交直流分壓器的工作基礎(chǔ)是基爾霍夫電壓定律和串聯(lián)電路分壓特性,無論直流電阻分壓還是交流阻容分壓,均將高壓臂與低壓臂串聯(lián)連接在被測高壓端與接地端之間,被測高電壓為串聯(lián)回路的總電壓。串聯(lián)回路中,電流處處相等,各串聯(lián)臂的電壓分配與自身的電阻值(直流電路,無容抗 / 感抗)或阻抗值(交流電路,含電阻、容抗矢量和)成正比,通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)高低壓臂的電阻 / 阻抗比值,確定固定分壓比,將高電壓按比例衰減為可安全測量的低電壓,再通過分壓比反算還原被測高壓值,核心分壓公式為:
電壓換算:
分壓比:直流為電阻比值
整個分壓過程無有源元件參與,為純無源分壓,保證測量的穩(wěn)定性和抗干擾性。
針對純直流高壓檢測,采用純電阻串聯(lián)分壓回路,因直流電路中電容相當(dāng)于開路、電感相當(dāng)于短路,無需考慮容抗、感抗及相位影響,僅通過電阻值實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分壓,也是阻容式分壓器測直流的工作模式。
高壓臂由多只高阻值、高壓型精密電阻(如玻璃釉電阻、金屬膜電阻)串聯(lián)組成,單只電阻耐壓值低,串聯(lián)后提升整體耐壓等級,且選用溫度系數(shù)小、阻值穩(wěn)定性高的電阻,避免溫度變化導(dǎo)致阻值漂移;高壓臂總阻值遠(yuǎn)大于低壓臂(通常為兆歐 / 吉?dú)W級),減少回路總電流,降低功率損耗,同時保證分壓比精準(zhǔn)。
低壓臂為單只或數(shù)只低阻值、超高精度精密電阻(毫歐 / 千歐級),阻值wu差≤0.1%,確保分壓比例的準(zhǔn)確性,低壓臂直接接地,與高壓臂形成串聯(lián)回路。
直流高壓施加后,回路中形成恒定的直流微電流,該電流依次流經(jīng)高壓臂和低壓臂,根據(jù)歐姆定律,高低壓臂的電壓與電阻值嚴(yán)格成正比,低壓臂兩端產(chǎn)生與被測高壓成固定比例的直流低電壓,實(shí)現(xiàn)高壓到低壓的線性衰減。
針對工頻交流高壓或需交直流高壓通用檢測的場景,采用阻容串聯(lián)分壓回路(主流設(shè)計(jì)),核心解決純電阻分壓在交流電路中因分布電容、寄生電感產(chǎn)生的分壓比漂移、相位畸變問題,通過電阻與電容的合理匹配,讓交流下的總阻抗分壓比保持恒定,同時兼容直流電阻分壓模式。
分壓回路的高壓臂和低壓臂均采用電阻與電容串聯(lián)的結(jié)構(gòu),形成 RC 串聯(lián)臂,設(shè)計(jì)時嚴(yán)格保證高低壓臂的時間常數(shù)一致(
交流高壓施加時,電路中存在容抗XC=1/(2πfC)(f為交流頻率,C為電容值),各 RC 臂的總阻抗為電阻與容抗的矢量和,因時間常數(shù)匹配,高低壓臂的阻抗比值保持固定,回路電流按總阻抗分配,低壓臂輸出與被測交流高壓成比例的低電壓,且無相位差,保證交流電壓測量的幅值和相位精度。
同一臺阻容式分壓器測直流高壓時,電容因直流特性處于開路狀態(tài),RC 串聯(lián)臂自動變?yōu)榧冸娮璞?,回路按純電阻分壓原理工作,?shí)現(xiàn)交直流高壓的無縫切換測量,無需調(diào)整電路參數(shù)。
交直流分壓器的高低壓臂僅完成高壓衰減,被測高壓值的最終顯示需通過信號采集與數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn),核心是將低壓臂輸出的低電壓安全傳輸并精準(zhǔn)換算,同時避免采集回路對分壓回路的干擾。
低壓臂輸出的低電壓(工頻交流 / 直流,數(shù)伏至數(shù)十伏,屬于安全測量范圍),通過高屏蔽性能的同軸電纜傳輸至顯示單元,電纜采用雙層屏蔽設(shè)計(jì),抑制工頻電磁干擾、雜散電場干擾,防止外部信號竄入導(dǎo)致測量誤差。
顯示單元的輸入回路設(shè)計(jì)為高輸入阻抗(遠(yuǎn)大于低壓臂電阻),避免采集回路對低壓臂形成負(fù)載,防止低壓臂被分流導(dǎo)致分壓比失真,保證低壓電壓信號的真實(shí)采集。
采集的低電壓信號經(jīng)顯示單元內(nèi)部的放大、濾波、整流(交流測有效值 / 峰值)等處理后,結(jié)合設(shè)備出廠前校準(zhǔn)的固定分壓比,通過內(nèi)置程序自動換算為被測高壓值,最終通過數(shù)字顯示屏直接直讀(直流為電壓值,交流為有效值 / 峰值 / 峰值因數(shù)),部分機(jī)型還支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲、485 通訊、與電腦聯(lián)機(jī)實(shí)時顯示電壓曲線
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