25
Mérőműszerek az áram, feszültség, villamos teljesítmény, energia és impedancia mérési módszerei
oktatási segédlet a Miskolci Egyetem főiskolai villamosmérnök, valamint műszaki informatikus hallgatói részére
Szerkesztette:
Váradiné Dr. Szarka Angéla
2002.
26 (Jelen segédlet a Méréselmélet című segédlet folytatása, ezért a fejezetek és ábrák számozása ahhoz igazodik)
III. Áram és feszültség mérése Árammérési tartományok DC-elektrométerek 10 aA-1 A DC DMM 100 pA-10 A AC DMM 1 nA-10 A Elektromechnikus árammérők 10 pA-100 A Söntök, mérőtrafók 10 mA-100 kA (Felsőhatár- disszipációs problémák) Feszültségmérési tartományok DC nanovoltmérők DC DMM AC DMM Elektromechanikus Osztók, mérőtrafók
10nV-1kV 100nV-1kV 1nV-1kV 10nV-1MV 1V-1MV
Áram és feszültségmérés tárgykörébe tartozó jellemzők: - egyenfeszültség, egyenáram -középérték - abszolút középérték - csúcsérték - effektívérték - pillanatérték - vektorkomponensek - frekvenciaspektrum Zavarforrások: - külső villamos terek - külső mágneses terek - közös módusú jelek - belső offset - termikus zaj - termofeszültség
27 III.1. Mérőhálózat legfőbb egységei: A zavaforrások figyelembevételére és hatásainak kiküszöbölésére az áram és feszültségmérő hálózatot gondosan kell tervezni: forrás
mérővezeték
műszer
1. ábra jelforrás modellezése: ZU I
ZI
U 2. ábra ideális mérővezeték modelleése: be
ki 3. ábra
valóságos mérővezeték modellezése: frekvenciafüggő soros és párhuzamos impedanciák miatt a ki-és a bemeneten mért feszültségek és áramok különbözőek. zd zp
zp zsl 4. ábra
mérőműszer modellezése: Za V
ZV
A árammérő
voltmérő 5. ábra
28 Ideális mérővezetékkel összekötve a forrást:
ZU
Za ZV
V
Um
I
ZI
U
A
Im
6. ábra Um= mérhető feszültség Um = U ⋅
Im = I ⋅
Zv Zu ⋅ Zv
ZI ZI + ZA
Zavarérzékenység: külső zavar behatolási helye: 1. mérővezeték 2. mérendő objektum Külső zavar kiküszöbölése: a) mérőrendszer elektrosztatikus és mágneses árnyékolása b) zavarforrás elektrosztatikus és mágneses árnyékolása Kapacitív, konduktív zavarok okozta áramok árnyékolt mérővezetékkel kiküszöbölhetőek. Az áramok az árnyékoláson keresztül a földbe folynak. A frekvencia növekedésével csökken az árnyékolás hatása. Sodrott érpár - mágneses terek zavaróhatására érzéketlen (indukált feszültségek kioltják egymást)
29 Árnyékolóképesség további javítása:
sodrott érpár védőárnyékolás kettős árnyékolás földelt árnyékolás mágneses árnyékolás (ferromágneses fólia)
7. ábra Gyakran a forrást is árnyékolni kell. Pl: transzformátorok (mágneses zavarforrások) mágneses árnyékolás. Kis jelszintek esetén: termofeszültség Különböző anyagú és hőmérsékletű térnek találkozásánál. (Találkozási pontjában) Védekezés: azonos anyagok alkalmazása. Termosztátok alkalmazása
30 III.2. Áram- és feszültségmérő műszerek Elektromechanikus műszerek Alapfogalmak 1. kitérítőnyomaték: A mérendő villamosmennyiséggel arányos. 2. visszatérítő nyomaték: A kitérítő nyomaték ellen hat, a mozgórész nyugalmi állapotát állítja vissza. 3. csillapító nyomaték: A kitérítő és visszatérítő nyomaték lengőrendszert hoz létre. Ezeket a lengéseket kell csillapítani. - csillapítatlan műszer többet leng - túlcsillapított műszer, lassan kúszik fel Állandó mágnesű (Depzer) műszer Alapműszer: egyenáram mérése 1µA...0,5A tartományban. Működési elve az áram és a mágneses tér kölcsönhatásán alapul. Lengőtekercs két oldalán két ellentétes csavarmanetű rugó (hőtágulás kiküszöbölése) rugó: 1. visszatérítő nyomaték 2. mérendő áram továbbítása a tekercsbe. A kitérítő nyomatékot a rugó méri.
