Устройство для измерения угла сдвига фаз при помощи двух механических выпрямителей, работающих с некоторым сдвигом фазы один относительно другого

Устройство для измерения угла сдвига фаз при помощи двух механических выпрямителей, работающих с некоторым сдвигом фазы один относительно другого

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

М 48788

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

О ПИСЯН ИЕ устройства для измерения угла сдвига фаз и ри помощи двух механических выпрямителей, работающих с некоторым сдвигом фазы один относительно другого, К авторскому свидетельству К. П. Широкова, заявленному 5 января

1935 года (спр. о перв. № 160352).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1936 года, Существующие фазометры обладают малой чувствительностью по отношению к углу сдвига фаз, а также большим потреблением мощности. Между тем, в некоторых случаях встречается необходимость иметь чувствительный индикатор фазы тока или напряжения. В таких случаях можно применять уже известные устройства для измерения сдвига фаз при помощи синхронно работающих механических выпрямителей, имеющих некоторый сдвиг фазы один относительно другого.

Согласно изобретению, обмотки этих выпрямителей включены в цепь одного из двум источников тока, сдвиг фаз между которыми измеряется, а указывающий отношение токов прибор (логометр) питается от второго источника.

С каждой из обмоток логометра включены последовательно или параллельно контакты соответствующего выпрямителя.

На чертеже фиг. -1, 2, 3 и б изображают предлагаемое устройство в разных вариантах; фиг. 5 — логоиетр; фиг. 4 и 7 — кривые тока, поясняющие процесс выпрямления.

Устройство, показанное на фиг. 1, состоит из двух механических выпрямителей, питаемых от напряжения, служащего источником и для измеряемого напряжения или тока. Колебания якорей выпрямителей сдвинуты по фазе на постоянный угол, лучше всего на 90 . Последовательно с контактами К„К> выпрямителей Bi, В включены рамки ло. гометра Л. В зависимости от сдвига фазй V» относительно V< будут изменяться по величине выпрямленные токи в рамках логометрэ, причем когда при применении фазы напряжения V2 один ток возрастет, второй уменьшится и логометр изменит показание. В цепи рамок логометра включены добавочные сопротивления r, r, назначением которых также является уменьшение влияния колебаний переходного сопротивления контактов на показания логометра.

Если измеряется сдвиг фазы тока, то для того, чтобы не прерывать измеряемого тока и, тем самым, не искажать его. формы, целесообразнее контакты выпрямителей включать не последовательно, а параллельно с рамками логометра. Тогда цепь тока не будет прерываться, а только в течение части периода рамки будут замыкаться накоротко

Схема устройства в этом случае принимает вид, изображенный на фиг. 2.

Измеряемый ток 1 проходит последовательно через обмотки логометра постоянного тока Л, причем эти обмотки. попеременно, со сдвигом в 90; замыкаются накоротко в контактах К„Кя т

Ь+

2 т

+ ш ш

dt= — i,— sin ж 1= — „,> cos t

I — — 1

" (cos мΠ— cos (соО+7 )).

Так как

cos (0>t + ж) = — cos ю1, ш

11, „= — cos u>0 и

Ь+ — .7 + 3

2 вывр, = — „ ЯП l1>t = т

В+

cos <М

Im

cos ад+ —" = — яп щЭ.

im

2 пп

Отно111ение этих токов, проходящих по рамкам логометра, выпр — — = — tg аЬ. 1 выпр, COS < >в

М, = — cl, cos (а+ — ") =cl, яп а

Для получения такого сдвига в колеба- ниях выйрямителей последовательнос их катушками включены соответственно подобранные индуктивность L и емкость С, шунтированная сопротивлением К как показано на фиг. 1 и 2. Этот сдвиг может быть; конечно, осуществлен и при помощи какой-либо другой схемы, например, показанной на фиг; 3. Если разделить сопротивление R, в отношеш1 нии, то напряжения, приложенные

2 к катушке выпрямителей, будут сдвинуты- на 90 . Сопротивление R2 целесооб,разно ввести в целях уравнения подвоЗнак минус в данном случае значения

ЙЬ имеет, так как всегда можно соответствующим образом изменить направле* ние тока в одной из рамок логометра.

В рассматриваемом случае измере-ния угла сдвига фаз 1119=;р+, где ив йзмеряемый угол сдвига фаз между наМ =cl.cosa димых к катушкам выпрямителей haпря жений.

Если положить для простоты, что койтакты выпрямителей в течение одной половины периода замкнуты, а в течение другой разомкнуты (фиг. 4), а также принять, что колебания сопротивления в цепи измеряемого тока; вызываемые замыканием накоротко рамок логометра, не отзываются практически на его величине, то можно подсчитать величину выпрямленных токов и вывести их зависимость от фазы измеряемого тока.

