Основные типы мостов переменного тока

Некоторые схемы мостов могут быть пригодны для измерения нескольких параметров электрической цепи, но не всегда могут обеспечить одинаковую точность и удобство измерений. Поэтому в так называемых универсальных мостах применяют несколько мостовых схем, структурно близких по используемым элементам в их плечах и служащих для измерения ряда параметров. Здесь рассматриваются некоторые наиболее характерные схемы, положенные в основу устройства промышленных образцов универсальных мостов отечественного и зарубежного исполнения.

Условно считают, что измеряемое сопротивление включено в первое плечо (Z₁=Z_x), а регулируемое – в любые другие плечи.

На рисунке 1.26 изображена принципиальная схема моста Соти. Он применяется преимущественно для измерения емкости воздушных конденсаторов, т.е. для случая, когда углы потерь обоих конденсаторов ничтожно малы (φ₁=φ₂= - π/2).

Рис.1.26. Принципиальная схема моста Соти.

Так как в этой схеме плечи Z₃ и Z₄ чисто активные и, следовательно, φ₃=φ₄=0 , одно из условий равновесия выполняется без каких – либо регулировок. Поэтому для уравновешивания схемы достаточно выполнить одно условие:

,

Где Z₁= , Z₂=

При равновесии моста: или

Следовательно, для уравновешивания моста нужно иметь возможность регулировать емкость образцового конденсатора С₂ при постоянном отношении R₄/R₃ или регулировать отношение R₄/R₃ при постоянном значении С₂. На практике чаще применяется регулировка активных сопротивлений как более простая.

Принципиальная схема моста Шеринга на рисунке 1.27 предназначена для измерения диэлектрических потерь на высоком напряжении.

Рис.1.27. Принципиальная схема моста Шеринга.

Такой мост обычно применяется на частоте 50 Гц для измерения потерь в изоляционных конструкциях различного оборудования, эксплуатируемого на электростанциях, в высоковольтных сетях, распределительных устройствах и других объектах. Используется он и в лабораторных исследованиях. В некоторых случаях этот мост применяется для работы на низких напряжениях звуковой частоты.

Преимущество такой схемы заключается в том, что она дает возможность уравновесить активные и реактивные составляющие моста независимо друг от друга.

Полные сопротивления плеч моста в комплексной форме:

Z_X=R_X+

Условие равновесия принимает следующий вид:

При решении уравнения получаем два условия равновесия:

C₂R_X=C₄R₃ .

Тангенс угла потерь:

tgδ= - ωC_XR_X= - ωC₄R₄ .

Сопротивление R₄ чаще всего принимают равным . Тогда на магазине емкости С₄, отградуированном в микрофарадах, при частоте 50 Гц можно прямо отсчитывать значения tgδ_x:

Значительное распространение получили мосты по схеме Максвелла. Принципиальная схема моста Максвелла изображена на рисунке 1.28, в котором постоянная сумма фазовых углов равна 0. Здесь осуществляется сравнение индуктивности с емкостью, вследствие чего можно измерить индуктивность или емкость в зависимости от того, какие элементы плеч будут регулируемыми; этим мостом главным образом измеряются индуктивности с небольшим коэффициентом добротности (меньше 10).

Рис. 1.28. Принципиальная схема моста Максвелла.

В мосте Максвелла применен образцовый конденсатор C₄ , который может быть изготовлен с большей точностью, чем образцовая катушка индуктивности, и может обеспечить большую точность измерения. Комплексы полных сопротивлений плеч моста выражаются в данном случае следующим образом:

Z_X=R_X+jωL_X ,Z₂=R₂ ,Z₃=R₃ ,

Условие равновесия принимает вид:

Из последнего уравнения получаем два условия равновесия:

Добротность катушки индуктивности определяется по формуле:

Q_X=