способ определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного электродвигателя и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя путем гашения магнитного поля, заключающийся в измерении напряжения и тока обмотки статора до гашения поля и измерении производной тока в начальный момент времени гашения магнитного поля, отличающийся тем, что гашение поля осуществляют при неподвижном роторе путем замыкания накоротко обмотки статора, соединенной по трехфазной схеме, измеряют величину производной затухающего тока обмотки статора в начальный момент времени переходного процесса гашения поля и вычисляют индуктивность рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя как

,

где U₀ - постоянное напряжение, приложенное к обмотке статора до проведения опыта гашения поля; - производная тока обмотки статора в начале переходного процесса его затухания; k - коэффициент, зависящий от схемы соединения фаз обмотки статора.

2. Устройство для реализации способа определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя, содержащее регулируемый блок питания постоянного тока, подключенный через коммутирующий аппарат и измерительный шунт к обмоткам машины, блок измерений, подключенный к контактам коммутирующего аппарата, компаратор, соединенный последовательно с блоком формирования управляющих импульсов и с коммутирующим аппаратом, блок быстродействующего запоминания аналогового сигнала, соединенный выходом с входом блока долговременного запоминания аналогового сигнала, выход которого через блок нелинейности подключен к блоку измерения, при этом вторые входы блоков аналогового запоминания соединены с выходом блока формирования управляющих импульсов, отличающееся тем, что в устройство введены усилитель напряжения, конденсатор и аналоговый ключ, а блок формирования управляющих импульсов снабжен дополнительным выходом, при этом усилитель напряжения подключен входом к измерительному шунту, а выходом через конденсатор к первому входу блока быстродействующего запоминания аналогового сигнала и к выводу аналогового ключа, второй вывод которого заземлен, а управляющий вход аналогового ключа соединен с дополнительным выходом блока формирования управляющих сигналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается электрических машин, а именно способов их испытания и исследования и может быть использовано для экспериментального определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного электродвигателя.

Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток электрических машин переменного тока являются важными параметрами их схем замещения, используемыми для исследования и расчетов нормальных и аварийных эксплуатационных режимов работы этих машин.

Известен способ определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора асинхронного электродвигателя /Авторское свидетельство СССР № 390362, кл. Н02К 15/00. Опубл. в БИ 1973 г., № 30/, согласно которому индуктивная составляющая полного сопротивления обмотки статора рассчитывается по результатам опытов, проводимых при неподвижном роторе и присоединенной к сети одной из фаз обмотки статора.

Недостатком этого способа является большая погрешность в определении индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора, поскольку при однофазном питании картина поля не соответствует действительному распределению поля в реальных условиях работы электрической машины.

Известны другие способы экспериментального определения индуктивности рассеяния обмотки статора асинхронных и синхронных электродвигателей. Они основаны на использовании специальной измерительной обмотки в воздушном зазоре машины, укрепляемой на поверхности зубцов статора /Новиков Ю.Д. и др. Экспериментальное определение индуктивности рассеяния асинхронных двигателей. - Электротехника, 1982, № 3, с.40-41/ или на поверхности ротора /Авторское свидетельство СССР № 565353, кл. Н02К 15/00. Опубл. в БИ 1977 г., № 26/. Такие способы сложны и трудоемки, т.к. требуют специальной подготовки машин переменного тока к эксперименту, но вместе с тем не обеспечивают высокой точности определения искомых параметров, поскольку не в полной мере учитывают факторы влияния на потоки рассеяния как основного магнитного потока, так и токов обмоток статора и ротора, а также помех вследствие зубчатого строения статора и ротора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является способ определения индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток трехфазной синхронной машины /Авторское свидетельство СССР № 1343364, кл. G01R 31/34. Опубл. в БИ 1987 г., № 37/, заключающийся в гашении магнитного поля методом затухания постоянного тока. По этому методу воздействуют на обмотку машины постоянным напряжением, измеряя в ней ток, после чего отключают обмотку от источника напряжения и одновременно замыкают ее накоротко, регистрируют кривую затухания тока до окончания переходного процесса и по полученным данным определяют параметры схемы замещения ее структуре.