Полагая, что в начальный момент

t = =1), будем иметь пряжением источника и током в цепи логометра, à yi — постоянный угол, определяемый из условия v=0.

Как известно, для логометра с равномерным полем и одинаковыми рамками, укрепленными на оси под углом 90" (фиг. 5), действительны соотношения:

При равновесии и $$ — /

1, ==tg а.

1, Отсюда

tgа=ig(р+tj() и а= +ф.

Э+ —, 21m 2/ш

I „= sin Ntdt е

cos mt

cos tîÜ вЂ” соя 0) p+ j — (cos%5 — sin (95), T так как

sos рр (Ь+ = — slti isii

-гочн8 так же

i д

1 г

21m / / Х 1

$ „„р = sinistdt= (sosðð(д+ $ ($0$$р Ь+ $ ()

94 T

" (созвЬяпад). р.

Переходя к новому начальному моменту, определяемому из условия 0 = 9+ „, Я и принимая во внимание, что (л г —,. / к1 . cos х — sin х = sin (— — х) — sin х= 2sin (— — х ) cos — = — t/ 2 sin (х — — ) г ) 14(4(4/

cos х+ siп х = cos х+ cos1 — — х = 2 cos1 — — х i cos = /2 cos < х — — 1

4 1

Если применить такой логометр и .отрегулировать выпрямители так, чтобы ф = О, шкала углов сдвига фаз будет равномерна. При соответствующей кон"струкции логометра (с возможностью неограниченного угла поворота) предел измерений будет соответствовать всем возможным углам сдвига от 0 до 360.

В описываемом устройстве вибрационные выпрямители имеют, однако, то неудобство, что требуют применения искусственной схемы сдвига фаз íà 9Р, вследствие чего следует ожидать- большого влияния измененной частоты на показания фазометра. Из этих сообраi жений целесообразнее применить вращающийся коммутатор, приводимый в движение электродвигателем типа

Уоррена или каким-либо другим синхронным двухполюсным двигателем. На этот коммутатор должны быть наложены две пары щеток, смещенные друг относительно друга на 90", причем каждая пара щеток должна замыкаться коммутатором на четверть периода, а на срледующую четверть периода размыкаться и т. д., как это показано на фиг. 6. В этом случае картина выпрямления будет иметь вид, изображенный на фиг.7.

Выпрямленные токи будут:

Э - -— ! аетрудно показать, что уг1 (T 3 yãг Im

1 соза 9 — — =- coso>8

> виар. 8 !

y г 1

1 = — япаО. виар, Так как

9 -— — a rc tg 0,9 = 42, y/2 l г1 откуда

Для надежной работы фазометра должно быть соблюдено условие, чтобы наименьший выпрямленный ток равнялся 0,5 mR.

I,„„031 =05 mR: откуда что дает для -действующего значения

1= — ==1,2 mR.

1,67

1 г

Это и есть минимальная величина пе- гого, отличан)шееся тем, что обмо

Отношение выпрямленных токов и в этом случае будет пропорционально таигенсу угла сдвига фаз, только начало координат будет перенесено на 45 и величина выпрямленных токов будет в y/2 раза больше, чем в случае выпрямления одной полуволны.

Можно значительно повысить чувствительность устройства к углу сдвига фаз, применив вместо логометра с равномерным полем более чувствительный к отмошению токов логометр. Считая вполне осуществимым логометр, дающий полное отклонение при изменении отношения томов в 1,25 раза (т. е. от 0,9 до 1,1), ременного тока, фазу которого можно измерять с помощью предлагаемого устройства.

Предмет изобретения, Устройство для измерения угла сдвига фвз при помощи двух механических выирямителей, работающих с некоторым сдвигом фазы один относительно друможно получить фазометр, полное отклонение стрелки которого будет происходить при изменении угла сдвига фаз на б (от,=Bfctg 0,9 до р, =arctg 1,11)., Если разделить шкалу такого прибора на 72 деления, то каждое деление будет соответствовать 5 минутам.

Нетрудно изготовить логометр, рассчитанный на минимальный ток в рамках 0,5 mR. Определим для этого случая, каков будет минимальный переменный ток, требуемый для надежной работы фазометра. Возьмем одно из крайнйх положений стрелки, например, соответствующее меньшему углу сдвига фаз . тки выпрямителей включены в цепь одного из двух источников тока, сдвиг фаз между которыми измеряют, а второй источник использован для питания указывающего отношение токов прибора, по типу логометра, последовательно или параллельно с каждой из обмоток которого включены контакты соответствующего выпрямителя.

К авторскому свидетельству К. П. Широкова № 48788

У иг.

Тип.. Печатный Труд . Зак. 6П вЂ” 500Фигl

Фиг3