SU62930A1 - Измерительное устройство - Google Patents

Description

Примен емые в технике приборы дл  измерени  мощности электрического тока - ваттметры - измер ют непосредственно ваттную мощность, а нолна , или кажуща с , мощность обычно определ етс  расчетом по показани м нескольких приборов (ваттметра и фазометра или вольтметра и амперметра).

Правильность определени  кажущейс  мощности по показани м двух приборов в значительной мере зависит от субъективных способностей лица, производ щего измерени , так как от него требуетс  умение прочесть показани  примененных приборов в возможно короткое врем , чтобы отсчеты но этим приборам относились по возможности к одному и тому же моменту времени. При колеблющейс  нагрузке приведенный способ определени  кажущейс  мощности труден и не может дать надежных, точных результатов.

Поскольку номинальна  мощность машин переменного тока (генераторов , трансформаторов и др.) определ етс  именно величиной кажущейс  мощности, возможность точного и удобного измерени  последней представл ет значительный практический интерес.

Предметом изобретени   вл етс  измерительиое устройство, в котором совместно с прибором типа ваттметра применеи второй измерительный прибор типа фазометра. Последний св зан с ваттметром таким образом, что подвижные системы обоих приборов сцеплены соответственно с указателем и подвижной шкалой через систему передач , создающих отклонени  шкалы и указател  в логарифмической зависимости от измер емых величин во взаи.мно нротивоположиых направлени х с тем, чтобы результирующее отклонение было пропорционально отношению измер емых величин, т. е. показывало полную (или кажущуюс ) мощность.

№ 62930- 2 На фиг. 1 изображена электрическа  схема зстройства; на фиг. 2 - электромеханическа  схема; на фиг. 3 и 4- диаграммы, но сн ющие ностроение деталей устройства.

Как известно, соотношение между кажущейс  мощностью переменного тока и его ваттной мощностью выражаетс  следующей формулой:

где Р - кажуща с  мощность в вольтамперах;

Р - ваттна  мощность в ваттах;

Cos -f-коэффициент мощности.

Общеизвестные ваттметры измер ют ваттную мощность, т. е. величину PI, а фазометры - величину коэффициента мощности, т. е. cos таким образом, объедин   эти два прибора и св зыва  их показани  можно ползчить прибор, показани  которого будут  вл тьс  функцией показаний составл ющих приборов.

Известно, что подвижна  система электродинамического ваттметра цоворачиваетс  на згол, пропорциональный измер емой ваттной мощности, т. е. угол ее поворота

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

В описываемом приборе с первой подвижной системой св зана указательна  стрелка, а со второй системой - подвижна  щкала прибора . При повороте обеих систем стрелка прибора и щкала перемещаютс  во встречных направлени х, благодар  чему пх взаимное перемещение складываетс  из составл ющих перемещений, одно из которых пропорционально ваттной мощности PI, а другое - пропорционально углу о сдвига фаз тока и напр жени .

Таким образом, взаимное смещение указательной стрелки и шкалы равно:

где L - взаимное перемещение шкалы и стрелки;

Z,, - перемещение стрелки;

АЗ - перемещение щкалы.

Эти перемещени  L-, и Lz , благодар  применению в приборе снециальных механических преобразователей движени  пропорциональны соответственно следующим величинам:

Аи L,lg-.

Таким образом, взаимное смещение стрелки и щкалы получаетс  пропорциональным

Pj + g-J- Ig-.

о COS f COS о

применение же соответствующей логарифмической щкалы дает возможность по взаимному расположению шкалы и указательной стрелки произвести отсчет величины: т. е. величины кажущейс  мощности. В предлагаемом измерительном устройстве

cos cf

..

,+L,, (фиг. 1) основными

элеА1ентами  вл ютс : параллельна  катушка /, последовательна  катушка // и две катушки ///, включенные в цень параллельно.

Катушка // укреплена в приборе неподвижно, а катушка / может враш,атьс  вокруг неподвижной катушки //.

Совокупность катушек / и //, из которых перва  включена параллельно , а втора -последовательно, представл ет собой электрическую часть обычных электродинамических ваттметров и при работе устройства внешн   катушка / будет поворачиватьс  на угол, пропорциональный ваттной мошности измер емого тока.

Отличие от обычных электродинамических ваттметров заключаетс  лишь в том, что в данном случае параллельна  катушка прибора врашаетс  не внутри последовательной, а снаружи.

Две катушки /// представл ют собой обычную подвил ную систему электродинамических фазометров, а в совокупности с последовательной катушкой Я, внутри которой они могут враш,атьс , составл ют нолностью электрическую часть этих фазометров.