8. ábra Ampermérő
9. ábra Mk = F·D
31
D: erőpár karja F = B·l·N·I Mk =D·B·l·N·I
= k·I (Nm) >> α szögelfordulás
rugó nyomatéka: Mr=cr·α cr = rugóállandó Mk = Mr k·I = Cr·α k α = ⋅ I = KI I Cr Árammérés tartománya söntöléssel terjeszthető ki, akár 1000 A-ig is. I
RS Ra A
Im 10. ábra Rs (I - Im) = Ra·Im Rs =
Im ⋅ Ra I - Im
50 A-ig házbaépíthető sönt. Afölött söntszekrény (hőfejlődés miatt) Voltmérő: Lengőtekerccsel ellenállást kapcsolunk sorba. U I = R α =
KI ⋅ U = KU ⋅ U R R1 U1
Im
.
. .
Un
A Rn 11. ábra
U=Im⋅Za
32 Rn =
Un - Ra Im
600 V-ig bővíthető méréshatár előtétellenállással. Osztálypontosság ≥0,1 % Lineáris skála, kis fogyasztás Csillapítónyomaték: Alumíniumkeretben keletkezett örvényáramok csillapítanak. Ui =
dφ dα = B⋅l ⋅D dt dt
dα keret szögelfordulása
Keretben indukált feszültaég, keret ellenállása R. i =
BlD dα R dt
Mcs = Fcs·D F = BlN·I M cs = k cs ⋅
dα dt
A csillapítónyomaték arányos a keret szögsebességével. Galvanométer Nagy érzékenységű, különleges konstrukciójú Deper-műszer. Érzékenység - mekkora áram hatására fordul el a mérőtekercs. Kis áram hatására nagy elmozdulás - nagy érzékenység 10 pA -10 nV felbontóképesség. Jellemzők: -spirálrugó helyett torziós szál -mutató helyett fénysugár -alumínuum keret nincs örvényáram helyett Lenz törvény szerinti tekercs elmozdulást akadályozó Ui.
33 Elektrodinamikus műszer Egyen - váltakozó (RMS) mennyiségek mérése 30 mA...100 A ill. 15...600 V Depze-hez működési elvben hasonló. A mágneses teret nem egy állandó mágnes, hanem egy állótekercs árama gerjeszti. Szerelési okokból az állótekercs két részre van osztva
12. ábra M = k B Il B = k' Ia Mk = k · k' ·Il · Ia = K · Il ·Ia Légcsillapítás Wattmérő: K ⋅ U ⋅ I a cosϕ R1 Váltakozómennységek mérése esetén: M=
il = ia
2 I l sinωt 2 I a sin (ωt - ϕ )
m = Ki l ia = K ⋅ 2 ⋅ I l I a sinωt sin(ωt - ϕ ) 1 sin α sin β = [cos(α - β) - cos(α + β)] 2 1 1 sinωt ⋅ sin(ωt - ϕ ) = cos ω t ω t + ϕ cos ω t + ω t ϕ = cosϕ - cos(2ωt - ϕ )] ( ) ( ) [ 2 2 m = K ⋅ I l I a cosϕ - KI l I a cos(2ωt - ϕ ) A lengőtekercs tehetetlenségi nyomatéka miatt a második rész nem hat. M = KI l I a cosϕ a mutató szögelfordulása az áram négyzetével arányos >> négyzetes skála.
34 Amennyiben az egyik tekercset feszültségtekercsként, a másik tekercset áramtekercsként használjuk: K α= U ⋅ I a cos ϕ = K p ⋅ P Cl R1 a mutató kitérése a teljesítménnyel arányos >> skála lineáris.
