Как работает делитель напряжения – RxTx.su
Резистивный делитель напряжения — это простая схема, которая помогая уменьшить входное напряжение.
Суть схемы делителя напряжения — это распределить входное напряжение между компонентами схемы. Лучшим примером делителя напряжения являются два последовательно соединенных резистора. При этом входное напряжение прикладывается к двум резисторам, а вот выходное напряжение берется из точки между ними.
Такая схема используется для получения различных уровней напряжения от общего источника напряжения, но с одинаковым током для всех компонентов в последовательной цепи.
Схема делителя напряжения на резисторах. Входное напряжение — 5 В, выходное — 2.5 В.Падение напряжения и входное напряжение в цепи делителя напряжения
Падение напряжения на резисторе R2 — это и есть выходное напряжение, а также разделенное напряжение в цепи между резисторами.
Делитель напряжения относительно земли создается путем последовательного соединения двух резисторов.
Отсюда следует, что одной и той же величине электрического тока, протекающего через каждый резистивный элемент цепи, деваться больше некуда. Таким образом обеспечивается падение напряжения I*R на каждом резистивном элементе.
Имея напряжение питания, мы можем применить закон Кирхгофа для напряжения и закон Ома, чтобы найти падение напряжения на каждом резисторе, полученное с точки зрения общего тока, протекающего через них.
Используя второй закон Кирхгофа (он же закон напряжения Кирхгофа), получаем:
\[U_{ВХ}=U_{R1}+U_{R2}\]
Представим UR1 и UR2, используя закон Ома:
\[U_{R1}=IR_{1}\]
\[U_{R1}=IR_{2}\]
Используя две приведенных выше формулы, получается:
\[U_{ВХ}=IR_{1}+IR_{2}=I(R_{1}+R_{2})\]
\[\implies I=\frac{U_{ВХ}}{R_1+R_2}\]
Формула делителя напряжения
В делителе напряжения выходное напряжение всегда уменьшает входное напряжение и ток, протекающий через последовательную цепь, который можно рассчитать с помощью закона Ома:
\[I=\frac{U}{R}\]
Поскольку ток одинаков для обоих резисторов, представим ток через резистор R2, используя следующую формулу:
\[I_{R2}=\frac{U_{R2}}{R_2}=\frac{U_{ВХ}}{R_1+R_2}\]
Из приведенной выше формулы можно определить падение напряжения на резисторе R2.
Это и будет выходное напряжение делителя:
\[U_{R2}=U_{ВХ}(\frac{R_2}{R_1+R_2})\]
Аналогично, для резистора R1 мы можем использовать формулу:
\[I_{R1}=\frac{U_{R1}}{R_1}=\frac{U_{ВХ}}{R_1+R_2}\]
А затем вычисляем падение напряжения на резисторе R1:
\[U_{R1}=U_{ВХ}(\frac{R_1}{R_1+R_2})\]
Расчет делителя напряжения на резисторах
Задача:
Расчет сопротивления
Рассчитаем общее сопротивление в цепи, просто сложив сопротивления двух резисторов, так как резисторы соединены последовательно.
\[R_{ОБЩ}=R_1+R_2=30+50=80\text{ Ом}\]
Расчет тока
Имея общее сопротивление, мы можем рассчитать ток, протекающий через резисторы.
\[I=\frac{U_{ВХ}}{R_{ОБЩ}}=\frac{10\text{ В}}{80\text{ Ом}}=125\text{ мА}\]
Расчет падения напряжения на резисторах
Используя приведенные выше уравнения, можно рассчитать падение напряжения на резисторах.
\[U_{R1}=IR_1=U_{ВХ}\frac{R_1}{R_1+R_2}=10(\frac{30}{30+50})=3.75\text{ В}\]
\[U_{R2}=IR_2=U_{ВХ}\frac{R_2}{R_1+R_2}=10(\frac{50}{30+50})=6.25\text{ В}\]
Делитель напряжения и правило 10%
При проектировании делителя напряжения для конкретной нагрузки вы должны знать ее напряжение питания и ее потребляемый ток.
Делитель напряжения должен иметь только 10% тока утечки. Это означает, что ток, проходящий через нагрузку, должен быть в десять раз больше тока, проходящий через нижнюю часть делителя напряжения (через резистор R2) на землю.
