přednáška 16

Elektrická měření IEMRE – 16

Řízené spínače, měření fázorů, měření velkých stejnosměrných proudů

Řízené nebo tzv. fázově řízené spínače jsou jednotky měřicího řetězce, v nichž dochází k přepínání měřeného napětí (uX(t)) vnějším, řídicím signálem (uR(t)). Toto vnější (někdy též tzv. referenční) napětí má stejnou frekvenci jako napětí měřené, ale může být (a ve většině případů je) oproti němu fázově posunuté. Měřené napětí je přepínáno dvakrát za periodu T, vždy po uplynutí T/2.

Principiální schema jednocestného a dvoucestného spínače je uvedeno na obr. 1.

Pro názornost je v obr. 1 použito na místě fázově řízeného členu elektromagnetické relé, dnes se používají tzv. multiplexory, tj. elektronické řízené přepínače.

Je-li řídicí napětí ve fázi s napětím měřeným, obvod pracuje jako běžný pasivní usměrňovač a stejnosměrná složka výstupního signálu je rovna jeho střední aritmetické hodnotě. Je-li fázový posun mezi uX a uR roven 90° (jedna čtvrtina periody), pak je stejnosměrná složka výstupního napětí obvodu nulová.

Podrobnější schema dvoucestného fázově řízeného spínače (obr. 2).

TO ….. tvarovací obvod, řídicí napětí uR mění na impulzy (při průchodu nulovou úrovní)

FČ ….. fázovací člen, realizuje fázový posun vůči uX

Fázový posun , předpokládejme, že měřené napětí je harmonické :

(1)

Fázový posun :

(2)

Je-li mezi měřeným napětím obecný fázový posun, tj. , pak

=

= (3)

(4)

Povšimněte si, že interval integrace trvá vždy T/2 a začíná v 0 nebo ve čtvrtině periody řídicího (referenčního) napětí. Uvedených vztahů se prakticky využívá v tzv. vektorovém voltmetru, který je schopen změřit nejen hodnotu střídavého napětí, nýbrž i jeho fázi, tj. dokáže změřit fázor napětí.

Na obr. 1 je zřetelně znázorněna funkce tvarovacího obvodu TO, který z harmonického řídicího napětí vytvoří impulsy se stejnou periodou nulovým fázovým posunem a amplitudou

velikosti 1.

Blokové schema vektorového voltmetru (někdy též zvaného fázově citlivý voltmetr) je uvedeno na obr. 2.

Harmonická napětí měřené a řídicí mají stejnou frekvenci, ale může mezi nimi být fázový posun, který je třeba zjistit. Tvarovací obvod TO1 vytvoří z řídicího napětí impulzní signál tak, jak je znázorněno na obr. 1. Tyto impulzy jsou přivedeny do přepínače na kontakt označený 0.

Harmonické řídicí napětí je však současně připojeno na vstup fázovacího obvodu, který provede jeho fázové posunutí o čtvrt periody. Takto posunuté harmonické napětí je vedeno do tvarovacího členu TO2, který vytvoří opět impulsní signál oproti výstupnímu napětí tvarovače TO1 o 90° posunutý (zpožděný). Výstup TO2 je propojen s kontaktem přepínače s označeným 90°.

Měření fázoru napětí probíhá ve dvou fázích.