Электромагнитный ваттметр Советский патент 1984 года по МПК G01R5/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения мощности посто янного к переменного токов. Известен двухэлементный ваттметр в корпусе которого размещены два фер родинамических механизма с общей осью 1 , . Однако данный ваттметр отличается большой конструктивной сложностью ввиду наличия двух механизмов, а также узким рабочим диапазоном. Наиболее близким к изобретению техническим решением,- является трех моментный электромагнитный измерительный меха/1изм, содержащий две из мерительных катушки, расположенных на магнитопроводе с внутрен ними и внешними полюсными наконечниками, между которыми размещен ферромагнитный.элемент на поворотной оси, причем внешние полюсные наконечники выполнены с радиальным пазом 2 . В известном прибореугол поворота оси определяется равенством нулю суммарного вращающего момента, кото рый зависит от величин измеряемых токов С1( , Зг , изменений индуктивнос тей L,, L2 и взаимоиндуктивностей М, измерительных.катушек и других конструктивных параметров К и Kg, v3:-|b.,,,|L2,,,,,.,,,,,3| 3«. -МгЛа М 0. Известный прибор обладает существенно нелинейной шкалой, что затруд няет его использование в качестве ваттметра. Это объясняется значительной величиной первых двух квадратичных членов в выражении (1). Кро ме того, известный механизм обладает недостаточным углом отношения. Цель изобретения - увеличение линейности шкалы. Эта цель достигается тем, что в электромагнитный ваттметр, содержащий две измерительные катушки, расположенные на магнитопроводе с внутренними и внешними полюсными наконеч никами, между которыми размещен ферромагнитный элемент с указателем на поворотной оси, введены третья и чет вертая измерительные катушки и второй магнитопровод, внутренние полюсные наконечники выполнены SZ -образными, измерительные катушки выполнены в виде токовой обмотки и обмотки напряжения каждая и расположены попарно на соответствующих магнитопроводах, при этом обмотки напряжения катушек, расположенных на каждом из магнитопроводов, соединены послеровательно-встречно, а соответствующие им токовые обмотки соединены последовательно-согласно, причем маг нитное сопротивление внешних полюсных наконечников внешних полюсных наконечников выбирают из соотношениягде R, Кц и RJ - магнитное сопротивление соответственно магнитопровода с внутренними полюсными наконечниками, внешних полюсных наконечников и зазора между внешними полюсными наконечниками. Кроме того, внешние полюсные наконечники выполнены с продольной прорезью в виде арифметической спирали. На фиг. 1 показано устройствои схема его включения, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Предлагаемый ваттметр содержит верхний и нижний магнитопроводы 1 и 2, на концах каждого из которых расположены соответственно измерительные катушки 3 и 4, 5 и 6. Магнитопроводы 1,и 2 снабжены соответственно внешними полюсными наконечниками 7 и 8 и внутренними 9 и 10, в зазоре между которыми размещены на оси 11 ферромагнитный элемент 12 и указатель 13, связанные с корпусом прибора растяжками 14 и амортизационными, пружинами 15. Для уменьшения взаимоиндуктивности .измерительных катушек и связанной с ней погрешности в полюсных наконечниках 7 и 8 может быть выполнена спиральная прорезь 16, которая резко уменьшает величину магнитного потока, проходящего через полюсные наконечники 7 и 8 и измерительные катушки 3 - 6, и в то же время увеличивает магнитный поток, проходящий через подвижный ферромагнитный элемент 12. Благодаря этому взаимоиндуктивность катушек и ее производная стремятся к нулю, а изменения собственных индуктивностей этих катушек становятся максимальными. Катушки 3-6 выполнены секционированными, а соответствукщие обмотки напряжения (не показаны) подключены к измеряемой трехфазной сети через добавочные сопротивления 17 и 18 по схеме Арона. Устройство работает следующим образом. После включения измерительных катушек 3 - б в контролируемую сеть со стороны каждого из дифференциальных электромагнитов, образованных магнитопроводами 1 и 2 с размещенными на них катушка и 3 - 6, на под вижный ферромагнитный элемент 10 действуют только два противоположно направленных момента Мд и М ура нения (1), поскольку поворот ферромагнитного элемента 10 к одной из измерительных катушек, например 3, вызывает увеличение ее индуктивност и соответствующее уменьшение индуктивности измерительной катушки 4 этого электромагнита. Причем намагничивающий ток каждой измерительной катушки равен суммарным ампер-виткам обмотки тока m3ft и обмотки напряжения м -R ит J( „ nUfcc Благодаря этому в каждом электромаг ните реализуется суммарно-разностны режим квсщратичного перемножения из меряемого тока Зд и напряжения при котором результирунвдий вращающи .момент Mg, приложенный к поворотной оси 11, пропорционален мощности кон ролируемой сети г 4к.п.т Я. W 81 .. « где п - количество витков обмотки напряжения; га - количество витков токовой ; обмотки; ,. R - величина добавочного сопротивления 17 или 18, Эй 312 31. аЭос Эл Зл Аналогичным образом второй диффе ренциальный электромагнит (магнитопровод 2, катушки 5 и 6) создает второй вращающий мсмент, равный IkiM-w ЗЬ . (5) в результате суммарный вращанвдий момент Mg пропорционален активной мощности трехфазной сети М,,.«.„„«,,.|(и.Д,„,,,.). lil VUe:ie Moi, -(6) так., как -OA 3e1-,UAc(UA-Uc)-,Uec(Ue-ycV (; Под воздействием вращающего момента Мд (указатель 13) вместе с подвижным ферромагнитным элементом 12 повернется на некрторый угол oi , соответствующий равенству вращающе.го и противодействующего момента М((, который обусловлен закручиванием растяжек 14 с удельной жесткостью С, М„ C-oi. Поэтому в состоянии равновесия при угол поворота стрелки прямо пропорционален активной мощности Р всей трехфазной сети .,,)--.P. (9) Прямой подстановкой значения синусоидальных токов и напряжений (,(ul-8) с использованием тригонометрических формул приведения и усреднения вращающий момент каждой фазы в уравнении (9) .пропорционален углу сдвига фаз о мелдцу напряжением и током i ,. 1v..) , т.е. на переменном токе предлагаемое устройство является фазочувствительным. При этом линейность шкалы, т.е. постоянство величины ЗЬ/Эсб обеспечивается тем, что общая площадь перекрытия подвижного ферромагнитного элемента 12 и полюсных наконечников 7 и 8 не зависит от угла поворота ci, а изменение индуктивности L каждой измерительной катушки 3 - б обусловлено только изменением магнитнога сопротивления, т.е. изменением длины участка полюсных наконечников 7 - 10 между этой катушкой и подвижным элементом 12 или соответствующим изменением площади перекрытия этого полюсного наконечника с подвижным элементом 12 при наличии спиральной прорези 16, а также выполнением соотношения (2). ; Поскольку магнитный поток через ферромагнитный элемент 12 невелик, он находится в режиме линейного намагничивания, так .что взаимное влияние электромагнитов отсутствует-и процесс измерения активной мощности происходит в строгом соответствии с выражением (6). Таким образом, предлагаемый ват тметр значительно проще известных феррбдинамических или индукционных двухэлементных приборов и в то же время обладает практически линейной шкалой с углом полного отклонения до 240°.