Например:
Требование к данному делителю напряжения — обеспечивать напряжение
Расчет сопротивлений R1 и R2 для делителя напряжения
Задача: Определить сопротивление резистора, используемого в схеме делителя напряжения. Ток через резистор делителя должен составлять примерно 10% от тока нагрузки. Ток, который не протекает ни через одно из устройств нагрузки, называется током утечки.
Расчет
Сначала определяемся с требуемой нагрузкой и доступным источником питания.
\[U_{ВХ}=100\text{ В};U_{НАГРУЗКИ}=25\text{ В};I_{НАГРУЗКИ}=910\text{ мА.}\]
Затем определим ток утечки, применив правило 10%.
\[I_{R2}=10\text{%} \times I_{НАГРУЗКИ}=0.1\times 910мА=91мА.\]
Получив ток утечки, рассчитаем сопротивление R2.
\[R2=\frac{U_{R2}}{I_{R2}}=\frac{25В}{91мА}=274.7\text{ Ом}\approx 275\text{ Ом}\]
Затем определим общий ток, сложив ток нагрузки и ток утечки.
\[I_{ОБЩ}=I_{НАГРУЗКИ}+I_{R2}=910мА+91мА\approx1\text{ A.}\]
Теперь из рассчитанных значений можем найти значение R1.
\[U_{R1}=U_{ОБЩ}-U_{R2}=100В-25В=75В\]
\[R_1=\frac{U_{R1}}{I_{ОБЩ}}=\frac{75\text{ В}}{\text{ 1А}}=75\text{ Ом}\]
Лестница из напряжений
Лестница из напряжения — это цепь, состоящая из нескольких резисторов, соединенных последовательно. Входное напряжение подается на всю цепь резисторов. Каждый резистор в цепи имеет более высокое падение напряжения, чем предыдущий.
Поскольку резисторы в лестнице включены последовательно, протекающий ток одинаков для всех резисторов. Чтобы получить его значение, следует общее напряжение разделить на общее сопротивление.
\[I=\frac{U_{ОБЩ}}{R_{ОБЩ}}=\frac{100\text{ В}}{50+50+50+50}=0.5\text{ А}\]
Падение напряжения на каждом резисторе можно рассчитать, умножив общий ток на сопротивление каждого резистора. Для конкретно случая получаем:
\[U_{R1}=U_{R2}=U_{R3}=U_{R4}=I\times R=0.5\text{ A}\times50\text{ Ом}=25\text{ В}\]
Напряжение относительно земли в любом узле может быть определено как сумма напряжений, падающих на каждом резисторе между этим узлом и землей.
\[U_{ОБЩ}=U_{R1}+U_{R2}+U_{R3}+U_{R4}\]
Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять что такое делитель напряжения. Если у вас есть вопросы, оставляйте их в комментариях ниже.
Компоненты
- Набор выводных резисторов (30 номиналов)
- Набор SMD резисторов типоразмера 0805 (33 номинала по 20 штук)
Делители для измерения постоянного и переменного напряжений
Страница 37 из 41
Приборы для непосредственного измерения напряжений в сотни киловольт являются громоздкими и дорогими. Поэтому в настоящее время при измерении высоких напряжений широко применяются делители напряжений.
Делители напряжения состоят из цепочки последовательно соединенных активных сопротивлений или емкостей, а иногда из их комбинаций и включаются между проводом, находящимся под высоким напряжением, и землей. Трансформатор напряжения является по существу индуктивным делителем напряжения.
Принципиальная схема делителя напряжения представлена на рис.
Если обозначить через U1 высокое напряжение, прикладываемое к делителю, а через U2— напряжение, измеряемое прибором, то отношение
Практически выполненные делители напряжения неполностью удовлетворяют комплексу вышеуказанных требований.
Чтобы учесть дополнительные погрешности, которые вносит делитель при измерении высокого напряжения, надо знать зависимости коэффициента деления от амплитуды называется коэффициентом деления делителя. Если в делитель включены секции с одинаковыми сопротивлениями и напряжение равномерно распределяется -по секциям, то
Для обеспечения необходимой точности измерения сопротивление измерительного прибора должно быть во много раз больше сопротивления низковольтного плеча делителя.