Данный способ принимается за прототип. Согласно способу-прототипу гашение магнитного поля выполняют дважды при вращающемся роторе путем замыкания накоротко обмотки возбуждения при разомкнутой и соответственно при короткозамкнутой обмотке статора (якоря), измеряют до гашения магнитного поля напряжение и ток статора и обмотки возбуждения, измеряют производную тока возбуждения в начальный момент времени (t=0) гашения поля, регистрируют изменения тока обмотки возбуждения в процессе гашения поля, интегрируют изменение тока возбуждения во времени при гашении поля с разомкнутой обмоткой статора, определяют индуктивные сопротивления синхронной машины, а по ним находят искомые индуктивные сопротивления рассеивания, включая индуктивные сопротивления рассеивания обмотки статора.

Способ-прототип применим только для синхронных машин, что является его недостатком, т.к. использованию способа в асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором препятствует отсутствие в этих машинах обмотки возбуждения. Другим недостатком указанного способа является большая трудоемкость, обусловленная необходимостью гашения магнитного поля дважды с регистрацией кривой затухания тока обмотки возбуждения, а также необходимостью интегрирования этого тока во времени в случае гашения поля с разомкнутой обмоткой статора, необходимостью решения системы уравнений для нахождения сопротивления взаимоиндукции x_ad* (oтн. ед.) и дополнительного уравнения для определения синхронного индуктивного сопротивления х_d* (отн. ед.) по продольной оси ротора синхронной машины, через которые вычисляют индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (отн.ед.)

Поиск, проведенный заявителем по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил выявить устройство для определения динамических индуктивных сопротивлений обмоток электрических машин /Авторское свидетельство СССР № 1038893, кл. G01R 31/34. Опубл. в БИ 1983 г., № 32/, которое по совокупности признаков принимается за прототип устройства для реализации заявляемого способа. В состав этого прототипа входят регулируемый блок питания постоянного тока, подключенный через коммутирующий аппарат и измерительный шунт к обмоткам машины, блок измерения, подключенный к контактам коммутирующего аппарата и к измерительному шунту, а также компаратор, соединенный последовательно с блоком формирования управляющих импульсов и с коммутирующим аппаратом, логарифмический усилитель, подключенный неинверсным входом к измерительному шунту, инверсным входом к источнику опорного напряжения, а выходом к первому входу блока быстродействующего запоминания аналогового сигнала и блоку измерения, выход блока быстродействующего запоминания аналогового сигнала соединен с входом блока долговременного запоминания, выход которого через блок нелинейности подключен к блоку измерения, при этом вторые входы блоков аналогового запоминания соединены с выходом блока формирования управляющих импульсов.

Недостатком устройства-прототипа является большая трудоемкость измерений из-за отсутствия автоматической установки выходного напряжения логарифмирующего усилителя на нулевой уровень перед включением коммутирующего аппарата. Эту установку приходится осуществлять вручную путем регулировки опорного напряжения, что увеличивает трудоемкость измерений. Разработка автоматического устройства такого рода для логарифмического усилителя является сложной технической задачей из области теории автоматического управления и регулирования; элементы такого автоматического устройства в прототипе отсутствуют.

Задачами изобретения являются расширение функциональных возможностей и снижение трудоемкости способа и устройства для его осуществления.

Поставленные задачи в части способа решены за счет того, что в известном способе определения индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток трехфазной синхронной машины, заключающемся в измерении напряжения и тока обмотки статора (якоря) (Трехфазная обмотка переменного тока называется иногда в синхронных машинах якорной обмоткой, а часть машины, несущая якорную обмотку, называется якорем /18 Электротехнический справочник: в 4 т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства /Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - с.187/) до гашения магнитного поля и измерении производной тока в начальный момент времени гашения магнитного поля, согласно изобретению осуществляют гашение магнитного поля при неподвижном роторе путем отключения обмотки статора, соединенной по трехфазной схеме, от источника напряжения U₀ и одновременного замыкания ее накоротко, измеряют производную тока статора в начальный момент времени переходного процесса гашения поля и вычисляют индуктивность рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя как

где U₀ - постоянное напряжение, приложенное к обмотке статора до гашения магнитного поля; - производная тока обмотки статора в начале переходного процесса затухания; k - коэффициент, зависящий от схемы соединения фаз обмотки статора.

