정류기형 계측기 | 작동 원리 및 구조
정류기형 계측기는 정류 요소와 영구자석 이동 코일형 계측기를 사용하여 교류 전압과 전류를 측정합니다. 그러나 정류기형 계측기의 주요 기능은 볼트미터로 작동하는 것입니다. 이제 우리 머릿속에서 왜 우리는 전기계형 계측기, 열전쌍형 계측기 등 다양한 다른 AC 볼트미터가 있는 데도 불구하고 산업계에서 널리 정류기형 계측기를 사용하는지에 대한 질문이 생길 것입니다. 이 질문에 대한 답변은 매우 간단하며 다음과 같이 작성되어 있습니다.
전기계형 계측기의 비용은 정류기형 계측기보다 상당히 높습니다. 그러나 정류기형 계측기는 전기계형 계측기만큼 정확합니다. 따라서 정류기형 계측기가 전기계형 계측기보다 선호됩니다.
열전쌍형 계측기는 정류기형 계측기보다 더 섬세합니다. 그러나 열전쌍형 계측기는 매우 높은 주파수에서 더 널리 사용됩니다.
정류기형 계측기의 구조 원리와 작동 방식을 살펴보기 전에 이상적인 정류 요소와 실제 정류 요소인 다이오드의 전압-전류 특성에 대해 자세히 논의할 필요가 있습니다.
먼저 이상적인 정류 요소의 특성을 논의해 보겠습니다. 이상적인 정류 요소란 무엇입니까? 정류 요소는 순방향으로 바이어스되면 저항이 0이고 역방향으로 바이어스되면 무한한 저항을 제공하는 요소입니다.
이 속성은 전압을 정류하는데 사용됩니다(정류는 교류량을 직류량으로 변환하는 것을 의미합니다, 즉 AC를 DC로). 아래에 제시된 회로도를 고려해 보십시오.
주어진 회로도에서 이상적인 다이오드는 전압 소스와 부하 저항과 직렬로 연결되어 있습니다. 이제 다이오드를 순방향으로 바이어스하면 완벽하게 전도하여 0의 전기 저항 경로를 제공합니다. 따라서 단락 상태처럼 행동합니다. 다이오드를 순방향으로 바이어스하기 위해서는 배터리의 양극을 아노드에, 음극을 캐소드에 연결하면 됩니다. 정류 요소 또는 다이오드의 순방향 특성은 전압-전류 특성에서 나타납니다.
이제 음의 전압, 즉 배터리의 음극을 다이오드의 아노드 단자에, 배터리의 양극을 다이오드의 캐소드 단자에 연결할 때를 생각해 보십시오. 역방향으로 바이어스되기 때문에 무한한 전기 저항을 제공하고, 따라서 오픈 회로처럼 작동합니다. 전체 전압-전류 특성은 아래에 표시되어 있습니다.
다시 같은 회로를 고려해 보지만, 여기에서는 이상적인 것 대신 실제 정류 요소를 사용한다는 점이 다릅니다. 실제 정류 요소는 유한한 순방향 차단 전압과 높은 역방향 차단 전압을 가지고 있습니다. 실제 정류 요소의 전압-전류 특성을 얻기 위해 동일한 절차를 적용하겠습니다. 이제 실제 정류 요소를 순방향으로 바이어스하면 적용되는 전압이 순방향 파괴 전압 또는 키니스 전압보다 크지 않은 한 전도하지 않습니다. 적용되는 전압이 키니스 전압보다 클 때 다이오드 또는 정류 요소는 전도 모드로 들어갑니다. 따라서 단락 상태처럼 행동하지만, 일부 전기 저항으로 인해 실제 다이오드에는 전압 강하가 발생합니다. 정류 요소를 순방향으로 바이어스하기 위해서는 배터리의 양극을 아노드에, 음극을 캐소드에 연결하면 됩니다. 실제 정류 요소 또는 다이오드의 순방향 특성은 전압-전류 특성에서 나타납니다. 이제 음의 전압, 즉 배터리의 음극을 다이오드의 아노드 단자에, 배터리의 양극을 정류 요소의 캐소드 단자에 연결할 때를 생각해 보십시오. 역방향으로 바이어스되기 때문에 유한한 저항을 제공하며, 음의 전압이 적용되는 전압이 역방향 파괴 전압과 같아질 때까지이며, 따라서 오픈 회로처럼 작동합니다. 전체 특성은 아래에 표시되어 있습니다
이제 정류기형 계측기는 두 가지 유형의 정류 회로를 사용합니다:
정류기형 계측기의 반파 정류 회로
다음에 제시된 반파 정류 회로를 고려해 보겠습니다. 여기서 정류 요소는 사인파 전압 소스, 영구자석 이동 코일형 계측기, 그리고 곱셈 저항과 직렬로 연결되어 있습니다.