Измеренная прибором величина напряжения, умноженная на коэффициент деления, дает полное измеряемое напряжениеК делителям напряжения предъявляются следующие основные требования:
- Подключение делителя не должно влиять на амплитуду и форму измеряемого напряжения.
- Напряжение, снимаемое с низковольтного плеча, должно по форме повторять измеряемое напряжение, для чего коэффициент деления делителя не должен зависеть от частоты и амплитуды измеряемого напряжения в рабочем интервале изменения этих величин.
- Коэффициент деления не должен зависеть от атмосферных условий (давление, температура).
- Энергия, рассеиваемая в делителе, при принятой системе охлаждения не должна вызывать заметного изменения его коэффициента деления.
- В делителе должны отсутствовать корона и утечки по изоляции или их влияние на коэффициент деления должно быть незначительным.
Рис. 5-34. Принципиальная схема делителя напряжения.
На рис. 5-35 представлена упрощенная электрическая схема замещения делителя напряжения.
При измерении высоких постоянных напряжений применяют активные делители. Для активных делителей используют проволоку из сплавов высокого сопротивления (константан, манганин, нихром и др.), а также непроволочные сопротивления различных типов, широко применяемые в радиотехнике.
Большинство высоковольтных источников постоянного напряжения, применяемых в лабораториях, имеют ограниченную выходную мощность, и токи от этих источников редко превышают несколько миллиампер. Делитель постоянного напряжения должен иметь высокое сопротивление, чтобы потребляемая им энергия от источника напряжения была сравнительно небольшой. С другой стороны, величина активного сопротивления делителя не должна быть слишком большой, так как в этом случае увеличивается погрешность в коэффициенте деления за счет короны· и утечек по изоляции.
Рис. 5-35. Электрическая схема замещения делителя напряжения.
Исходя из этих требований, сопротивление делителя принимается таким, чтобы ток, протекающий через делитель, находился в пределах от десятков до 1—2 мА.
Погружение сопротивлений делителя в масло значительно повышает теплоемкость делителя, улучшает его общую изоляцию и увеличивает электрическую прочность в отношении короны.
С помощью двух блоков делителя постоянного напряжения с проволочными сопротивлениями, соединенных последовательно, измерялись постоянные напряжения до 300 кВ с точностью ±0,3%. Блок сопротивлений величиной 80 Мом собирался из отдельных секций и помещался в бакелитовый цилиндр диаметром 27 см и высотой 46 см, заполненный маслом. При напряжении 125 кВ блок рассеивал мощность 200 Вт, при этом температура масла поднималась до 40° С, что соответствовало температуре кожуха блока 25° С. Осуществлялась естественная циркуляция масла, причем устройство секций и их расположение содействовали благоприятным условиям циркуляции масла. Сопротивление утечки через масло и кожух составляло 3·1012 Ом, что оказывало незначительное влияние на точность измерений.
Для уменьшения коронирования на фланцах каждого блока делителя монтировались металлические экраны с закругленными краями.
В качестве сопротивлений секций блока делителя использовалась нихромовая проволока диаметром 0,051 мм, которая вплотную, виток к витку, наматывалась на узкую полоску из прессшпана с поперечным сечением 1,78X0,25 мм2. Эта полоска затем наматывалась спиралью на вторую полоску из прессшпана с поперечным сечением 6,4X0,43 мм2 и расстоянием между соседними витками спирали, равным 0,51 мм. Пленка окиси на поверхности проволоки была достаточной, чтобы обеспечить изоляции: между витками спирали, даже когда они касались дру1 друга. Сопротивление 1 м такой спирали составляв 0,2 Мом. Наконец, спираль наматывалась на изолирующие каркасы в виде дисков, которые образовывали секции а последние — блок сопротивлений.
Температурный коэффициент сопротивления нихрома составлял 9,8х10-5 град-1 в пределах от 20 до 500° С и при необходимости вводилась поправка на температуру.
Таких образом, для изготовления делителя высокого постоянной напряжения требуются сотни километров проволоки с боль шим удельным сопротивлением и малым температурных коэффициентом сопротивления.
Когда не требуется большой точности в измерении напряжения и не оправдываются затраты на изготовление делителей из проволочных сопротивлений, применяются непроволочные сопротивлeния.