Катушки /// займут относительно катушки // положение, завис ш ,ее от угла f-угла сдвига фаз тока и напр жени  в контролируемой цени.

Таким образом, предлагаемое устройство представл ет собой как бы электродинамический фазометр, снабженный дополнительной вращающейс  катушкой /, котора  совместно с неподвижной катушкой фазометра образует электродинамический ваттметр.

Сопротивлени  К, X и (фиг. 1) обычны дл  упом нутых приборов , т. е. R -добавочное сопротивление шунтовой обмотки ваттметра , -омическое и X - индуктивное сопротивлени   вл ютс  добавочными сопротивлени ми подвижных катушек фазометра, при помощи которых создаетс  необходимый сдВИг фаз между токами этих катушек.

Катушки III (фиг. 2) наглухо укреплены на оси А и могут вращатьс  внутри катушки //. Последн   укреплена в приборе неподвижно на стойках 1, что создает свободное пространство между катушкой/ и дном прибора и дает возможность катушке / вращатьс  вокруг катушки //. Ввиду того, что катушка / имеет пределы угла поворота до 90°, имеютс  квадранты окружности, в пределы котор.ых стороны катушки / не заход т. В этих именно местах и можно установить стойки /.

В указанные стойки / упираютс  оси Б и Б преобразователей движени .

Катушка / укреплена на полуос х Г и Г, причем полуось Г своими концами упираетс  в дно прибора и в неподвижную катушку //, а полуось Г - в неподвижную катушку //ив стойку 2, также укрепленную в дне нрибора.

Энерги  подаетс  к подвижным катушкам и отводитс  от них через спиральные пружины а, б, в, г и д. Пружины а и д создают необходимый противодействующий момент подвижной «ваттметровой системе.

Энерги  подаетс  к катушке / по пружине а и отводитс  от иее по пружине д. К подвиж:ным катушкам /// энерги  подаетс  по пружинам б и 8 и отводитс  от них по пружине г.

Неподвижна  сериесна  катушка включаетс  в цепь последовательно через зажимы прибора Л5 / и Л 4; к замкнутым накоротко зажимам № 2 VI № 3 извне присоедин етс  второй провод сети, а внутри прибора присоедин ютс  концы подвижных катушек / и /// через соответствующие сопротивлени . Противоположные концы подвижных катушек соединены вместе и присоединены к зажиму № 1.

№ 62930

JYo 62930

Передача движени  подвижных катушек к указательной системе нроизводитс , как указывалось выше, через два преобразовател  движени ; один из них - «ваттметровый - преобразует движение катушки / и нередает его указательной стрелке, а второй - «косинусный - преобразует движение катушек /// и передает его шкале прибора.

Оба преобразовател  копструктивно идентичны и отличаютс  Лишь формой прорезей «улиток.

В состав ваттметрового преобразовател  вход т следующие части: ось Б, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 3, сцепленное с зубчаткой 4, жестко соединенной с катушкой /, ваттметрова  улитка 5, зубчата  рейка 6 и шестеренка 7, свободно сид пца  па оси Г.

Косинусный преобразователь состоит из аналогичных частей: оси В, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчаткой 9, жестко св занной с подвижными катушками ///, косинусной злитки 10, зубчатой рейки // и зубчатого колеса 12, свободно сид щего на оси Т.

Зубчатые рейки 6 и // могут свободно перемещатьс  в пазах реечного упора 13, прикренле шого к стойке 2. С зубчатым колесом 12 жестко соединена подвижна  шкала 14 прибора, а с зубчатым колесом 7 жестко соединена указательна  стрелка 15 прибора.

Действие обоих преобразователей движени  аналогично. При повороте катушки / на некоторый угол, пропорциональный ваттной мощности в замер емой цепи, вместе с катущкой на тот же угол (а Р|) повернетс  и зубчатое колесо 4. Зубчатое колесо 3, сцепленное с колесом 4, повернетс  на угол, величина которого будет зависеть от передаточиого отношени  между ними (в описываемой схеме устройства это отношение i прин то равным 8, т. е. при повороте катушки I на 90° колесо 3 повернетс  па 720). Поворот колеса 3 вызовет поворот улитки 5 на тот же угол:

й1 dl А.

Ваттметрова  улитка 5 имеет прорезь, очерченную по кривой (фиг. 3), выражающейс  формулой:

+ lg,

где: А - произвольна  посто нна  величина, определ ема  конструктивными соображени ми;

а - угол поворота улитки 5;

i -передаточное отношение между зубчатыми колесами 5 и 4.

В прорезь улитки входит отросток зубчатой рейки 6, котора  при повороте улитки перемещаетс  в пазах реечного упора / радиально в отношении улитки.