K-A

I xx/xxxx/

A

VXX I /VVXX

. Фиг1

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВАТТМКТР, содержащий две измерительных катушки, расположенные на магнитопро воде с внутренними и внешними полюсными наконечниками,между которыми размещен ферромагнитный элемент с . указателем на поворотной оси, отличающийся тем, что, с целью увеличения линейности шкалы, в него введена третья и четвертая измерительные катушки и второй магнитопровод, внутренние полюсные наконечники выполнены 9Z -образными, измерительные катушки выполнены в виде токовой обмотки и обмотки напряжения каждая и расположены попарно на :;оответствующих магнитопровода, при этом обмотки напряжения катушек, расположенных на каждом из магнитопроводов, сое55инены последовательно-встречно, а соответс,твующие им токовые обмотки соединены последовательносогласно, причем магнитное сопротивле :Ние внешних полюсных наконечников выбирают из соотношения : ,, где Кд,, RJJ и Rj - магнитное сопротивление соответе - . ственно магнитопро-р вода с внутренними S полюсными на;конеч(Л никами, внешних г полюсных наконечНИКОВ и зазора меж ду внешними полюсными наконечниками . 2. Ваттметр по п. 1, о т л и ч а,ю щ и и с я тем,что внешние полюсные наконечники выполнены с продоль00 ной прорезью в виде арифметической спирали. DI 4;: X)