Решение поставленной задачи для объекта - устройства достигается тем, что в устройство для определения динамических индуктивных сопротивлений обмоток электрических машин переменного тока, содержащее регулируемый блок питания постоянного тока, подключенный через коммутирующий аппарат и измерительный шунт к обмоткам машины, блок измерений, подключенный к контактам коммутирующего аппарата, компаратор, соединенный последовательно с блоком формирования управляющих импульсов и с коммутирующим аппаратом, блок быстродействующего запоминания аналогового сигнала, соединенный с входом блока долговременного запоминания, выход которого через блок нелинейности подключен к блоку измерения, а вторые входы блоков аналогового запоминания соединены с выходом блока формирования управляющих импульсов, согласно изобретению введены усилитель напряжения, конденсатор, аналоговый ключ и дополнительный выход в блоке формирования управляющих импульсов, при этом усилитель напряжения подключен входом к измерительному шунту, а выходом через конденсатор соединен с первым входом блока быстродействующего запоминания аналогового сигнала и с выводом аналогового ключа, второй выход которого заземлен, а управляющий вход аналогового ключа соединен с дополнительным выходом блока формирования управляющих импульсов.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена классическая Т-образная схема замещения асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания с параллельным контуром намагничивания, на фиг.2 приведена блок-схема устройства для реализации заявляемого способа измерения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора, а на фиг.3 построены характеристики аналоговых сигналов этого устройства.

На схеме замещения активные сопротивления R1, , R_µ, моделируют потери энергии на тепло соответственно в обмотке статора, в слоях стержней короткозамкнутой глубокопазной обмотки ротора и в стали магнитной системы асинхронного двигателя (магнитные потери энергии в стали сравнимы с электрическими потерями энергии в обмотках асинхронных двигателей /Попов В.И., Макаров Л.Н. К экспериментальному определению параметров схемы замещения асинхронной машины. - Электричество, 1993, № 1, с.49-52/, тогда как в синхронных машинах магнитные потери пренебрежимо малы и на эквивалентных схемах не учитываются).

Индуктивности L1, , L_µ моделируют потери электроэнергии на проведение магнитных потоков соответственно по путям рассеяния магнитных систем статора, ротора и расход электроэнергии на создание основного рабочего магнитного потока асинхронного двигателя (параметры и приведены к обмотке статора).

Устройство для реализации способа измерения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя (фиг.2) содержит ступенчато-регулируемый блок питания 1 постоянного тока (батарея аккумуляторов), обмотки статора электрической машины 2, коммутирующий аппарат 3 на быстродействующих силовых MOSFET транзисторах IRL2505 (способных коммутировать напряжение до 55 В, ток до 104 А за время не более 0,2 микросекунды при сопротивлении в замкнутом - проводящем - состоянии не более 0,008 Ома), измерительный безындуктивный шунт 4, в качестве которого используется датчик тока LA25-NP (фирмы LEM S.A. на эффекте Холла с гальванической развязкой между входной силовой и выходной измерительной цепями), широкополосный усилитель напряжения 5 со стабильным коэффициентом усиления (на операционном усилителе К544УД2Б), компаратор 6 (микросхема К521СА4), блок формирования управляющих импульсов 7, блок 8 быстродействующего запоминания аналогового сигнала (микросхема К1100СК2 с высокоомным буферным каскадом на входе), блок 9 долговременного запоминания аналогового сигнала (на основе технического решения см. /Авторское свидетельство СССР № 757994, кл. G01R 19/04. Опубл. в БИ 1980 г., № 31/), блок нелинейности 10, реализующий обратно пропорциональную зависимость (микросхема К525ПС2 с калиброванным делителем напряжения на выходе), блок измерений 11, конденсатор 12 типа ФТ-1, емкостью 4000 пф, аналоговый ключ 13 (микросхема К590КН5).

Для обоснования заявляемого способа запишем напряжение u ₀(t), приложенное к обмотке статора асинхронного двигателя (фиг.1), и потребляемый ею ток i₁(t) в виде следующих выражений:

В силу непрерывности магнитных потоков, сцепленных с индуктивностями L₁, , L_µ остаются неизменными токи i₁ (0), , i_µL(0) в начальный момент времени t=0 при любых изменениях режима асинхронного двигателя, в том числе при замыкании накоротко обмотки статора, находящейся до этого под напряжением u₀(t)=U₀. Поэтому

Подставляя (5) в (4), получаем

Подстановка (6) в (3) с учетом u₀ (0)=0 дает следующее уравнение для затухающего тока i₁ (t) в начальный момент времени t=0

из которого определяется индуктивность рассеяния обмотки статора асинхронного двигателя

Выражая фазное напряжение U₁ через напряжение U₀, приложенное к обмотке статора

приходим к уравнению (2) для L_ф , входящему в формулу изобретения.

