частотах. Делители напряжения могут быть построены из реактивных компонентов так же, как они могут быть построены из резисторов. Также, как и в случае резисторных делителей, на коэффициент делителя емкостного делителя напряжения не влияют изменения частоты сигнала, даже если реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты.

Передаточное отношение делителя В ₂ / В _S = X _C2 / (X _C1 + X _C2 ).Емкостное реактивное сопротивление X _C пропорционально 1 / C, поэтому В ₂ / В _S = C ₁ / (C ₁ + C ₂ ) аналогично формуле для резисторный делитель. Для простого случая, когда R ₁ = R ₂ , мы имеем коэффициент делителя 1/2 для резисторов. Чтобы иметь такое же отношение делителя 1/2 для конденсаторов C ₁ = C ₂ .

Рисунок 2, Делитель с частотной компенсацией

Компенсированный делитель использует подавление полюсов-нулей для подавления нежелательной частотной зависимости, вызванной любой паразитной емкостью на выходной стороне сети.Если номиналы резистора и конденсатора отрегулированы так, что полюс и ноль H (s) накладываются друг на друга, | H (jω) | становится независимым от частоты.

Поучительный способ узнать об условиях компенсации полюс-нуль состоит в том, чтобы записать предельные, низкочастотные и высокочастотные выражения для | H (jω) | а затем установить их равными друг другу. В результате получается простая взаимосвязь между R ₁ , R ₂ , C ₁ и C ₂ .

Рис. 3. Показывает (а) правильную настройку, (б) при компенсации, © чрезмерную компенсацию на краях прямоугольной волны.

Эксперимент по компенсации входной емкости ALM1000

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
1 — Резистор 1 МОм
1 — Конденсатор, значение подлежит определению

Направление:

Возвращаясь к рисунку 2, мы можем рассматривать R ₂ для представления входного сопротивления 1 МОм каналов ALM1000 в режиме Hi-Z. Аналогично, C ₂ можно рассматривать как представление паразитной паразитной емкости входов.Резистор и конденсатор внутри зеленого прямоугольника показаны на рисунке 4. Используйте еще 1 МОм в качестве R ₁ , чтобы получить коэффициент делителя 1/2. Начните без включения C ₁ , чтобы измерить влияние на частотную характеристику из-за C ₂ .

Рисунок 4, Настройка делителя напряжения.

Процедура:

Установите AWG A в режим SVMI с минимальным значением 1,0 и максимальным значением 4,0. Установите Shape на Square и Frequency на 500 Гц. Установите AWG B в режим Hi-Z.В разделе «Кривые» выберите для отображения CA- V и CB- V . Нажмите «Выполнить» и настройте горизонтальную шкалу времени так, чтобы было видно около 3 циклов. Вы должны увидеть резкую прямоугольную волну на канале A, а форма волны на каналах B должна выглядеть как красная кривая (b) на рисунке 3. Это потому, что C ₁ еще не включен. Оцените постоянную времени RC и значение C ₂ по форме сигнала канала B.

Откройте окно Bode Plotting. Вы можете отключить временную диаграмму, если хотите, при построении кривых частотной характеристики.Установите минимальное значение AWG A на 1,082 и максимальное значение на 3,92 (1 VRMS или 0 дБВ). Убедитесь, что форма была изменена на синусоидальную. Установите начальную частоту на 100 и конечную частоту на 20000. Выберите CH-A в качестве источника развертки. Под кривыми выберите кривые CA-dBV, CB-dBV и CA- дБ — CB- дБ для отображения. В окне БПФ лучше всего работает окно с плоским верхом. Установите количество точек развертки на 300 и одиночную развертку. Нажмите кнопку «Выполнить».

Теперь у вас должно быть соотношение усиления (затухания) к частотной характеристике для некомпенсированного делителя.Из точки -3 дБ графика усиления оцените постоянную времени RC и значение C ₂ . Как эти значения соотносятся с тем, что вы рассчитали с помощью отклика во временной области? Основываясь на ваших наилучших оценках значения C ₂ , вычислите значение для C ₁ , которое точно компенсирует C ₂ . Полученное вами значение, вероятно, не будет близко к стандартному значению конденсатора. Найдите параллельную комбинацию (или последовательную комбинацию) двух или более конденсаторов, которая в сумме дает необходимое значение для C ₁ .

Добавьте свою новую комбинацию C ₁ напротив R ₁ на макете.

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой новой цепи. Будет ли теперь реакция выхода делителя во временной области больше походить на синюю форму волны (a) на рисунке 3? Если нет, то почему? Сравните частотную характеристику схемы до и после добавления C ₁ . Какая сейчас частота -3 дБ ?

