Измерительное устройство

Измерительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Мо 62930

?<ласс 21е, 36

СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В. В. Ер м а ко в

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Заявлено 17 октября 1940 г. ва Хе 86680 и Наро;!ны!1 Комиссариат электропромышленности СССР

Применяемые в технике приборы для измерения мощности электрического тока — - ваттметры — измеряют негосредственно ваттную мощность, а полная, или кажушаяcÿ, мощность обычно определяется расчетом по показаниям нескольких приборов (ваттметра и фазометра или вольтметра и амперметра).

Правильность Определени51 «а>ку1цеЙс11 мОщностп по показаниям двух приборов в значительной мсрс зависит от субьективных способностей лица, производящего измерения, так как от него требуется умс-! ие прочесть показания применен!!ых приборов в воз»о>«но короткос время, чтобы отсчеты по этим приборам о!!!00!!лис!. пo возможности к одному и тому же моменту времени. При колеблющейся нагрузке приведенный способ определения кажущейся мощности труден и не»ожет дать надежных, точных результатов.

Поскольку номина;и.ная мощность машин переменного тока (генераторов, трансформаторов и др.) определяется именно величиной кажущейся мощности, возможность точного и удобного измерения последней представляет значительный практический интерес.

Предметом изобретения является измерительное устройство, в «отором совместно с прибором типа ваттметра применен второй измерительный прибор типа фазометра. Последний связан с ваттметром таким образом. что подвижные системы обоих приборов сцеплены соответственно с указателем и подви>кной шкалой через систему персдач, создающих отклонения шкалы и указателя в логарифмической зависимости от измеряемых величин Во взаимно противоположных направлениях с тем, чтобы резу !ы иру!ощее отклонение было пропорционально отношению измеряемых величин., т. с. показывало полную (или кажущуюся) мощность. № 62930

На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства; на фиг. 2 — электромеханическая схема; на фиг. 3 и 4 — диаграммы, поясняющие построение деталей устройства.

Как известно, соотношение между кажущейся мощностью переменного тока и его ваттной мощностью выражается следующей формулой:

Р P)

cos р где Р— кажущаяся мощность в вольтамперах;

Р, — ваттная мощность в ваттах;

Cos — коэффициент мощности.

Общеизвестные ваттметры измеряют ваттную мощность, т. е, величину Р>, а фазометры — величину коэффициента мощности, т.е.cos таким образом, объединяя эти два прибора и связывая их показания можно получить прибор, показания которого будут являться функцией показаний составляющих приборов.

Известно, что подвижная система электоодинамического ваттметра поворачивается на угол, пропорциональный измеряемой ваттной мощности, т. е. угол ее поворота

=.p

С другой стороны, угол поворота подвижной системы электродинамического фазометра равен углу сдвига фаз тока и напряжения в данной цепи, т. е.

В описываемом приборе с первой подвижной системой связана указательная стрелка, а со второй системой — подвижная шкала прибора. При повороте обеих систем стрелка прибора и шкала перемешаются во встречных направлениях, благодаря чему их взаимное перемещение складывается из составляющих перемещений, одно из которых пропорционально ваттной мощности Рь а другое — пропорционально углу сдвига фаз тока и напряжения.

Таким образом, взаимное смещение указательной стрелки и шкалы равно:

L=-L, +Ls, где L — взаимное перемещение шкалы и стрелки;

Х., — перемещение стрелки;

Lp — перемещение шкалы.

Эти перемещения 1., и L, благодаря применению в приборе специальных механических преобразователей движения пропорциональны соответственно следующим величинам: 1 — )g Р1 li Lg 1Я

Таким образом, взаимное смешение стрелки и шкалы получается пропорциональным

L — )сг Р + )о

= )о

Р> cosy icos о

Применение же соответствующей логарифмической шкалы дает всзможность по взаимному расположению шкалы и указательной стрелки произвести отсчет величины:

Pi

Р=

cos т. е. величины кажущейся мощности.

B предлагаемом измерительном устройстве (фиг. )) основными — 3—

¹ 62930 лементами являются: параллельная катушка 1, последовательная катушка II и две катушки III, включенные в цепь параллельно.

Катушка П укреплена в приборе неподвижно, а катушка 1 может вращаться вокруг неподвижной катушки П.

Совокупность катушек и П, из которых первая включена параллельно, а вторая — - последовательно, представляет собой электрическую часть обычных электродинамических ваттметров и при работе устройства внешняя катушка I будет поворачиваться на угол, пропорциональный ваттной мощности измеряемого тока.

Отличие от обычных электродинамических ваттметров заключается лишь в том, что в данном случае параллельная катушка прибора вращается не внутри последовательной, а снаружи.

Две катушки IП представляют собой обычную подвижную систему электродинамических фазометров, а в совокупности с последовательной катушкой П, внутри которой онн могут вращаться, составляют полностью электрическую часть этих фазометров.