Árammérő Re
Ra Rl
Il
R Ia
13. ábra lengőtekercs árama max. 100 mA, állótekercs árama 5-10 A. Így csökkenthető a lengőtekercs súlya. α = K I ⋅ I a2 Voltmérő Rl Ra Re Ia=Il=I U 14. ábra Ia = Il = I cosϕ = 1 M = K I2
35 I=
U R
M =
K 2 U = K ′′U 2 2 R
α = Ku U2 A skála alján nagyon pontatlan a leolvasás
Lágyvasas műszerek Mágneses vonzáson vagy mágneses taszításon alapul a működésük. Lapos tekercsű műszer működése Működése a mágneses vonzáson alapul. A mérendő áramot egy tekercsre kapcsoljuk, amelynek az áram hatására kialakul a mágneses tere. Ez a tér vonza a tengelyre erősített lágyvas darabkát, és elfordul. Visszatérítő nyomaték: rugó csillapítónyomaték: légkamrában mozgó dugó
15. ábra
36 Kerek tekercses műszer taszítás elvén működik
16. ábra Állóvas a csévetesthez rögzítve, mozgóvas a tengelyhez. A mozgóvas elmozdulása közben végzett elemi munka: dW = F dx dx = r dα F =
dW r ⋅ dα
Nyomaték: M = F ⋅ r =
dW dα
A tekercs energiája: W =
1 ⋅ LI 2 2
M=
1 2 dL I ⋅ 2 dα
lágyvasas műszerek általános nyomatékegyenlete
dL = K = á ll. megfelelő vas alak mellett. dα M = K ′ ⋅ I 2 - négyzetes skála egyen-és váltakozó (RMS) mennyiségek mérése
37 Digitális multiméterek Az alapműszer: DVM pontosság sebesség (beállási idő) felbontás érzékenység mintavétlezési idő DVM hibája Katalógusadat: hrdg hrdg ′ = h fs ⋅
mért értékre vonatkoztatott relatív hiba
x fs Hx ⇐ h fs = x rdg x fs
méréshatárra vontkozó hiba
D ⋅ 100 % számlálási hiba Nk Nk - teljes szám értéke (kijelzés) D - bizonytalan jegyek száma h sz =
Pl:
Um = Urdg = 5,215mV Ufs = 10µV hrdg = ± 0.015 % katalógus hfs = ± 0,02 % D=1
méréshatárra vonatkoztatva: U fs 10 µV hrdg = ± 0,02 % ⋅ = 0,038 % ′ = h fs U rdg 5,215mV számlálási: h sz =
1 ⋅ 100 % = ± 0,019 % 5215
összevont relatív hiba: h = ± 0,015 + 0,038 + 0,019 % = 0,072% Abszolút hiba: h 0,072 H = ⋅ U rdg = ⋅ 5,215 ≈ 4µV 100% 100
38 DMM A/D átalakítóval az analóg feszültséget digitális formába alakítják Kijelző Jelkondícionáló osztók
S/H
A/D Uref
Vezérlő Billentyűzet
17. ábra Muktiméter = digitális voltmérő + jelkondícionálók + A/D Mit mérnek a DMM-ek? 1. Egyenfeszültség 2. Váltakozófesz. 3. Egyenáram 4. Vált.áram 5. Ellenállás
(DV) (AV) (DC) (AC) (R) dc osztó ac osztó
Kijelző
AC/DC
dc C/V ac C/V
ADC
AC/DC
.
R/V 18. ábra
Uref
Vezérlő Billentyűzet
39
IV. Teljesítmény és energia mérése Egyenáramú teljesítmény: P = U · I Szinuszos jelek esetén: S = U ⋅ I = p2 + Q 2 P = U ⋅ I ⋅ cosϕ Q = U ⋅ I sinϕ
látszólagos teljesítmény hatásos teljesítmény meddő teljesítmény pillanatérték= p(t) = u(t) · i(t) ϕ = u és i közötti fázisszög cos ϕ = teljesítménytényező n
Többfázisú teljesítmény
P =
∑P
k
k=1
k= fázisok száma IV.1. DC teljesítmény mérése Volt- és ampermérővel I
I
A
A RV
Ra R
Ra V
RV
U
U
R
V
19. ábra P = U⋅I -
U2 Rv
P = U · I - I2 · Ra
Rv>>R
Ra<
Háromvoltmérős módszer Z impedancia hatásos teljesítménye Z
R UZ
V
UR
U
UZ
V ϕ
U V
UR 20. ábra
40
Z inpedanciával sorbakapcsolunk egy R ellenállást, amit ismerünk. Mérjük a feszültségeket. A voltmérők fogyasztását elhanyagoljuk.