Характеристики цепи конденсаторного делителя:

Давайте теперь посмотрим только на путь конденсаторного делителя.Отсоедините R ₁ от конца C ₁ и подключите его к фиксированному источнику питания 2,5 В , как показано на рисунке 5. Путь только через C ₁ блокирует путь постоянного тока от канала A. Подключение R ₁ на фиксированное питание 2,5 В восстанавливает уровень постоянного напряжения на входе канала B.

Рисунок 5, путь только через конденсаторный делитель

Повторите тесты во временной и частотной областях для этой версии схемы.Сравните характеристики схемы во временной и частотной областях с тем, что вы получили только с R ₁ и с R ₁ и C ₁ , подключенными параллельно (рисунок 4). Какая сейчас частота -3 дБ ? Частотная характеристика ровная, низкая или высокая? Объяснить, почему.

Использование делителя для измерения батареи 9 В:

Теперь мы будем использовать делитель напряжения для измерения напряжений, превышающих диапазон от 0 до +5 В , разрешенный оборудованием ALM1000.Но сначала нам нужно откалибровать смещение и усиление делителя.

Отсоедините конец R ₁ , C ₁ от канала A, рисунок 4, и подключите их к земле. На данный момент установите значение усиления канала B равным 2,0, что является приблизительным коэффициентом делителя. Контролируя среднее значение постоянного тока канала B, отрегулируйте значение, введенное в окне ввода смещения канала B.

Теперь снова подключите R ₁ / C ₁ к выходу канала A. Сигналы каналов A и B теперь должны более точно совпадать друг с другом.При необходимости слегка увеличьте или уменьшите значение усиления, чтобы плоские части верхней и нижней части прямоугольных волн располагались прямо друг над другом. Возможно, вам придется немного подправить смещение, чтобы получить идеальное выравнивание. Теперь программное обеспечение откалибровано по делителю напряжения.

Отсоедините R ₁ / C ₁ от канала A. Подключите отрицательную (-) клемму батареи 9 V к массе и подключите положительную клемму (+) к R ₁ / C ₁ .Среднее значение постоянного тока, считываемое каналом B, теперь должно соответствовать напряжению постоянного тока батареи 9 В . Вам нужно будет изменить вертикальный диапазон канала B на 1 V / Div и положение на 5.0, чтобы увидеть 9 вольт на сетке осциллографа.

Пробники осциллографов:

Пассивный пробник осциллографа 10X использует последовательный резистор (9 МОм) для обеспечения ослабления 10: 1, когда он используется с входным сопротивлением 1 МОм самого осциллографа. Импеданс 1 МОм является стандартным для большинства входов осциллографов. Это позволяет заменять пробники осциллографа между осциллографами разных производителей.На рисунке представлена ​​схема типичного датчика 10X. Пробники осциллографа 10X также допускают некоторую частотную компенсацию, чтобы учесть изменения входной емкости канала осциллографа. Схема конденсаторного делителя встроена в пробник, как показано. Затем регулируемый конденсатор, подключенный к земле, можно использовать для выравнивания частотной характеристики пробника.

Вы можете найти дополнительную информацию о том, как подключить разъем BNC пробника осциллографа к вашей макетной плате или входам ALM1000: Подключите кабели BNC к модулям активного обучения

Рисунок 6, Типовая схема пробника осциллографа

Входные каналы ALM1000 имеют входное сопротивление 1 МОм, но входная емкость намного больше, чем диапазон регулировки от до 50 пФ примерно 10 пФ большинства пробников 10X.Конденсатор, подключенный параллельно резистору 9 МОм, обычно составляет 10 пФ , а параллельная комбинация входной емкости осциллографа и регулируемого компенсационного конденсатора в пробнике должна быть близка к 90 пФ . Это означает, что если стандартный пробник был подключен непосредственно ко входу ALM1000, то компенсация частотной характеристики невозможна.

Буферный усилитель с единичным усилением (AD8541 или AD8542) может быть вставлен между схемой пробника и входом ALM1000, как показано на рисунке 7.R ₁ и C ₁ замыкают цепь резистора / конденсаторного делителя 10-кратного пробника.

Рисунок 7. Вставьте буфер единичного усиления для уменьшения входной емкости.

Если резистор R ₁ подключен к земле, можно измерять только положительное напряжение. Если R ₁ подключен к 2,5 В , середине диапазона входного сигнала 0–5 В усилителя, вводится смещение, и можно измерять как положительное, так и отрицательное напряжение.