Заявляемый способ измерения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя реализуется посредством следующих операций. Измеряют величину постоянного напряжения U₀ и тока обмотки до гашения магнитного поля. Отключают обмотку от источника напряжения U₀ и одновременно замыкают ее накоротко при неподвижном роторе. Измеряют значение производной затухающего тока i₁(t) при t=0, т.е. в начальный момент переходного процесса гашения магнитного поля. Вычисляют по формуле (2) индуктивность рассеяния L_ф фазы обмотки статора асинхронного двигателя.

Предлагаемая последовательность операций, отличающаяся от известной, позволяет получить новый технический результат, который заключается прежде всего в возможности использования известного способа для определения индуктивности рассеяния фазы статора у асинхронного двигателя. Измерение и ступенчатая регулировка тока обмотки статора позволяют определять индуктивность рассеяния фазы при насыщенном и ненасыщенном режимах магнитной системы асинхронного двигателя, что также расширяет возможности заявляемого способа.

Кроме того, снижается трудоемкость способа за счет устранения таких операций, как гашение магнитного поля при разомкнутой обмотке статора, регистрация кривой затухающего тока, необходимость сообщения ротору машины вращательного движения. Помимо этого, упрощается реализация способа и получается экономия времени проведения испытаний в сравнении с прототипом.

Упрощение реализации способа состоит в том, что, во-первых, отпадает необходимость применения вспомогательного электродвигателя, т.к. заявляемый способ выполняется при заторможенном роторе, и, во-вторых, не требуется регистрация кривой затухания тока обмотки статора и ее интегрирование, а также решение системы уравнений относительно параметра x_ad*, поскольку он в формулу (2) не входит.

Экономия времени проведения испытаний достигается за счет устранения затрат времени на разгон электродвигателя (необходимый для способа-прототипа), на проведение гашения магнитного поля при разомкнутой обмотке статора и на обработку измерительной информации, объем которой в заявляемом способе существенно меньше, чем в известном.

Важным является также тот результат, что заявляемый способ основан на простом расчетном выражении (2), полученном с помощью правил и законов теоретической электротехники без использования упрощающих предположений и допущений, приводящих к потерям его точности. В то же время в известном способе индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора х _* определяется после решения сложной системы уравнений через разность близких по значению параметров х_d* и x_ad* (ф-ла 1), что снижает точность известного способа. Все это подтверждает техническую эффективность данного изобретения.

Новым в заявляемом способе является то, что осуществляют гашение магнитного поля путем замыкания накоротко обмотки статора при неподвижном роторе, а не обмотки возбуждения на вращающемся роторе, измеряют в начальный момент времени производную тока в обмотке статора, а не в обмотке возбуждения. Гашение магнитного поля при разомкнутой обмотке статора, регистрацию кривой затухающего тока и интегрирование во времени этого тока не производят. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Совокупность признаков, перечисленных в отличительной части первого пункта формулы изобретения, не применялась ранее для измерения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Определение производной может быть выполнено путем обработки кривой затухания тока i₁(t) на цифровом запоминающем осциллографе, например, типа TDS1000В фирмы Tektronix, или на вычислительном устройстве на базе микропроцессора, либо на ПЭВМ. Однако в данном случае предпочтительно непосредственно измерять производную тока с помощью простого аналогового устройства, известный вариант которого /Авторское свидетельство СССР № 1038893, кл. G01R 31/34. Опубл. в БИ 1983 г., № 32/ по своей технической сущности и достигаемым результатам является наиболее близким к заявляемому устройству и принят за прототип.

Сущность изобретения по объекту-устройству заключается в том, что выходной сигнал от измерительного шунта 4 согласно заявляемому техническому решению поступает на вход блока 8 быстродействующего запоминания аналогового сигнала через дополнительно введенные элементы (фиг.2): усилитель напряжения 5, конденсатор 12 и аналоговый ключ 13. При этом пока аналоговый ключ 13 замкнут в проводящее состояние, конденсатор 12 заряжается выходным напряжением блока 5 через низкоомное сопротивление ключа 13

где k_i - передаточный коэффициент измерительного шунта 4, k_u - коэффициент усиления напряжения широкополосного усилителя 5, так что напряжение на входе блока 8 остается практически равным нулю.