Катушки III займут относительно катушки II положение, зависящее от угла — угла сдвига фаз тока и напряжения в контролируемой цепи.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой как бы электродинамический фазометр, снабженный дополнительной вращающейся катушкой 1, которая совместно с неподвижной катушкой фазометра образует электродинамический ваттметр.

Сопротивления R> Х и Rg (фиг. 1) обычны для упомянутых приборов, т. е. R> †добавочн сопротивление шунтовой обмотки ваттметра, à R — омическое и Х вЂ” индуктивное сопротивления являются добавочными сопротивлениями подвижных катушек фазометра, при помощи которых создается необходимый сдвиг фаз между токами этих катушек.

Катушки ПI (фиг. 2) наглухо укреплены на оси Л и могут вращаться внутри катушки П. Последняя укреплена в приборе неподвижно на стойках 1, что создает свободное пространство между катушкой1 и дном прибора и дает возможность катушке I вращаться вокруг катушки П. Ввиду того, что катушка I имеет пределы угла поворота до 90, имеются квадранты окружности, в пределы которых стороны катушки I не заходят. В этих именно местах и можно установить стойки 1.

В указанные стойки 1 упираются оси Б и В преобразователей движения, Катушка 1 укреплена на полуосях Г и 1 t, причем полуось Г, своими концами упирается в дно прибора и в неподвижную катушку П, а полуось à — в неподвижную катушку П и в стойку 2, также укрепленную в дне прибора.

Энергия подается к подви>кным катушкам и отводится от них через спиральные пружины а, б, в, г и д. Пружины а и д создают необходимый противодействующий момент подвижной «ваттметровой» системе.

Энергия подается к катушке 1 по пружине а и отводится от нее по пружине д. К подвижным катушкам III энергия подается по пружинам б и в и отводится от них по пружине г.

Неподвижная сериесная катушка включается в цепь последовательно через зажимы прибора № 1 и № 4; к замкнутым накоротко за>кимам № 2 и № 8 извне присоединяется второй провод сети, а внутри прибора присоединяются концы подвижных катушек 1 и IИ через соответствующие сопротивления. Противоположные концы подвижных катушек соединены вместе и присоединены к зажиму № 1. № 62930

Передача движения подвижных катушск к указательной системе производится, как указывалось выше, через два преобразователя движения; один из них — «ваттметровый» вЂ” преобразует движение катушки 1 и передаст его указательной стрелке, и второй — «косинусный»вЂ” преобразует движение катушек ill и передает его шкале прибора.

Оба преобразователя конструктивно идентичны и отличаются лишь формой прорезей «улиток».

В состав вяттметрового преобразователя входят следующие части: ось Б, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчаткой 4, жестко соединенной с катушкой 1, ваттметровая улитка 5, зубчатая рейка 6 и шестеренка 7, свободно сидящая на оси Г.

Косинусный преобразователь состоит из аналогичных частей: оси В, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчаткой 9, жестко связанной с подвижными катушками ill, косинусной улитки 10, зубчатой рейки 11 и зубчатого колеса 12, свободно сидящего на оси Г.

Зубчатые рейки 6 и 11 могут свободно перемещаться в пазах реечного упора 18, прикрепленного к стойке 2. С зубчатым колесом 12 жестко сосдинсня подвижная шкала 14 прибора, а с зуочатым KQJIeсом 7 жестко соединена указательная стрелка 15 прибора.

Действие обоих преобразователей движения аналогично. При повороте катушки l на некоторый угол, пропорциональный ваттной мощности в замеряемой цепи, вместе с катушкой на тот же угол (a =PI) повернется и зубчатое колесо 4. Зубчатое колесо 8, сцепленное с колесом 4, повернется на угол, величина которого будет зависеть от передаточного отношения между шгми (в описываемой схеме устройства это отношение 1 принято равным 8, т. е. при повороте катушки I на 90 колесо 8 повернется на 720 ). Поворот колеса 8 вызовет поворот улитки 5 на тот же угол:

uI — С11 = PI, Ватгметровая улитка 5 имеет прорезь, очерченную по кривой (фиг. 3), выражающейся формулой:

2а

r=A+Ig . где: А — произвольная постоянная величина, определяемая конструктивными соображениями; а — угол поворота улитки 5;

i — передаточное отношение между зубчатыми колесами 8 и 4.

В прорезь улитки входит отросток зубчатой рейки 6, которая при повороте улитки перемещается в пазах реечного упора 18 радиально в отношении улитки.

Таким образом, получается, что при повороте улитки 5 пя угол =P; рейка 6 перемещается прямолинейно на величину S,=1g Р, при своем перемещении она поворачивает зубчатое колесо 7 и указательную стрелку на угол, также пропорциональный величине1д Р,.

