【導(dǎo)讀】在日常的工作應(yīng)用中，高壓電容的主電橋通常采用西林電橋。作為一種被用來測(cè)量工頻電流比率的元器件，西林電橋依據(jù)不同的工作場(chǎng)合和測(cè)量要求，又細(xì)分為M型電橋和數(shù)字電橋兩種。接下來我們將會(huì)對(duì)這兩種高壓電容電橋的基本工作原理進(jìn)行具體分析。
首先我們需要知曉高壓電容電橋的基本工作原理。在日常的運(yùn)行過程中，當(dāng)工頻高壓施加在高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器和被測(cè)設(shè)備上時(shí)，即產(chǎn)生和它們的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)成比例的同相及正交工頻電流分量，這兩個(gè)工頻電流分量經(jīng)電橋作比例測(cè)量后，即可得到被測(cè)設(shè)備相對(duì)于高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容量比值和介質(zhì)損耗因數(shù)差值。下面，我們將針對(duì)M型電橋和數(shù)字電橋的實(shí)例進(jìn)行具體分析。
M型電橋
下圖是M型高壓電容電橋的示例圖。
圖1 M型高壓電容電橋
我們將上圖中所提供的實(shí)驗(yàn)圖改為并聯(lián)模型，可以由此注意到Ir與Icx、Icn差90度，因此計(jì)算公式為：
在計(jì)算出以上公式的數(shù)值后，工程師需要調(diào)節(jié)R4使Uw最小。這時(shí)有公式計(jì)算為IcnR4=IcxR3，又因?yàn)閁w=IrR3，因此可以得出：
由此我們可以計(jì)算出M型電橋中的電容量比值和介質(zhì)損耗因數(shù)差值。通過計(jì)算，我們可以看到a、b間電壓沒有完全抵消，因此M型電橋也會(huì)被稱為不平衡電橋。Uw測(cè)量的是絕對(duì)值，小介損時(shí)電壓很低，難以保證測(cè)量精度。
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數(shù)字電橋
下圖是數(shù)字高壓電容電橋的示例圖。
圖2 數(shù)字高壓電容電橋
通過圖4我們可以看出，數(shù)字電容電橋與M型電橋所相同的一點(diǎn)是，工程師在測(cè)量回路的過程中所需要計(jì)算的還是一個(gè)橋的值。因此，我們可以將R3、R4兩端的電壓分別經(jīng)過A/D采樣后送到計(jì)算機(jī)，然后依據(jù)公式求得：
在得出相應(yīng)數(shù)值之后，工程師可以進(jìn)一步求得試驗(yàn)型號(hào)的介損和電容量。與M型高壓電容電橋相比，數(shù)字電橋的最大優(yōu)勢(shì)在于它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，可以補(bǔ)償所有原理性誤差，沒有復(fù)雜的機(jī)械調(diào)節(jié)部件。除此之外，數(shù)字電橋的測(cè)量主要以軟件為主，性能也十分穩(wěn)定。
總結(jié)
高壓電容的電容電橋選擇除了M型和數(shù)字電橋之外，還有電流比較儀型高壓電容電橋。由于后者的計(jì)算方式與西林電橋有較大的不同，故而在本文中不做額外介紹。工程師在進(jìn)行電容電橋選擇時(shí)，可以在進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算的前提下，進(jìn)行類型的選擇。