U Uz
y ϕ
UR
x
21. ábra U 2 = (U r + x) 2 + y 2 U 2z = x 2 + y 2 U 2 = U 2r + 2U r ⋅ x + x 2 + y 2 Uz2 =x2 + y2 U 2 = U 2r 2U r x + U 2z x = Uz cosϕ U 2 = U 2r + U 2z + 2U r ⋅ U z ⋅ cosϕ Az ellenálláson átfolyó áram: (Z-n is ez folyik) Ur I = R U z ⋅ U r ⋅ cosϕ vagyis: P = U z ⋅ I ⋅ cosϕ = R
(1)
(2)
(1)-ből U r ⋅ U z cosϕ =
U 2 − U 2r - U 2z 2
(2)-ből és (3)-ból U r ⋅ U z ⋅ cosϕ U 2 - U 2r - U 2z P = = R 2R
(3)
41 Elektrodinamikus mérés 1:
U2 R
Po = I 2 ⋅ R = P = Ia2 · R U Ia = R + Ra
U2 P= ⋅R (R + Ra ) 2 U2 ⋅ R U2 R 1 2 2 (R + R a ) R (R + R a ) R R 2 - (R + R a ) 2 m-p h = = = = 1 U2 p (R + Ra ) 2 R R Ez a tört → 0. ha a számláló →0 vagyis: R2 - (R + Ra)2 →0 R2 → (R + Ra)2 ⇓ Ra →0 vagyis R>>Ra !
2.
1. W R
U
1.
2.
I
I
A
A Ra R
U
RV
Ra V
RV U
22. ábra
V
R
42 IV.2. Háromfázisú teljesítmény mérése PR W
R PS W
S PT W
T N
23. ábra R3f = Rr + Ps + Pt
Áron kapcsolás P1 W
R U RS S P2
W
24. ábra P = P1 + P2 P = U R I R + USIS + U T I T IR + IS + IT = 0
→
vektoriális szorzata I S = −I R − I T
P = U R I R − USI R − USI T + U T I T P = I R (U R − U S ) − I T (U T + U S ) U R − U S = U RS
- vonali feszültség
U T − U S = U TS
- vonali feszültség
U TS T
43
IV. 2. Meddőteljesítmény mérése
W
R
1
W
Fo-
S
2
gyasz-
W
tó
T
3
N 25. ábra W1 W2 W3
- IR, UST - IS, URT - IT, USR
Q = U f ⋅ I f ⋅ sin ϕ sin ϕ - t úgy kapunk, ha az Uf-re merőleges feszültséget mérünk. R UTR
UR
URS ϕ
UT T
IR
US UST
S
26. ábra Q R = U R ⋅ I R ⋅ sin ϕ U R ⊥ U ST
- így IR fázisáramot és UST vonalifeszültséget mérünk. Mivel azonban a
fázisfeszültség helyett vonalit mérünk, 3 -mal osztani kell az eredményt. 1 Q= Q1′ + Q 2 ′ + Q 3 ′ 3 Nullvezeték nélküli szimmetrikus feszültségű hálózaton mérhetünk meddőteljesítményt Áron kapcsolással:
(
P1 = U V ⋅ I V ⋅ cos(30 + ϕ ) P1 = U V ⋅ I V ⋅ cos(30 − ϕ )
)
szimmetrikus terhelés esetén
44 P2 − P1 = U V I V [cos(30 − ϕ ) − cos(30 + ϕ )] P2 − P1 = U V I V sin ϕ Q = 3 ⋅ U V I V sin ϕ mivel Q 3f = 3 ⋅ U V I V sin ϕ Q 3f = 3 ⋅ ( P2 − P1 )
R UTR
30+ϕ URS
UR ϕ
UST
IT
IR
30-ϕ US
ϕ
UT T
UST 27. ábra
S
45 IV.3. Energia mérése Inukciós fogyasztásmérő
28. ábra
29. ábra Az egyik tekercs az áramtekercs a fogyasztóval sorbakapcsolva, a másik tekercs a feszültségtekercs, a fogyasztóval párhuzamosan kapcsolva. I1 - a hálózat árama, I2 - a feszültséggel arányos áram. Visszatérítő nyomaték: fékmágnes Mf = K⋅n, ahol n a fordulatszám. M k = c ⋅ I 1 ⋅ I 2 sin β Ph = U ⋅ I ⋅ cos ϕ M k = k ⋅ Ph Egyensúlyi helyzet: Mk = Mf k Ph = K n n = áallandó ⋅ P A tárcsa egységnyi idő alatt megtett fordulatszáma a villamos teljesítménnyel arányos. Fordulatszámláló beépítve. Elektronikus fogyasztásmérő
46
30. ábra Az árammal és feszültséggel arányos jelek szorzását elektronikus, időosztásos szorzó végzi. A szorzó kimenetén megjelenő feszültség egyenkomponense arányos a Z impedancia hatásos teljesítményével. Az U/f átalakító kimenete impulzuskimenet, amelynek a frekvenciája arányos a pillanatnyi teljesítménnyel. Az impulzusokat számlálóval jegyzik.