Аналогично устроен и действует косинусный преобразователь.

Зубчатое колесо 9 передает поворот катушек ill, равный углу;" сдвиIa фаз, зубчатому колесу 8, которое поворачивается на угол 3, =-ii, на этот же угол поворачивается и улитка 10 с прорезью, очерченной

IIo кривой (фиг. 4):

r=A 1-1д „,—, 1

11 где,, — угол поворота улитки 10; i, — передаточное отношение между зубчатыми колесами 8 и 9; AI — произвольная постоянная, аналогичная постоянной А.

Л 62930

При повороте улитки на угол

Я )g

1 и при этом поворачивает зубчатку „2, а вместе с ней и скрепленную с ней подвижную шкалу И прибора также на угол, пропорциональный

1 величине

COS y при этом вращение этой шкалы происходит в направлении, встречном направлению вращения указательной стрелки.

Чтобы шкала устройства, расположенная ниже реечного упора 13, могла вращаться, в ней сделаны вырезы для прохода концов реечного упора и стойки 2. Один из этих вырезов используется для вывода конца указательной стрелки 15 над шкалой 14.

Диаметры зубчаток 7 и 12 подобраны так, чтобы максимально использовать наибольшую возможную длину шкалы прибора, которая в предлагаемом устройстве может быть помещена в секторе, соответствующем углу, несколько меньшему 180 .

Сама шкала имеет неравномерные деления (шкала логарифмическая) и градуирована на вольтамперы или киловольтамперы кажущейся мощности.

Следует отметить, что кривая прорези ваттметровой улитки, выра2а1 г 1 жающаяся уравнением r=A+Ig —., при значениях а, (0,1 —" имеет при i=8 сильный зал б к центру, при котором профиль прорези будет иметь недопустимый по чеории машин и механизмов угол подъема ()30 ).

Так как показания устройства, соответствующие этим значениям, не представляют практического интереса (эти показания лежат в пределах 0(Р,<0,1 Рилакс., где Ремикс. — наибольшее значение ваттной мощности, измеряемое данным прибором), то на участке кривой а — в (фиг. 3), соответствующем этим значенияма,, профиль кривой очерчен по окружности с плавным переходом у точки в в кривую, очерченную по вышеприведенному уравнению; поэтому и шкала прибора имеет деления, начиная от 0,1 P.„„... (без градуировки участка ее от 0 до 1,0 Р,„„;,).

Аналогичное замечание можно сделать и в отношении кривой прорези косинусной улитки (фиг. 4), которая приi =6 и,)81 — 82 также имеет слишком большой угол подъема, и поэтому практически ее можно ограничить этим пределом, что соответствует сов 0,156, меньше которого в практике промышленных электроизмерений коэффициент мощности вряд ли может встретиться.

Разумеется, устройство должно быть снабжено прочими необходимыми деталями, как-то: успокоителем, уравновешивающими грузиками, кожухом и др., подобно обычным измерительным приборам; в настоящем описании указывается лишь схематическое решение задачи.

Кроме того, при детальной конструктивной разработке прибора следует принять меры к возможному увеличению коэффициента добротности прибора, который в предлагаемом решении задачи будет в"сьма близок к коэффициенту добротности обычных регистрирующих приборов.

В целях повышения коэффициента добротности можно упростить конструкцию прибора, использовав в качестве шкалы и указателя приоора непосредственно рейки б и 11, т. е. упразднить зубчатые переда".н к колесам 7 и 12; при этом получится устройство с плоской прямолинейной шкалой и с прямолинейным перемещением указателя. № б2930

Предмет изооретсния

Измерительное устройство, выполненное по типу ваттметра какойлибо из известных систем, отл и ч а ющи и с я тем, что, с целью использования его для измерения полной, или кажущейся, мощности, применен второй измерительный прибор типа фазометра, связанный с ваттметром таким образом, что подвижные системы обоих приборов сцеплены соответственно с указателем и подвижной шкалой через систему передач, создающих отклонения шкалы и указателя в лога. рифмической зависимости от измеряемых величин во взаимно противоположных направлениях с тем, чтооы результирующее отклонение было пропорционально отношению измеряемых величии.

Фиг. t

6 f3

Nl N2 V3 /УФ

Л о2930

Ilocmpoeuue кРАя аапнпиеатрооои y umuu.

Iocmpoeuue нриоой косинусной gnumuu.

Фиг.6

Объем О, пзд. л.

Цека 5 коп.

Поди, к псч 21/III-62 г

Зак. 1157

Формат бгм. 70Х108 /è

Тираж 200

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М, Черкасский пер., д. 2/6, Орловская областная типография «Труд», г. Орел, ул. Ленина, 1.

Редактор В. П. Головкин Текред A. Л. Резник Коррекгор А, А. Березуева