Мкостные делители напряжения

Принципиальная схема ёмкостного делителя напряжения приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Ёмкостной делитель напряжения: а) делитель с учётом входного сопротивления измерительного прибора и активного сопротивления (R) и индуктивности подводящих цепей (L); б) делитель с учётом кабеля (С _к), дополнительной (С _д) и входной ёмкости (С _вх) осциллографа

Без учёта активного сопротивления (R) и индуктивности подводящих цепей (L) коэффициент деления находится из условия равенства заряда на каждом из последовательно соединённых конденсаторов и на общей ёмкости делителя: , где .

Тогда коэффициент деления равен:

. (2.13)

Ёмкость высоковольтного плеча (С ₁) должна быть значительно меньше ёмкости низковольтного плеча (С ₂). Высоковольтная ёмкость (С ₁) набирается из последовательно соединённых ёмкостей, и при больших первичных напряжениях общая высота делителя может достигать существенных значений. Должно выполняться условие, чтобы средняя напряжённость электрического поля между частями делителя, находящимися под различным напряжением, не превышала значения, при котором между ними возникают разряды воздушных промежутков. Средняя напряженность электрического поля составляет величину 3 ÷ 5кВ/см. Все металлические электроды делителя должны быть выполнены с таким радиусом кривизны поверхности, чтобы на них не возникало коронного разряда. На рис. 2.6. показан универсальный делитель на напряжение 3, 5 МВ. Как и в омическом делителе, в ёмкостном делителе необходимо учитывать дополнительные ёмкости на землю и на электроды высокого напряжения. Эти ёмкости приводят к неравномерному распределению напряжения вдоль длины. Для снижения неравномерности распределения напряжения вдоль длины делителя, устанавливаются тороидальные экраны, хорошо видные на рис. 2.6.

В основном коэффициент деления ёмкостного делителя не зависит от частоты переменного напряжения. Как и в омических делителях, в данном типе делителей также возникает искажение быстропротекающих процессов, которое связано с ёмкостной составляющей постоянной времени делителя t _C = RC. Процессы, с характеристическими временами меньше 10t _C, при прохождении через делитель искажаются. Кроме того, из за малого активного сопротивления, при подаче прямоугольного импульса на делитель (крутого фронта сигнала) в делителе возбуждается переходной процесс колебательного типа, который может исказить значения амплитуды сигнала. Для измерения амплитудных значения сигналов в низковольтной части делителя применяются схемы, показанные на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схемы для измерения амплитуды напряжения

Для измерения амплитуды сигнала (рис. 2.7) параллельно низковольтному плечу делителя через диод (Д) подключается дополнительный конденсатор C _и для измерения положительного максимума напряжения по схеме рис. 2.7а. Для измерения как положительного максимального значения напряжения, так и отрицательного, используют схему выпрямления рис. 2.7б. Поскольку дополнительная ёмкость C _и подключается параллельно низковольтному плечу делителя только в моменты времени, когда диод Д открыт, то должно выполняться условие C _и < < C ₂. Сопротивление утечки устанавливается для того, чтобы можно было измерять относительно медленные изменения амплитуды с течением времени. Постоянная времени разряда t = R _у∙ C _и подбирается в зависимости от задачи эксперимента. При визуальном наблюдении эту постоянную времени выбирают ~ 1 с.