이 곱셈 저항의 기능은 영구자석 이동 코일형 계측기에 의해 소모되는 전류를 제한하는 것입니다. 영구자석 이동 코일형 계측기에 의해 소모되는 전류를 제한하는 것은 매우 중요합니다. 만약 전류가 PMMC의 전류 등급을 초과하면 계측기가 파괴될 수 있기 때문입니다. 이제 우리의 작업을 두 부분으로 나눕니다. 첫 번째 부분에서는 상수 DC 전압을 위의 회로에 적용합니다. 회로도에서 정류 요소를 이상적으로 가정합니다.
곱셈 저항의 저항을 R, 영구자석 이동 코일형 계측기의 저항을 R1이라고 표시합시다. DC 전압은 V/(R+R1) 크기의 전체 스케일 편차를 생성합니다. 여기서 V는 전압의 RMS 값입니다. 이제 두 번째 경우를 고려해 보겠습니다. 이 경우 회로에 AC 사인파 전압 v = Vm × sin(wt)를 적용하고, 다음과 같은 출력 파형을 얻게 됩니다. 양의 반주기에서는 정류 요소가 전도되고, 음의 반주기에서는 전도되지 않습니다. 따라서 이동 코일형 계측기에서 전압 펄스가 생성되며, 이는 펄사팅 전류를 생성하고, 이를 통해 펄사팅 토크가 생성됩니다.
생성된 편차는 전압의 평균값에 해당합니다. 이제 전기 전류의 평균값을 계산해 보겠습니다. 전압의 순간 표현을 0부터 2π까지 적분하여 전압의 평균값을 계산해야 합니다. 따라서 계산된 전압의 평균값은 0.45V가 됩니다. 다시 말해 V는 전류의 RMS 값입니다. 따라서 반파 정류기의 경우 AC 입력의 감도는 DC 입력의 감도의 0.45배임을 결론 내릴 수 있습니다.
정류기형 계측기의 전체파 정류 회로
다음에 제시된 전체파 정류 회로를 고려해 보겠습니다.
여기서는 위와 같이 브리지 정류기 회로를 사용했습니다. 다시 우리의 작업을 두 부분으로 나눕니다. 첫 번째로 DC 전압을 적용하여 출력을 분석하고, 두 번째로 회로에 AC 전압을 적용합니다. 시리즈 곱셈 저항은 위에서 설명한 것과 동일한 기능을 수행합니다. 먼저 DC 전압 소스를 회로에 적용하는 경우를 고려해 보겠습니다. 이 경우 전체 스케일 편차 전류의 값은 V/(R+R1)입니다. 여기서 V는 적용된 전압의 RMS 값, R은 저항 곱셈기의 저항, R1은 계측기의 전기 저항입니다. R과 R1은 회로도에 표시되어 있습니다. 이제 두 번째 경우를 고려해 보겠습니다. 이 경우 v = Vmsin(wt)인 AC 사인파 전압을 회로에 적용합니다. 여기서 Vm은 적용된 전압의 피크 값입니다. 만약 우리가 동일한 절차를 적용하여 이 경우의 전체 스케일 편차 전류 값을 계산하면 .9V/(R+R1)의 표현을 얻게 됩니다. 평균 전압 값을 얻기 위해서는 전압의 순간 표현을 0부터 π까지 적분해야 합니다. 따라서 DC 출력과 비교하여 AC 입력 전압 소스의 감도는 DC 입력 전압 소스의 0.9배임을 결론 내릴 수 있습니다.
출력 파형은 아래에 표시되어 있습니다. 이제 정류기형 계측기의 성능에 영향을 미치는 요인들을 논의해 보겠습니다:
정류기형 계측기는 전압과 전류의 사인파의 RMS 값으로 캘리브레이션됩니다. 문제는 입력 파형이 이러한 계측기의 스케일이 캘리브레이션된 것과 동일한 형태 인수가 아니라는 것입니다.
정류 회로로 인해 오류가 발생할 수 있습니다. 우리는 두 경우 모두에서 정류 브리지 회로의 저항을 포함하지 않았습니다. 브리지의 비선형 특성으로 인해 전류와 전압 파형이 왜곡될 수 있습니다.
온도 변화로 인해 브리지의 전기 저항이 변경될 수 있으므로, 이러한 종류의 오류를 보상하기 위해 고온수 계수를 가진 곱셈 저항을 적용해야 합니다.
브리지 정류기의 용량 효과: 브리지 정류기는 불완전한 용량을 가지므로, 이로 인해 고주파 전류가 통과하여 측정값이 감소합니다.
AC 입력 전압의 경우 정류기형 계측기의 감도가 낮습니다.
정류기형 계측기의 장점
다음은 정류기형 계측기의 장점입니다:
정류기형 계측기의 정확도는 일반적인 운전 조건에서 약 5%입니다.
운전 주파수 범위는 높은 값으로 확장할 수 있습니다.
계측기의 스케일은 균일합니다.
작동 전류와 전압이 낮습니다.
AC 정류 볼트미터의 로딩 효과는 DC 볼트미터의 로딩 효과보다 높습니다. 반파 다이오드 정류기와 전체파 다이오드 정류기 모두에서 볼트미터의 감도는 DC 볼트미터의 감도보다 낮기 때문입니다.
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