Различают непроволочные сопротивления поверхностного и композиционного типов. В сопротивлениях поверхностного типа проводящий слой образован пленкой углерода или тонкой пленкой металлических сплавов, осажденных на поверхность керамического стержня или трубки. Сопротивления композиционного типа состоят из плохо проводящих искусственных материалов на основе смесей проводника со связующим его диэлектриком. Сопротивления композиционного типа выполняются как в виде массивного проводящего тела — объемная конструкция, так и в виде проводящих слоев на изолирующем основании—пленочная конструкция.
Сопротивления поверхностного типа отличаются от пленочных композиционных сопротивлений не только отсутствием связующего диэлектрика в проводящей пленке, но и значительно меньшей толщиной проводящей пленки.
Температурный коэффициент непроволочных сопротивлений по абсолютной величине обычно больше, чем у проволочных сопротивлений, и для большинства типов непроволочных сопротивлений является отрицательным.
Кроме того, непроволочные сопротивления изменяют свою величину в зависимости от приложенного напряжения даже в том случае, когда проходящий через них ток не вызывает их существенного нагрева, могущего изменить величину сопротивления в соответствии с температурным коэффициентом. Величина сопротивления, начиная с некоторого значения напряжения, уменьшается с повышением напряжения. Сопротивление в этой области будет нелинейным. Степень нелинейности характеризуется коэффициентом напряжения, выражающим относительное изменение величины сопротивления при изменении напряжения на нем:
(5-42)
где R2 и R1— величины сопротивлений при U2 и U1, причем U2>U1.
Практически kн определяется при напряжении U2, равном наибольшему рабочему напряжению, и U1= 0,1U2.
Величина коэффициента напряжения для хороших сопротивлений поверхностного типа не превышает 1—2%, для композиционных сопротивлений kH может достигать 10—20%.
Следует также учитывать, что в непроволочных сопротивлениях с течением времени происходят необратимые изменения—процесс старения сопротивления. При этом в большинстве случаев сопротивление увеличивает свою величину. Старение сопротивлений имеет сложный характер, зависящий как от типа сопротивления, так и от условий, в которых оно находится. Особенно интенсивно процесс старения сопротивлений протекает при их -перегрузке, а также при работе во влажной среде.
В практике для делителей напряжения часто используются обычные радиотехнические непроволочные сопротивления различных типов. Отметим, что отечественной промышленностью выпускаются и специальные высоковольтные непроволочные сопротивления композиционного типа, предназначенные для делителей напряжения, для разряда конденсаторов фильтров выпрямителей и других целей.
В табл. 5-11 приводятся основные параметры сопротивлений композиционного типа, выпускаемых отечественной промышленностью.
Таблица 5-11
Основные параметры сопротивлений типа КЛВ
Эти сопротивления изготовляются на основе проводящих лакопленочных композиций, нанесенных спиралью на фарфоровый стержень. Края спирали покрываются низкоомным контактным клеем, на них насаживаются металлические колпачки. Сопротивления защищены эмалевым покрытием. Сопротивления типа КЛВ изготовляются I с допусками до 15% к номиналу. Коэффициент напряжения не превышает 15%, температурный коэффициент сопротивления в среднем не превышает —25· 10-4 град-1,
вольтметр или микроамперметр. Для удобства приборы непосредственно отградуированы в киловольтах измеряемого напряжения. При измерении напряжения с помощью микроамперметра было установлено, что необходимо ограничивать ток, «протекающий через микроамперметр, до 0,1 тока, протекающего через делитель, чтобы сохранить точность измерения в пределах ±1,5%.
На рис. 5-36 показано устройство делителя постоянного напряжения на 500 кВ, обеспечивающего точность измерения около ± 1,5%. Делитель состоит из цепочки последовательно соединенных углеродистых сопротивлений, каждое величиной 5 Мом и мощностью 1 вт. Температурный коэффициент сопротивления — 60х10-4 град-1 в интервале температур 10—30° С, коэффициент напряжения — около 11%. Сопротивления 1 смонтированы на изолирующей опоре 2 в зигзагообразном виде и помещались в маслонаполненный бакелитовый цилиндр 3 с двойными стенками. Естественная циркуляция масла осуществлялась так, что нагретое сопротивлениями масло проходило близ внутренней стенки наружного цилиндра и тем самым лучше охлаждалось. Для уменьшения коронирования на кожух цилиндра установлены алюминиевые экраны. Делители такой конструкции на напряжения 100 и 500 кВ имеют наружные кожухи одинакового диаметра, равного 17 см и высоты 56 см и 124 см соответственно.
