自动稳压装置中的量测元件的分析介绍

量测元件一般用线性和非线性元件组成，常用的非线性元件有硅稳压管或电磁元件（如饱和变压器）等。非线性元件的伏安特性是非线性的，应用非线性元件和线性元件组成桥式或差动式量测电路，可以得到所需的量测元件特性，使量测元件输出电压和被测的负载电压成一定的比例关系。

9.1.3.1　半导体式量测元件

如图9.3所示为硅稳压管的伏安特性，如图9.4所示为利用硅稳压管组成的对称桥式量测线路。

硅稳压管作为量测元件中的非线性电阻，主要利用它的反向伏安特性，电阻R则为线性元件，饱和电抗器输出电压经过降压整流后，电压Uc接到电桥的输入端，电桥输入端串联一个整定电阻Ra，以调整稳压值。电桥的输出接到放大器的控制（输入）端。

图9.3　硅稳压管的伏安特性

图9.4　硅稳压管桥式量测电路

当电桥平衡时，其输出电流（即放大器输入电流）Ik＝0。设这时稳压管电压为U0，电流为I0，线性电阻的阻值R＝U0/I0，则非线性元件（稳压管）和线性元件（电阻）的伏安特性如图9.5所示，线性和非线性元件伏安特性的交点相当于电桥的平衡工作点，这时IR＝IV＝I0，因此，电桥平衡时，外加电压Uc0＝2U0＋2I0Ra。

电桥的输出电流Ik与输入电压Uc的关系如图9.6所示。当Uc＜Uc0时，Ik为正；当Uc＞Uc0时，Ik为负。电桥特性的ab段是电桥的正常工作范围，b点一般由稳压管允许电流限制，可以根据稳压器正常工作的需要，在ab段内选取量测元件的工作特性。

图9.5　硅稳压管和电阻的伏安特性

1—硅稳压管特性；2—电阻伏安特性

图9.6　桥式量测电路的特性

当硅稳压管及其工作参数选定以后，改变整定电阻Ra，可以改变平衡电压Uc0的大小。

应用硅稳压管组成量测元件的特点是：体积小、重量轻、动作快、对频率变化不敏感等，但是温度大幅度变化时，硅稳压管特性将发生变化，从而影响了量测元件的稳定性，与硅稳压管串联一个硅二极管，可以补偿温度变化对量测电桥的影响，从而提高了它的温度稳定性。

图9.7　三相电磁式量测元件

9.1.3.2　电磁式量测元件

电磁式量测元件的主要部分是饱和变压器，它是一种非线性电磁元件，如图9.7所示三相电磁式量测元件，可用于三相交流稳压装置中。其输出经整流后接到磁放大器的控制绕组。(www.xing528.com)

饱和变压器铁心在正常情况下工作于很饱和的状态，如磁场强度可达H＝20～30A/cm，三相饱和变压器的铁心有三柱，如图9.8所示，每柱上各绕三个绕组（原边绕组一个，副边线性绕组N1及非线性绕组N2各一个），原边绕组接到三相饱和电抗器的输出端，检测其输出电压。线性绕组N1接成星形，经三相桥式整流电路整流，供给放大元件——磁放大器一个控制绕组Nk1直流电流ik1，它与被测电压成正比。

非线性绕组N2接成开口三角形，经整流以后供给磁放大器另一个控制绕组Nk2，形成磁差比较，即磁放大器综合来自线性元件和非线性元件的控制安匝，将其差值ik1Nk1－ik2Nk2进行放大，由于N2接成开口三角，因此它的输出电压为三次谐波电压，这样量测元件的电流与被测电压关系是非线性的，如图9.9所示。当负载电压升高时，ik2增长得更快。

图9.8　三相饱和电压器的铁心

图9.9　电磁测量元件的伏安特性

图9.10　三相电磁测量元件

改变图9.7中电位计Ra，可以调整线性元件伏安特性ik1＝f（U）的斜率，即可整定电压。

如图9.10 所示为另一种应用饱和变压器的电磁测量元件，饱和变压器副边绕组经过三相整流桥整流供给磁放大器控制绕组Nk1。由于副边电压与原边电压成正比，所以ik1与被测电压间呈线性关系。但是由于饱和变压器的铁心处于很饱和状态，所以饱和变压器原边激磁电流与被测电压是非线性的关系，非线性电流经过三相整流桥整流后供给磁放大器另一个控制绕组Nk2，ik1和ik2的激磁作用相反，形成磁差比较ik1Nk1－ik2Nk2，再由磁放大器放大。Ra用以整定电压值。

电磁测量元件的主要特点是过载能力强，可靠性高，对温度不敏感，它的缺点是体积、重量较大，频率稳定性也略差。