47
V. Impedanciamérés
Z=
U I
Ideális ohmos ellenállás: Z = R A valóságos ellenállás frekvenciafüggő. Ha váltakozóáramon használjuk, figyelembe kell venni, hogy van induktivitása és kapacitása. Igy a helyettesítő kép: R
LS cp Rp 31. ábra
LS - ellenállástekercs induktivitása cp - szórt kapacitás Rp - az ellenállás sarkai között fellépő szivárgási ellenállás Egyéb járulékos hibák: skineffektus - a frekvencia növekedésével a hasznos keresztmetszet csökken, ezért az ellenállás nő. A hatás 1 MHz felett jelentkezik fokozottan. Kiküszöbölés: többerű hurokellenállás hőhatás - környezeti, - átfolyó áram okozta. Kiküszöbölés: termosztát, hűtés. termofeszültség - az ellenállás kivezetése és az ellenálláshuzal érintkezési pontjában keletkező feszültség. Kiküszöbölés: az egymáshoz csatlakozó anyagok helyes megválasztása.
48 V.1. Analóg ellenállásmérés Volt-, ampermérővel I
I
A
A Ra R
RV
Ra V
U
RV U
V
32. ábra Ellenállásmérés közvetlenmutatós ohmmérővel 1. Állandó áramot hajtunk és mérjük a feszültséget
33. ábra Ux = I ⋅ RX I = állandó UX arányos RX - szel. Digitális műszerekben alkalmazzák. 2. Feszültséggenerátoros feszültséggenerátor - szárazelem (pl. Deprez műszer)
34. ábra Soros ohmmérő
R
49 A soros ohmmérő árama: U U 1 I= = ⋅ R + RX R 1 + RX R A műszer kitérése: (A Deprez műszer skálaegyenlete szerint) : α = k ⋅ I = k ⋅ hiperbólikus skála RX = 0 esetén αmax RX = ∞ esetén α = 0 A skála közepén a legpontosabb.
35. ábra Párhuzamos ohmmérő Ellenállásmérés feszültségösszehasonlítással
36. ábra UN = I ⋅ RN RX = RN ⋅ (UX / UN) UX = I ⋅ RX Digitális multiméterekben ellenállásaránymérésre használják.
1 U ⋅ R 1+ RX R
50 Ellenállásmérés áramösszehasonlítással
37. ábra U = IX ⋅ RX U = IN ⋅ RN RX = RN ⋅ (IN / IX) V.2. Nullmódszer Wheatstone-híd Feszültségösszehasonlítás módszere.
38. ábra Ha UX = U3 , akkor U0 = 0 Kiegyenlítés feltétele: RX R3 U0 = − =0 R1 + R X R 3 + R 2 R X ⋅ R 2 = R1 ⋅ R 3 R X = R1 ⋅
R3 R2
U0 mérése nagyérzékenységű nullindikátorral történik.
51 Egyenáramú hidak pontossága függ: - nullindikátor érzékenysége - kiegyenlítő elemek pontossága - hőhatások, termofeszültségek - kis ellenállások esetén a bekötő vezetékek ellenállása - nagy ellenállások esetén aszivárgóáramok Általában h<0.5%. Thomson híd 10 Ω alatti mérések esetén a bekötő vezetékek jelentős mérési hibákat okozhatnak. Ezt küszöböli ki a belső híddal kiegészített Thomson-híd.