Рис. 5-36. Делитель постоянного напряжения на 500 кВ, собранный из непроволочных сопротивлений.
1 — непроволочные сопротивления; 2 —изолирующая опора; 3 — наружный и внутренний кожух и делителя; 4- металлические экраны; 5 — вывод для подключения измерительного прибора. Стрелки указывают направление потоков масла.
При измерении напряжения параллельно низковольтному плечу делителя подключался электростатический ток.
При необходимости учитывался и температурный коэффициент этого сопротивления.
Иногда микроамперметр включается последовательно с делителем напряжения между концом низкого напряжения делителя и землей. В этом случае делитель напряжения выполняет роль дополнительного сопротивления.
Активные делители постоянного напряжения изготовляются на напряжения порядка 1000—2 000 кВ. Делитель постоянного напряжения на 1250 кВ состоял из 2 000 непроволочных сопротивлений по 0,75 Мом каждое с общим сопротивлением величиной 1 500 Мом.
Сопротивления погружались в масло. Напряжение на низковольтном плече измерялось с помощью электростатического вольтметра.
Упомянем коротко о делителе постоянного напряжения на 50 кВ, предназначенном для прецизионных измерений постоянных напряжений с точностью ±0,01%. Такая большая точность была достигнута за счет того, что имелась возможность определять коэффициент деления делителя при включенном высоком напряжении. Проволочные сопротивления из манганина 200 ком, мощностью 30 Вт собирались в блоки, а последние соединялись в мостовую схему.
Чтобы избежать влияния токов утечки, использовалась система экранов, которым сообщались потенциалы от вспомогательного делителя напряжения, включенного параллельно основному делителю.
При измерении высоких напряжений промышленной частоты применяют емкостные и реже активные делители. Применение активных делителей переменного напряжения сопряжено с установкой громоздких и дорогостоящих сопротивлений на высокие напряжения.
Емкостные делители по сравнению с активными имеют меньшие размеры и стоимость их ниже.
При измерении переменных напряжений с помощью активных делителей возникают ошибки, связанные с наличием емкостных токов, протекающих через емкости элементов делителя на землю Сз и емкости относительно провода Сп. Основные ошибки вносятся емкостями Сз. Если принять, что емкость Сз равномерно распределена вдоль высоковольтного плеча делителя с активным со
противлением R1, то при приложении к активному делителю синусоидального напряжения с угловой частотой ω=2πf полное сопротивление Z1 высоковольтного плеча делителя определяется выражением
(5 43)
Таким образом, емкость Сз вызывает угловую погрешность первого порядка, равную:
и погрешность второго порядка в величине полного сопротивления, равную:
Из (5-43) видно, что погрешность при измерениях с помощью активного делителя напряжения возрастает с увеличением сопротивления высоковольтного плеча R1, емкости элементов делителя по отношению к земле С3 и с увеличением частоты f измеряемого напряжения.
С ростом измеряемого переменного напряжения приходится увеличивать величину сопротивления R1, чтобы ток, протекающий через активный делитель, был в допустимых пределах. При этом увеличивается и емкость элементов делителя по отношению к земле.
Для уменьшения ошибок, связанных с наличием емкостных токов, применяют плоские дисковые экраны, присоединенные к высоковольтному концу делителей. Экран образует с поверхностью земли плоский конденсатор, поле которого достаточно равномерно, если диаметр экрана превышает высоту делителя.
Действие экрана равносильно компенсации емкостей делителя на землю. Такие экраны просты по устройству, но не всегда достаточно эффективны там, где требуется большая точность измерений. В этих случаях иногда сопротивления делителя делят на несколько секций, помещая каждую из них в отдельный металлический экран с потенциалом, равным среднему потенциалу каждой секции. Напряжение на экраны обычно подается от вспомогательного делителя напряжения, подсоединенного параллельно с главным.
Таким образом, можно добиться хорошей компенсации влияния емкостей делителя на землю и значительно уменьшить его коронирование. В построенном делителе переменного напряжения промышленной частоты на 100 кВ. с использованием таких экранов угловая погрешность составляла не более 0,0002 рад. Эти делители имеют большие габариты и стоимость.