Для дальнейшего чтения:

Емкостной делитель напряжения
Пробники осциллографа
Создание собственных пробников осциллографа
Новая функция в ALICE добавляет компенсацию частоты входного делителя

Вернуться к лабораторной работе Содержание

Конденсаторный делитель напряжения | Компоненты квеста

Конденсаторный делитель напряжения

Делители напряжения являются одними из основных в понимании электроники и схем.В электронике существует несколько различных типов делителей напряжения, но основная концепция всех них заключается в том, что все они представляют собой пассивные линейные цепи, которые производят выходное напряжение, меньшее входного. Короче говоря, они делают именно то, что подразумевает их название, беря большее количество напряжения и разделяя его на меньшую мощность. Делитель напряжения распределяет входное напряжение, уменьшая таким образом выходное. Существуют резистивные делители, RC-фильтры нижних частот и индуктивные делители, но сегодня мы поговорим подробнее о четвертом типе делителя напряжения: емкостном делителе напряжения.

Что такое емкостной делитель напряжения?

В емкостных делителях напряжения используются конденсаторы как средство деления напряжения. В частности, это достигается последовательным соединением конденсаторов; входное напряжение подается на каждый из конденсаторов. Напряжение, которое получает каждый отдельный конденсатор в сети, может быть одинаковым или неравным, в зависимости от значений емкости. Подобно резистивным цепям, конденсаторы, включенные последовательно в качестве делителя напряжения, не подвержены изменениям частоты питания; на каждый конденсатор в сети в равной степени влияет любое изменение частоты.

Конденсаторный делитель — это сеть последовательно соединенных конденсаторов. На каждом из последовательно включенных конденсаторов падает напряжение переменного тока. Емкостные делители напряжения используют значение емкостного реактивного сопротивления отдельных конденсаторов для определения падения напряжения, что означает, что этот тип делителя напряжения работает только с частотно-управляемыми источниками питания. Вот почему нельзя использовать емкостной делитель напряжения для деления постоянного напряжения; конденсаторы блокируют постоянный ток, поэтому ток не может течь.

Отношение напряжений на каждом конденсаторе обратно пропорционально отношению значений емкости каждого отдельного конденсатора в серии.Когда значения конденсаторов различаются, конденсатор большей емкости заряжается до более низкого напряжения, чем конденсатор меньшей емкости. Емкостные делители ограничены по току емкостью используемых элементов, что является противоположным эффектом резистивного деления и индуктивного деления.

Приложения для емкостных делителей напряжения

Емкостные делители напряжения находят множество применений как в бытовой электронике, так и в специализированных устройствах. К ним относятся:

• Генераторы Колпитца
• Для замены сетевых трансформаторов
• Емкостные сенсорные экраны, изменяющие выходное напряжение при прикосновении пальцем
• Аудиотехника

Если вы ищете сетевые конденсаторы для использования в качестве емкостного делителя напряжения, Quest Components предлагает широкий выбор вариантов на выбор.Наша команда может помочь вам выбрать лучшее решение для вашего приложения.

Подробнее о Quest Components Конденсаторы

Сетевые конденсаторы

Quest Components можно использовать в качестве емкостных делителей напряжения. Если у вас есть вопросы по конденсаторам, наши опытные электрики всегда готовы помочь. Позвоните сегодня по телефону (623) 333-5858, чтобы узнать о продукте, разместить заказ или найти и заказать конденсаторы здесь. С нетерпением ждем сотрудничества с вами.

Большой приклад. Быстрый ответ.Умные люди.

Емкостной делитель напряжения

Сделайте пожертвование, чтобы сохранить этот сайт …

Емкостное реактивное сопротивление Емкостное реактивное сопротивление в чисто емкостной цепи является противодействием протеканию тока. только в цепях переменного тока.Как и сопротивление, реактивное сопротивление измеряется в омах, но получает символ X, чтобы отличить его от чисто омического значения. Поскольку реактивное сопротивление количество, которое имеет как индукторы, так и конденсаторы, называется емкостным реактивное сопротивление в связи с конденсаторами. Для конденсаторов в цепях переменного тока емкостное реактивное сопротивление обозначается символом XC.Тогда мы можем фактически сказать, что емкостное реактивное сопротивление — это сопротивление, которое изменяется в зависимости от частота. Емкостное реактивное сопротивление также зависит от емкости конденсатора в Фарады, частота сигнала переменного тока и формула для определения емкостной реактивное сопротивление: C x = 1/2 * пи * частота * емкость

Емкостное реактивное сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты, следовательно, емкостное реактивное сопротивление обратно пропорционально частоте. Противодействуя протеканию тока, электростатический заряд на пластинах (их переменный ток) значение емкости) остается постоянным, так как конденсатору становится легче полностью поглощают смену заряда на своих пластинах в течение каждого полупериода. Кроме того, с увеличением частоты ток, протекающий через конденсатор, увеличивается как скорость изменения напряжения на его пластинах увеличивается. Итак, мы видим, что при постоянном токе конденсатор имеет бесконечное реактивное сопротивление (разомкнутая цепь) при очень высоком частот конденсатор не имеет реактивного сопротивления (короткое замыкание).

Калькулятор

---

.