39. ábra Re - áramkorlátozó ellenállás, R a hozzávezetések ellenállása.
(R
X
)
(
)
+ R 3′ R 2 = R1 + R 2 ′ R 3
R X R 2 + R 2 R 3 ′ = R1R 3 + R 2 ′ R 3 R X R 2 = R1R 3
&
R 2 R 3′ = R 3R 2 ′
Vagyis a fő- és a mellékhíd egyidejű kiegyenlítése szükséges.
52 Váltakozóáramú hidak
40. ábra Komplex impedancia: z 2 e jϕ 2 z 3 e jϕ 3 = z1 e jϕ1 z 4 e jϕ 4 A kiegyenlítés feltétele: z 2 z 3 = z1 z 4
&
ϕ 2 + ϕ 3 = ϕ1 + ϕ 4
V. 3. Digitális ohmmérő A mérés elve: az ellenállásmérést visszavezetjük feszültségmérésre.
41. ábra U ki = − U be jωRc x
53
42. ábra U ki = − U be jω
1 Lx R
Mindkét esetben U arányos az R-rel.
Impedanciaanalizátorok Impedanciák vizsgálatára szolgál feszültség-, áram-, frekvenciatartományban.
43. ábra Vagy feszültséggenerátor, vagy áramgenerátor táplálja, frekvenciafüggő táp, I0 (előmágnesező áram a nem lineáris impedanciák szintfüggő mérésére) és U0 előfeszültség beállítási lehetőséggel.
54
VI. Tápforrások A tápforrások energiaellátásra szolgálnak. Potenciális zavarforrás, ezért gondos kiválasztást igényel. Tápforrások jellemzői és funkciói: DC és AC tápforrások - jó hatásfok - szünetmentes energiaellátás - pontos és stabil feszültség és áram - pontos és stabil frekvencia - változtathatóság, programozhatóság - hálózati ingadozások elnyomása - hálózati zavarok szűrése - terhelésingadozás hatásának csökkentése - zárlattűrés - galvanikus leválasztás VI.1. DC tápegységek Leggyakrabban stabilizált tápegységra van szükség. Ez kétféle lehet: telep stabilizátor hálózat
UDC
AC/DC
44. ábra Az UDC feszültség előállítható vagy egyenáramú tápforrásból (akkumulátortelep, szárazelem), vagy a hálózati feszültségből egy AC/DC átalakítón keresztül.
55 Stabilizált tápegység
45. ábra Stabilizátor Helyettesítő kapcsolás:
46. ábra Feladata: állandó Uki biztosítása Jellemző adatok: - feszültség stabilitási tényező: ∂U be ∆U be U be U be Su = ≅ ∂U ki ∆U ki U ki U ki - kimeneti ellenállás: R ki =
∂U ki ∆U ki ≅ ∂I ki ∆I ki
56 - Uki hőmérsékletfüggése: ∆U ki ∂U ki 1 U ki αu = ⋅ ≅ ∂Tk U ki ∆Tk Ezen jellemzők általános értékei: Su = 10 ... 104 Rki = 10-3 ... 10 Ω αu = ± 10-3 ... 10-5 /K Lineáris hálózati stabilizált tápegységek Leggyakoribb a soros áteresztő tranzisztoros felépítésű CV/CC (constant voltage/constant current) kimeneti jelleggörbéjű. Szabályzókör kapcsolása:
47. ábra Kimeneti jelleggörbe: Uki R1
R2 R3
Uki0 R4 Uki4 R5 Iki2
Iki0 48. ábra
Iki
57 Rt = R1 = ∞ R1 > Rt > R3 Rt = R2 Rt = R3
üresjárás a terhelést csökkentve állandó feszültségű generátor üzemmód : Uki = Uki0 az adott terheléshez tartozó áram értéke: Iki2 befejeződik a feszültséggenerátoros szakasz és kezdődik az áramgenerátoros szakasz A választó áramkör átkapcsol az AV erősítős feszültségszabályozó kör és az AC erősítős áramszabályzó kör között. Fénydiódák jelzik, hogy épp melyik működik. R3 > Rt > R5 állandó áramú generátor üzemmód: Iki = Iki0 Rt = R4 állandó áram mellett az adott terhelésnél a feszültség értéke: Uki4 Rt = R5 rövidzár; rövidzár esetén is a kimeneti áram értéke nem változik, továbbra is Iki0. Uki0 és Iki0 alapértéke az RC és RV ellenállásokkal állítható