В случаях, где не требуется большой точности в измерениях, в качестве делителей переменного напряжения иногда применяют непроволочные сопротивления.
Начиная с напряжения 100 кВ и выше, погрешности активных делителей переменного напряжения достигают значительной величины и быстро увеличиваются с ростом напряжений, поэтому рациональным пределом для таких делителей является напряжение 100 кВ при частоте f=50 Гц.
Для измерения высоких переменных напряжений большое распространение получили емкостные делители, состоящие из ряда последовательно включенных емкостей. В емкостном делителе напряжения емкость Сз не имеет существенного значения, так как добавление ее к собственной емкости делителя не изменит зависимости от частоты, если пренебречь собственной индуктивностью делителя.
Емкостные делители имеют и то преимущество, что они практически не потребляют активной энергии и могут быть использованы при высоких напряжениях промышленной частоты порядка нескольких миллионов вольт, а также при высоких частотах. Они используются и при измерениях импульсных напряжений. В качестве емкостей делителя широкое применение получили конденсаторы с керамическими диэлектриками, имеющими большую диэлектрическую проницаемость и высокую электрическую прочность. Такой делитель использовался для измерения напряжения трансформаторного каскада на 2 250 кВ. Делитель состоит из последовательно-параллельно соединенных конденсаторов в виде колонок. Центральная измерительная колонка окружена коленками конденсаторов, служащих экранами. Вместо керамических часто применяют конденсаторы с бумажно-масляной изоляцией.
Рис. 5-37. Конденсатор под давлением на 900 кВ.
В измерениях в качестве делителей переменного напряжения используются также конденсаторы с газообразным диэлектриком и концентрическими цилиндрическими электродами, изготовленными так, чтобы избежать коронирования.
В таких конденсаторах в атмосфере сухого воздуха при нормальной плотности может быть допущена напряженность поля между электродами около 10 кВ/см без перекрытия. Конденсаторы этого типа используются при напряжениях до 300 кВ.
Емкость таких конденсаторов может быть рассчитана с точностью до 0,01%, их угловая погрешность составляет менее 10-5 рад.
Так как электрическая прочность газа увеличивается с его плотностью, размер конденсатора при данном напряжении может быть значительно уменьшен помещением электродов в бак под давлением. Это также защищает электроды от атмосферных загрязнений. На рис. 5-37 показано устройство конденсатора под давлением на 900 кВ с электродами в виде коаксиальных цилиндров. В качестве диэлектрика использовался азот или углекислый газ под давлением 14 ат. Бакелитовый кожух конденсатора одновременно служит и в качестве высоковольтного изолятора. Для низковольтного плеча делителя могут быть применены слюдяные конденсаторы хорошего качества.
Конденсаторы под давлением стоят дороже цепочки керамических или бумажных конденсаторов на одно и то же напряжение. Но последние имеют большую индуктивность и потери энергии. Поэтому конденсаторы под давлением обычно применяют при необходимости измерения напряжений с большой точностью.
1 — электрод низкого напряжения; 2—электрод высокого напряжения; 3— бакелитовый цилиндр; 4 — вывод для измерительной цепи; 5 — заземленное основание.
Рис. 5-38. Схема измерительного устройства с емкостным делителем напряжения.
При измерении переменных напряжений промышленной частоты в высоковольтных электрических сетях обычно используют измерительные трансформаторы напряжения. Однако при напряжениях 110 кВ и выше размеры трансформаторов напряжения становятся большими, и стоимость их сильно возрастает. Поэтому в практике измерений иногда используют и другие способы измерения напряжений. Значительное распространение в подобных случаях получили делители напряжения.
Удобным способом измерения переменных напряжений является использование в качестве емкостного делителя напряжения конденсаторных вводов выключателей и силовых трансформаторов. Л. М. Залесский и Н. А. Погарский указывают на возможность применения трансформаторов тока с конденсаторной изоляцией в качестве комбинированных трансформаторов тока и напряжения. Очевидно, что использование емкости конденсаторной изоляции трансформаторов тока для измерения напряжения 110 кВ и выше может дать значительную экономию средств. В практически выполненных устройствах для измерения напряжения с использованием вводов конденсаторного типа обычно имеется ряд вспомогательных элементов для обеспечения удобства и повышения точности измерений.
