Измерительное устройство

. В, Ермаков ЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ У Нд 1)о;ны КотнееарнтССР аянлено 17 октября 1940 г. да М 8668 этектропромышеенносПрименяемые в технике приборы для измерения дОщности электрического тока - - ваттметры - измеряют негосредственно ваттную мощность, а полная, или кажушаяся, мощность обычно определяется расчетом по показаниям несО 1 ьких приооров (Вяттметря и фязометра или вольтметра и амперметра).Правильность Определени 51 Яэку 1 цеЙс 51 ъ 10 щностп по показаниям двух приборов в значительной мере зависит от субьективных способностей лица, производящего измерения, так как от него требуется умс 1 ие прочесть показания примененных приборов в возможно короткое время, чтобы отсчеты по этим приборам оОслис. по возможности к одному и тому же моменту времени. При колеблющейся нагрузке приведенный способ определения кажуцейся мощности труден и не может дать надежных, точных результатов.Поскольку номинальная 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. 11 оседний связан с ваттметром таким образом, что подвижные системы обоих приборов сцеплены соответственно с указателем и подвижной шкалой через систему персдач, создающих отклонения шкалы и указателя в логарифмической зависимости от измеряемых величин во взаимно противоположных направлениях с тем, чтобы резу;ыируОщее отклонение было пропорционально отношенгно измеряемых величин., т. е. показывало полную (или кажущуюся) мощность,62930На 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 мошностью пере. менного тока и его ваттной мо 1 цностью выражается следуюшей формулой:Р 1сов ргде Р - кажущаяся мощность в вольтамперах;Р, - ваттная мощность в ваттах;Соя; - коэффициент мощности.Общеизвестные ваттметры измеряют ваттную мощность, т. е, величину Р 1, а фазометры - величину коэффициента мощности, т.е.сов ;таким образом, объединяя эти два прибора и связывая их показанияможно получить прибор, показания которого будут являться функцией показаний составляющих приборов,Известно, что подвижная система электоодинамического ваттметра поворачивается на угол, пропорциональный измеряемой ваттноймощности, т. е. угол ее поворота2 =Р 1.С другой стороны, угол поворота подвижной системы электродинамического фазометра равен углу сдвига фаз тока и напряжения вданной 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 псремешение складывается из составляющих перемещений, одно из которых пропорционально ваттной мощности Р 1, а другое - пропорционально углусдвига фаз тока и напряжения.Таким образом, взаимное смещение указательной стрелки и шкалы равно:г=-е,+лгде Е - взаимное перемещение шкалы и стрелки;Х,1 - перемешение стрелки;Е 2 - перемещение шкалы.Эти перемещения 1., и Е 2, благодаря применению в приборе специальных механических преобразователей движения пропорциональны соответственно следующим величинам:11 - 1 Я Р 1 и 2 - 1 ьсоТаким образом, взаимное смешение стрелки и шкалы получаетсяпропорциональнымЕ=1 д Р 1 - , 1 о = 11 Р 1сокусов оПрименение же соответствующей логарифмической шкалы даетвсзможность по взаимному расположению шкалы и указательнойстрелки произвести отсчет величины:Р=.Рсов "т. е. величины кажущейся мощности.В предлагаемом измерительном устройстве (фиг. 1) основнымилементами являются: параллельная катушка 1, последовательная катушка П и две катушки П 1, включенные в цепь параллельно.Катушка П укреплена в приборе неподвижно, а катушка 1 может вращаться вокруг неподвижной катушки П.Совокупность катушек 1 и П, из которых первая включена параллельно, а втораяпоследовательно, представляет собой электрическую часть обычных электродинамических ваттметров и при работе устройства внешняя катушка 1 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 1 П представляют собой обычную подвижную систему электродинамических фазометров, а в совокупности с последовательной катушкой П, внутри которой они могут вращаться, составляют полностью электрическую часть этих фазометров,Катушки П 1 займут относительно катушки 11 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 Рь Х и е 7 (фиг, 1) обычны для упомянутых приборов, т. е. Й в добавочн сопротивление шунтовой обмотки ваттметра, а К - омическое и Х - индуктивное сопротивления являются добавочными сопротивлениями подвижных катушек фазометра, при помощи которых создается необходимый сдвиг фаз между токами этих катушек.Катушки П 1 (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 катушкой 1 и дном прибора и дает возможность катушке 1 вращаться вокруг катушки П. Ввиду того, что катушка 1 имеет пределы угла поворота до 90, имеются квадранты окружности, в пределы которых стороны катушки 1 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 Гь причем полуось Г, своими концами упирается в дно прибора и в неподвижную катушку П, а полуось Г - в неподвижную катушку П и в стойку 2, также укрепленную в дне прибора.