be. IRV áramgenerátor értéke állandó, tehát U ki = I RV ⋅ R V R I ki = I RV ⋅ C RS Hálózati stabilizált tápegységek jellemző műszaki paraméterei: - Hálózati stabilitás: Azt mutatja meg, hogy névleges Rt terhelésnél a hálózati feszültség ± 10% - os változása esetén mennyit változik a kimeneti feszültség. - Terhelés stabilitás: Azt mutatja meg, hogy mennyivel változik meg a kimeneti feszültség, ha a kimeneti áram a névleges áram értékével megváltozik. - Hőmérséklet stabilitás: Típusvizsgálattal határozzák meg, mV/°C - ban adják meg. - Hosszúidejű stabilitás: Azt mutatja meg, hogy 8 órás folyamatos terhelés után a névleges adatok mennyit változnak. - Kimeneti impedancia, és annak frekvenciafüggése - Tranziens feléledési idő: dinamikus tulajdonság Azt mutatja meg, hogy névleges mértékű áramváltozás esetén a kimeneti feszültségnek mekkora a beállási ideje (µs nagyságrendű) - védelem: túlfeszültség, túláram, hőmegfutás, stb. CC esetén automatikus áramszabályzás Bizonyos tápegységek a környezeti hőmérséklet növekedése esetén automatikusan csökkentik a terhelhetőséget.
58
Kapcsolóüzemű hálózati stabilizált tápegység Eőnyei: kis súly, kis méret, javuló hatásfok
49. ábra A hálózati feszültséget egyenirányítva, szűrve, szaggatással négyszögalakú nagyfrekvenciás váltakozó feszültséget állít elő. Ezt transzformáljuk, egyenirányítjuk és szűrjük. A szabályzó a kimeneti feszültséget állandó értéken tartja. A galvanikus leválasztást a trafó és a szabályzó biztosítja. Működési elv:
50. ábra K - szaggatás > > hullámosság csökkentése Lc szűréssel. K kapcsoló zárt állásban: Az Ube feszültség az L tekercsen keresztül tölti a c kondenzáatort és táplálja az Rt terhelést. K kapcsoló nyitott állásban: Az L tekercsben felhalmozott energia a D diódán keresztül leépül, miközben tovább tölti a kondenzátort és táplálja a terhelést. Az impulzusok szélességének a függvényében változik a kapcsoló kapcsolási ideje.
59
VII. Jelforrások Funkciói: • stabil feszültség és frekvencia elállítása • változtatható feszültség és frekvencia előállítása • különböző hullámformák előállítása • AM- és FM-moduláció lehetőségének biztosítása • programozhatóság automatikus mérések céljából ]Jellemzői: • ferkvencia- és feszültségtartomány • felbontóképesség • frekvencia- és amplitúdópontosság • frekvencia és amplitúdó rövid ill. hosszú idejű stabilitása • frekvencia és amplitúdó hőmérsékleti tényezője • spektrális tisztaság, torzítási tényező • modulációs mélység ill. löket • kimeneti impedancia Fajtái: Szinuszos generátorok Nemszinuszos generátorok Hangfrekvenciás generátorok (szinuszos) - kis torzítás Alapgenerátor:
Rc oszcillátor Lc oszcillátor
(Wien-hidas Rc oszcillátor)
51. ábra RC-oszcillátoros generátor
52. ábra Wien-hidas Rc oszcillátor
60
53. ábra Lc oszcillátoros generátor Az alapgenerátor kiegészülhet különböző modulációs üzemmódokkal. Amplitúdó modulált jel:
53. ábra u = U V (1 + U m / U V cos ω m t ) cos ω V t Um/UV - modulációs mélység
61 Frekvenciamodulált jel:
54. ábra u = U V sin(ω V t + m sin ω m t ) m - modulációs index frekvencialöket: ∆f = mω m / 2 π