Изоляция вводов конденсаторного типа разделена на ряд слоев с помощью концентрических цилиндров из металлической фольги. Таким образом, образуется ряд заключенных друг в друга цилиндрических конденсаторов, соединенных последовательно. Измерительный прибор (электростатический или катодный вольтметр) включается параллельно последнему конденсатору и измеряется падение напряжения на нем, обычно равное 4—6 кВ.
В последнее время в связи с развитием в энергосистемах высокочастотной связи в качестве емкостных делителей напряжения используют также конденсаторы высокочастотной связи. С помощью упомянутых выше емкостных делителей напряжения можно измерять высокие напряжения порядка нескольких сотен киловольт.
Принципиальная схема такого устройства с емкостным делителем напряжения показана на рис. 5-38. Напряжение на емкости С2 составляет часть измеряемого напряжения и может быть дальше понижено до удобной для измерения величины с помощью трансформатора напряжения Тр. Для обеспечения наибольшей точности измерения в измерительную цепь включается регулируемая индуктивность L. Величина индуктивности L устанавливается такой, чтобы образовать резонансный контур с питающей емкостью С2.
Рис. 5-39. Эквивалентная Т-образная схема измерительного устройства, представленного на рис. 5-38.
При коротком замыкании в цепи измерительного трансформатора напряжение на реакторе L и емкости С2 может достигнуть недопустимой величины.
Для предупреждения подобных перенапряжений служит разрядник Р.
Принимая трансформатор напряжения Тр за нагрузку, делитель напряжения вместе с реактором L можно представить в виде эквивалентной Т-образной схемы, которая показана на рис. 5-39.
Для повышения точности измерения надо уменьшить активное сопротивление r реактора. Это достигается путем применения реактора со стальным сердечником и небольшим воздушным зазором.
Измерительные устройства, использующие вводы конденсаторного типа, по сравнению с трансформаторами напряжения. обладают меньшей точностью измерения и имеют малую мощность. Однако в ряде случаев эти устройства в связи с их низкой стоимостью с успехом заменяют трансформаторы напряжения.
Погрешность емкостного делителя напряжения зависит от температуры, влажности изоляции, отбираемой измерительным устройством мощности и других причин. Мощность емкостного делителя зависит емкости применяемых вводов конденсаторного типа и увеличивается с ростом измеряемого напряжения.
Существующие делители этого типа при напряжении 110 кВ имеют мощность 15 ва, при напряжении 220 кВ — 35 ва. Поэтому такие приспособления целесообразно применять при измерении напряжений 110 кВ и выше. Применение емкостных делителей в виде независимых аппаратов, не связанных с вводами конденсаторного типа, позволяет значительно увеличить их мощность.
- Назад
- Вперёд
Делитель напряжения — Digilent, артикул
Делители напряжения — это обычно используемые схемы, которые делят приложенное общее напряжение на меньший желаемый уровень напряжения.
На рис. 1 показан простой делитель напряжения с постоянными резисторами, иллюстрирующий его функциональность. Для этой иллюстрации мы предположим, что резисторы соединены последовательно, и весь ток, вытекающий из источника напряжения 5 В, течет непосредственно через R1 в R2, а затем обратно к источнику напряжения (ток не идет в обход через V 9).0005 из провода ).
В проекте «Светодиоды, управляемые кнопкой» мы кратко упомянули закон напряжения Кирхгофа (KVL), который гласит, что сумма падений напряжения (разность потенциальной энергии на компоненте) в контуре цепи должна равняться нулю. Мы будем использовать это свойство для определения падения напряжения на отдельных компонентах в нашей примерной схеме.
На рис. 2 показана упрощенная блок-схема той же схемы делителя напряжения. Проходя по цепи по часовой стрелке, мы можем записать падение напряжения каждого компонента в качестве члена в основном уравнении. Знак термина определяется терминалом. Например, если двигаться по часовой стрелке от начальной точки, первым достигнутым компонентом будет источник напряжения. Знак члена отрицательный, так как мы вошли в отрицательную клемму источника напряжения. (Есть ссылка на закон напряжения Кирхгофа, а также соглашение об активном/пассивном знаке, если это кажется незнакомым).
Итак, в целом, основное уравнение:
$$\большой -5В + V_{R1} + V_{R2} = 0В$$
Падение напряжения на $R_{1}$ и $R_{2}$ неизвестно, поэтому обозначим их как $V_{R1}$ и $V_{R2}$ соответственно.