Энергия подается к подвижным 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 1 П энергия подается по пружинам б и в и отводится от них по пружине г.Неподвижная сериесная катушка включается в цепь последовательно через зажимы прибора1 и4; к замкнутым накоротко зажимам2 и3 извне присоединяется второй провод сети, а внутри прибора присоединяются концы подвижных катушек 1 и 1 П через соответствующие сопротивления. Противоположные концы подвижных катушек соединены вместе и присоединены к зажиму1.Передача движения подвижных катушск к указательной системепроизводится, как указывалось выше, через два преобразователя движения; один из них - ваттметровый - преобразует движение катушки 1 и передает его указательной стрелке, и второй - косинусный - преобразует движение катушек 11 и передает его шкале прибора.Оба преобразователя конструктивно идентичны и отличаются лишь формой прорезей улиток,В состав ваттметрового преобразователя входят следующие части; ось Б, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 3, сцепленное с зубчаткой 4, жестко соединенной с катушкой 1, ваттметровая улитка 5, зубчатая рейка 6 и шестеренка 7, свободно сидящая на оси Г.(осинусный преобразователь состоит из аналогичных частей: оси В, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчаткой 9, жестко связанной с подвижными катушками 1 П, 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 13, прикрепленного к стойке 2. С зубчатым колесом 12 жестко соединена подвижная шкала 14 прибора, а с зубчатым колесом 7 жестко соединена указательная стрелка 15 прибора.Действие обоих преобразователей движения аналогично. При повороте катушки 1 на некоторый угол, пропорциональный ваттной мощности в замеряемой цепи, вместе с катушкой на тот же угол (а - -Р) повернется и зубчатое колесо 4. Зубчатое колесо 3, сцепленное с колесом 4, повернется на угол, величина которого будет зависеть от передато иого отношения между шгми (в описываемой схеме устройства это отношение 1 принято равным 8, т. е, при повороте катушки 1 на 90 колесо 3 повернется на 720). Поворот колеса 3 вызовет поворот улитки 5 на тот же угол:а - с 11 = РВатгметровая улитка 5 имеет прорезь, очерченную по кривой (фиг. 3), выражающейся формулой:2 а=А+1 д - .,где; А - произвольная постоянная величина, определяемая конструк.тинными соображениями;а - угол поворота улитки 5;1 - передаточное отношение между зубчатыми колесами 3 и 4.В прорезь улитки входит отросток зубчатой рейки 6, которая приповороте улитки перемещается в пазах реечного упора 13 радиальнов отношении улитки.Таким образом, получается, что при повороте улитки 5 паугол =Р; рейка 6 перемещается прямолинейно на величину Ь,=1 д Р,при своем перемещении она поворачивает зубчатое колесо 7 и указательную стрелку на угол, также пропорциональный величине 1 д Р,.Аналогично устроен и действует косинусный преобразователь.Зубчатое колесо 9 передает поворот катушек 11, равный углу;" сдвига фаз, зубчатому колесу 8, которое поворачивается на угол 3, г,на этот же угол поворачивается и улитка 10 с прорезью, очерченнойпо кривой (фиг. 4);=А, 1-1 д11где - угол поворота улитки 10; г, - передаточное отношение между зубчатыми колесами 8 и 9; А - произвольная постоянная, аналогичная постоянной А.При повороте улитки на угол Г, =1,; рейка 11 перемещается навеличину:Я - 101и при этом поворачивает зубчатку 12, а вместе с ней и скрепленную с ней подвижную шкалу И прибора также на угол, пропорциональный1величинесоя упри этом вращение этой шкалы происходит в направ. лении, 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, выра 2 а 1 -,1 жающаяся уравнением г=А 1 д - ., при значениях а, (0,1 - " имеет при ю=8 сильный зап 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,С 0,1 Рилакс., где Рмакс. - 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 Р (без градуировки участка ее от 0 до 1,0 Р,ас).Аналогичное замечание можно сделать и в отношении кривой прорези косинусной улитки (фиг, 4), которая прис=6 и,",)81 - 82 также имеет слишком большой угол подъема, и поэтому практически ее можно ограничить этим пределом, что соответствует сов0,156, 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.б 2930Предмет изооретснияИзмерительное устройство, выполненное по типу ваттметра какой- либо из известных систем, отл и ч а ющи й 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.магмарооой улитки. сщрюекие крит 5 оп Посщроекце и косинускаи улиаи Фиг.б Редактор В. П. Головкин Текред А, Л. Резник Корректор А, А, Березуев ъсм 0,7 пзд. л. Цека 5 коп. тип Орловская областная типография Труд, г, Орел, ул. Ленина Поди, к псч. 21/111-62 г,Зак, 1157 ЦБТИ при Коми пр Москва, Цормат бсм. (ОХ 108/иТираж 200ете по делам изобретений и отСовете Министров СССРнтр, М, Черкасский пер., д. 2/6