Таким образом, получаетс , что при повороте улитки 5 на угол рейка 6 перемещаетс  пр молинейно па величину i-Ig Р при своем перемещении она поворачивает зубчатое колесо 7 и указательную стрелку на угол, также пропорциональный величине Ig Pj.

Аналогично устроен и действует косинусный преобразователь. Зубчатое колесо 9 передает поворот катушек ///, равный углу сдвига фаз, зубчатому колесу 8, которое поворачиваетс  на угол 3, /, 9 на этот же угол поворачиваетс  и улитка 10 с прорезью, очерченной по кривой (фиг. 4):

- i -igi-jT

где jBi - угол поворота улитки 10; ii - передаточное отнощение между зубчатыми колесами 8 к 9; AI - произвольна  посто нна , аналогична  посто нной А. i

При повороте улитки на угол S| iif рейка П перемещаетс  на величину:

и при этом поворачивает зубчатку 12, а вместе с ней и скрепленн ю с ией подвижную шкалу М прибора также на угол, пропорциональный

величине при этом вращение этой шкалы происходит в направлении , встречном направлению вращени  указательной стрелки.

Чтобы шкала устройства, расположенна  ниже реечного упора /5, могла вращатьс , в ней сделаны вырезы дл  прохода концов реечного упора и стойки 2. Один из этих вырезов используетс  дл  вывода конца указательной стрелки /5 над шкалой М.

Диаметры зубчаток 7   12 подобраны так, чтобы максимально использовать наибольшую возможную длину шкалы прибора, котора  в иредлагаемом устройстве Может быть помещена в секторе, соответствующем углу, несколько меньщему 180°.

Сама щкала имеет неравномерные делени  (шкала логарифмическа ) и градуирована на вольтамперы или киловольтамперы кажущейс  мощности.

Следует отметить, что крива  прорези ваттметровой улитки, выражающа с  уравнением r :Л-Ыg-т:7 при значени х «i 0,1- имеет

при сильный загиб к центру, при котором профиль прорези бздет иметь недопустимый по теории машин и механизмов угол подъема (30°).

Так как показани  устройства, соответствующие этим значени м, не представл ют практического интереса (эти ноказани  лежат в пределах ,1 Ручакс., где .акс. - наибольшее значение ваттной мощности, измер емое данным прибором), то на участке кривой а-в (фиг. 3), соответствующем этим значени м а;, профиль кривой очерчен по окружности с плавным переходом у точки в в кривую, очерченную по выщеприведенному уравнению; поэтому и шкала прибора имеет делени , начина  от 0,1 Р.чакс (без градуировки участка ее

от О до 1,0 Р макс .

Аналогичное замечание можно сделать и в отношении кривой прорези косинусной улитки (фиг. 4), котора  и i 81-82° также имеет слишком большой угол подъема, и поэтому практически ее можно ограничить этим пределом, что соответствует cos аз 0,156, меньше которого в практике промышленных электроизмерений коэффициент мощности вр д ли может встретитьс .

Разумеетс , устройство должно быть снабл ;ено нрочими необходимыми детал ми, как-то: успокоителем, уравновешивающими грззиками , кожухом и др., подобно обычным измерительным приборам; в насто щем описании указываетс  лишь схематическое решение задачи.

Кроме того, при детальной констру тивной разработке прибора следует прин ть меры к возможному увеличению коэффициента добротности прибора, который в предлагаемом решении задачи будет весьма близок к коэффициенту добротности обычных регистрирующих приборов.

В цел х повышени  коэффициента добротности можно упростить коиструкцию прибора, использовав в качестве щкалы и указател  прибора непосредственно рейки 6 w. 11, т. е. упразднить зубчатые переда: к колесам 7 и 12; при этом получитс  устройство с плоской пр молинейной шкалой и с пр молинейным перемещение.м указател .

NO 62930

S1

COS с

Предмет изобретени 

Измерительное устройство, выполненное по тину ваттметра какойлибо из известных систем, отличающийс  тем, что, с целью использовани  его дл  измерени  нолной, или кажуп ейс , мощности, применен второй измерительный прибор типа фазометра, св занный с ваттметром таким образом, что подвижные системы обоих приборов сцеплены соответственно с указателем и подвижной шкалой через систему передач, создающих отклонени  шкалы и указател  в логарифмической зависимости от измер емых величин во взаимно противоположных направлени х с тем, чтобы результирующее отклонение было пропорционально отношению измер емых величии.

М - fПриепники тока

0N3

13

N1 N2 N3 /V4

5.2

Построение нри5ои ёаттметродой улитни.

.

Построение нриЪои носинусной улитни.

.J иг.