Это оставляет нам уравнение с двумя неизвестными переменными.
Используя закон Ома, $(V = IR)$, мы можем упростить уравнение и свести его к одной неизвестной переменной.
$$\large-5V + R_{1}I + R_{2}I = 0V$$
(Помните, что резисторы соединены последовательно, поэтому ток, протекающий через $R_{1}$, такой же, как через $R_{2}$).
Преобразование уравнения:
$$I = \large5V * \frac{1}{R_{1} + R_{2}}$$
Это говорит нам точное значение тока, протекающего через каждый резистор. С этим значением мы можем найти индивидуальное падение напряжения, просто умножив значение тока на значение сопротивления компонентов (еще одно применение закона Ома).
Следовательно:
$$\large V_{R2} = I * R2 = 5V * \frac{R2}{R1 + R2}$$
$$\large V_{R1} = I * R1 = 5V * \frac{R1}{R1 + R2}$$
Возвращаясь к рис. 2, V OUT представляет собой падение напряжения на $R_{2}$ (со следующими значениями сопротивления).
$$R_{2} = 2k\Омега$$ $$R_{1} = 1k\Омега$$ $$\large\frac{2k\Omega}{1k\Omega + 2k\Omega}* 5V = Vout = 3,3V$$
В общем, для определения выходного сигнала делителя напряжения можно использовать уравнение в замкнутой форме.
$$\large V_{out} = V_{source} \frac{R_{out}}{ R_{1} + R_{2} … R_{n}}$$
Где $R_{1} + R_{2} … R_{n}$ — любое количество последовательно соединенных резисторов (их может быть больше двух), а $R_{out}$ — резистор, падение напряжения которого вы измеряете измерения как выход схемы. (Также важно отметить, что это уравнение справедливо только для резисторов, соединенных последовательно).
узнать, основы, схемы, делитель напряжения
Урок 19. Схемы делителя напряжения. Часть 2 | Репетитор по математике DVD
- домашний
- 2q — Анализ цепей, Том 1
- Урок 19 — Схемы делителя напряжения . . .
В этом уроке мы продолжаем решать схемы с делителем напряжения. Делитель напряжения используется во многих цепях, и мы посвятим этот урок объяснению того, как его сконструировать и как его использовать в больших цепях.
Просмотрите полный курс и учитесь, решая задачи шаг за шагом!
Выписка:
Привет и добро пожаловать в этот раздел репетитора по анализу цепей. Здесь, в этом разделе, мы собираемся продолжить разговор о делителях напряжения. Мы собираемся поговорить об этой схеме здесь, я думаю, что это интересная схема. Когда я впервые увидел схему, подобную этой, я на секунду вернулся назад.
|
У вас есть источник напряжения. У вас есть резисторы, которые известны везде. Это 2 кОм, 6 кОм, 9 кОм, 3 кОм. Верно? То, что вас просят найти, это напряжение в этом пустом воздухе. От этой клеммы между этими двумя резисторами к этой клемме между этими двумя резисторами. Это сбило меня с толку, когда я впервые увидел это, потому что до сих пор вас всегда просили рассчитать, какое напряжение на этом резисторе? Какое напряжение на этом резисторе? Каково напряжение на этом источнике тока и так далее и тому подобное.
|
Вы должны понимать, что падение напряжения между любыми двумя точками пространства совершенно законно. Даже если там вообще нет цепи. Если вы вернетесь к физике и отправитесь в глубокий космос рядом со звездой или чем-то еще. Здесь есть потенциал, и здесь есть потенциал, и вы вычитаете значение. Какой здесь потенциал? Какой здесь потенциал? Вычтите их, и вы получите разность потенциалов между двумя точками.
|
Здесь у вас явно везде напряжения. На каждом из этих компонентов есть падение напряжения, но если вы возьмете вольтметр и подключите его между этими двумя точками, между этими двумя точками также будет разность потенциалов. Все это означает, что между здесь есть напряжение, а здесь нет тока. Там нет пути для проведения тока.  |
Вы всегда измеряете напряжение на физических предметах. Здесь вас просят быть … Измерьте напряжение в разреженном воздухе, так что это не имеет особого смысла.