При размыкании аналогового ключа 13 в непроводящее состояние конденсатор 12, во-первых, запоминает значение напряжения u ₅(t) в момент размыкания t_p

и, во-вторых, с момента t_p передает на высокоомный вход блока 8 разность напряжений

которая повторяет изменение напряжения u₅(t), пока аналоговый ключ 12 в течение интервала времени t_u остается в разомкнутом состоянии. При t_u 0 величина u(t) может быть представлена выражением

Новый технический результат, заключающийся в автоматизации измерения, достигается тем, что напряжение u(t) при t=t_p на основании (12) всегда равно нулю, и поэтому измерительный сигнал u(t) на входе блока 8 автоматически начинается с нулевого уровня при выборе любого момента времени t_p для измерения производной тока путем размыкания аналогового ключа 12 на интервал времени t_u. Таким образом, отпадает необходимость компенсировать постоянную составляющую тока и посредством ручной регулировки, как в устройстве-прототипе, выводить на нулевой уровень выходное напряжение блока 5 до включения коммутирующего аппарата 3.

Кроме того, регулируя момент размыкания t_p аналогового ключа 13, можно таким путем определять производную тока i₁(t) на любом выбранном участке переходного процесса его затухания, что расширяет функциональные возможности заявляемого устройства. При этом заявляемое техническое решение не вытекает для специалиста из известного уровня техники, в частности из теории автоматического управления и из аналоговой схемотехники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Все это подтверждает техническую эффективность заявляемого устройства, которая заключается в снижении трудоемкости измерения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя и достигается за счет автоматизации измерительного процесса.

Устройство действует следующим образом. С выхода блока питания 1 через измерительный шунт 4 поступает постоянный ток заданной величины в обмотку статора асинхронного двигателя 2, включенную по трехфазной схеме, например, путем соединения фаз +bIIс (фаза а соединяется последовательно с параллельно соединенными фазами b, с, при этом коэффициент k будет равен ). Блок измерения 11 регистрирует напряжение на коммутирующем аппарате 3, которое ввиду малости его сопротивления (r_k =0,008 Oм) и сопротивления измерительного шунта 4 (r_ш <<r) принимается равным напряжению U₀ на обмотке статора асинхронного двигателя 2. Аналоговый ключ 13 замкнут напряжением, поступающим на его управляющий вход с дополнительного выхода блока 7 формирователя управляющих импульсов.

При включении коммутирующего аппарата 3 (время срабатывания 0,2 0,3 микросекунды) происходит затухание тока i₁ (t) в обмотке статора неподвижного асинхронного двигателя 2, на выходе блока 5 появляется напряжение u₅(t)=i ₁(t)·k_i·k_u (фиг.3, кривая 1), которое заряжает конденсатор 12. Исчезновение напряжения между контактами в момент включения коммутирующего аппарата 3 фиксируется компаратором 6, запускающим блок 7 формирования управляющих импульсов. В момент времени t_p=1·10^-6 с, отсчитываемый от момента включения коммутирующего аппарата 3, блок 7 переводит аналоговый ключ 13 в непроводящее состояние, и конденсатор 12 запоминает напряжение u₅(t_p ), практически совпадающее (из-за малости величины t_p ) с напряжением u₅(0) в начале переходного процесса затухания тока i₀(t) (фиг.3, кривая 2). На высокоомный вход блока 8 начинает поступать разность напряжений u(t) (фиг.3, кривая 3). Через интервал времени t_u порядка 30·10^-6 с с приходом управляющего импульса блоки 8 и 9 производят выборку сигнала u(t), который с учетом малости t_u на основании (13) будет равен

Блок 9 осуществляет долговременное запоминание этого сигнала (фиг.3, кривая 4), после чего блок 7 вновь замыкает аналоговый ключ 12 напряжением со своего дополнительного выхода. Поступая на вход блока нелинейности 10, сигнал u(t) преобразуется этим блоком в выходное напряжение

которое при выборе коэффициента усиления k₁₀ блока нелинейности равным U₀·k·k _i·k_u· t_u выразится формулой

совпадающей (по модулю) с уравнением (2) для определения индуктивности рассеяния L_ф фазы обмотки статора асинхронного двигателя. Погрешность измерения индуктивности L_ф от действия элементов 5, 12, 13, введенных в известное устройство, по результатам ее оценки (выполненной в приложении к данной заявке) оказывается достаточно малой и не влияет заметно на точность предлагаемого устройства, достоинствами которого являются автоматизация измерения индуктивности L _ф, расширение функциональных возможностей и более простая реализация усилителя напряжения 5 в сравнении с логарифмическим усилителем, используемым в прототипе.

Экспериментальная проверка предлагаемых способа и устройства проводилась на асинхронном двигателе типа АИР ХМ 132S4 мощностью 7,5 кВт и на погружных электродвигателях типа 1ЭД(Т)63 и 1ЭД(Т)56 габарита 117М, мощностью соответственно 63 кВт и 56 кВт при питании постоянным током 10 А обмоток статора, включенных по схеме а+bIIс.В ходе опытов индуктивность L_ф асинхронных двигателей определялась, во-первых, по кривым затухания тока i₁(t), зарегистрированным на запоминающем осциллографе TDS1000B, путем их обработки в соответствии ф-лой (2). Во-вторых, по расчетам на ПЭВМ, выполненным с применением каталожных данных на эти двигателей, и, в-третьих, непосредственным измерением на предлагаемом аналоговом устройстве. Сопоставление полученных таким путем данных подтвердили эффективность способа и устройства определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного двигателя.

Изобретение позволяет расширить область применения известного способа и устройства для его реализации, сократить трудоемкость испытаний, упростить их реализацию, автоматизировать процесс измерения и может найти применение при заводских испытаниях асинхронных машин, а также при контроле их параметров после ремонтного обслуживания.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчет методической погрешности измерений, обусловленной действием элементов, дополнительно введенных в известное устройство

Оценим погрешность измерения за счет действия элементов 5, 12, 13 (дополнительно введенных в блок-схему известного устройства) при определении индуктивности рассеяния L_ф у асинхронного двигателя типа АИР ХМ 132 S4 с обмоткой статора, соединенной по схеме a=dIIc и питаемой током 10 А. Производная тока в начальный момент времени составляет и найдена путем регистрации кривой затухания тока i ₁(t) на цифровом запоминающем осциллографе типа TDS1000B. Измерительный шунт 4 (датчик тока LA25-NP) имеет передаточный коэффициент k_i=0,1. Коэффициент усиления по напряжению k_u усилителя 5 равен 10. Интервал времени t_u составляет в заявляемом устройстве 30 микросекунд, момент времени t_p, отсчитываемый от начала переходного процесса, установлен равным 1 микросекунде.

Погрешность от введения элементов 5, 12, 13 в основном обусловлена разрядом конденсатора 12 токами утечки и на входное сопротивление блока 8 во время непроводящего состояния аналогового ключа 13, а также конечной величиной постоянной времени зарядки конденсатора через проводящий (замкнутый) ключ 13. В устройстве применен конденсатор 12 типа ФТ с емкостью С=4000 пф. Аналоговый ключ 13 КН590КН5 имеет следующие типовые параметры: сопротивление в замкнутом состоянии R_пр=50 Ом; ток утечки в непроводящем состоянии I_ут=4 нА; время включения t_вкл=400 нс; время выключения t_выкл=250 нс. Буферный каскад блока 8 быстродействующего запоминания аналогового сигнала на операционном усилителе К544УД2Б имеет входной ток I_вх=0,5 нА; входное сопротивление R_вх=10⁹ Ом.

1. Изменение заряда на конденсаторе 12 во время непроводящего состояния аналогового ключа 13

Q=(I_ут+I_вх)· t_u=(4,0+0,5)·10^-9·30·10 ^-6=0,135·10^-12 Кл.

2. Приращение напряжения на конденсаторе 12 за счет изменения заряда Q

.

3.Приращение напряжения u(t) на входе блока 8 к концу интервала t_u (ф-ла 14)

.

4. Относительная погрешность передачи напряжения u(t) через конденсатор 12 на вход блока 8 быстродействующего запоминания аналогового сигнала

.

5. Постоянная времени разрядки конденсатора на высокоомное входное сопротивление блока 8

_разр=C·R_вх=4000·10 ^-12·10⁹=4 с.

6. Приращение напряжения на конденсаторе 12 от его разряда на сопротивление R_вх за время t_u

.

7. Относительная погрешность за счет приращения напряжения U_разр

.

8. Постоянная времени зарядки конденсатора 12 через проводящий (замкнутый) аналоговый ключ 13

_разр=C·R_пр=4000·10 ^-12·50=2·10^-7 c.

9. Время t_p, требуемое для зарядки конденсатора до напряжения, отличающееся от выходного напряжения усилителя 5 на 0,67%

t_p=5· _зар=1·10^-6 с.

В целом погрешность, обусловленную элементами 5, 12, 13, можно оценить величиной (0,7 0,8)%. Она может быть существенно уменьшена (в 5 6 раз) применением более совершенного аналогового ключа 12 на МДП - транзисторе с вертикальным каналом, обладающим сопротивлением R=0,3 0,03 Ома.