Известные векторомерные устройства, ввиду их конструктивной сложности, недостаточной точности и неудобства для использования в практических целях, имеют ограниченное применение. Однако измерения с помощью векторов, например, в цепях переменного тока: находят все более широкое применение.
Предлагаемый векторомерный прибор может измерять любые векторные величины, заданные в виде электрического сигнала переменного тока.
Прибор измеряет и записывает векторную величину в наиболее удобной для наблюдения и для чтения форме - в прямоугольной системе координат, поэтому на диаграмме можно читать не только мгновенные значения векторной величины, но также ее ортогональные составляющие. Прибор измеряет векторные величины с любой начальной фазой.
Предлагаемый векторомерный прибор состоит из двух соверщенно одинаковых устройств с прямолинейным перемещением подвижной системы, магнитопроводы которых установлены под прямым углом.
Принципиальная схема прибора с прямолинейным перемещением подвижной системы дана на фиг. 1.
Магнитная цепь / прибора выполняется разъемной и состоит из трех частей, набранных из листовой трансформаторной стали. Конфигурация отдельных частей магнитной цепи выполняется таким образом, что вдоль рабочей длины магнитонровода образуется воздушный зазор, постоянный по высоте. В боковых пазах магнитопровода размещены две обмотки возбуждения 2. В воздушном зазоре помещается бескаркасная подвижная катушка 5. Прибор имеет независимую систему возбуждения. Напряжение к обмоткам возбуждения подводится от сети переменного тока. Обмотки возбуждения соединяются между собой последовательно и таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими, были бы направлены навстречу друг другу. Если магнитная
JSfo 129841- 2 система симметрична и обе обмотки имеют одинаковое число витков, то создаваемые ими магнитные потоки будут равны по амплитуде, вследствие этого в среднем стержне магнитные потоки будут компенсировать друг друга и результирующий магнитный поток в среднем сечении среднего сердечника будет равен нулюНазовем среднее сечение сердечника нейтралью.
Магнитный поток, замыкающийся через воздущный зазор на каждом элементарном участке магнитопровода dx:
dФ,. 2U,,gdx,
где: и,,,,. - магнитное напряжение в сечении X магнитопровода;
g - удельная проводимость воздушного зазора на единицу длины. Проводимость воздушного зазора, при прочих равных условиях, определяется высотой воздушного зазора б. При постоянной высоте зазора удельная проводимость g будет величиной постоянной и, следовательно, при постоянном магнитном напряжении: dx
Магнитный поток в среднем стержне магнитопровода будет изменяться по линейному закону:
где: Ф J- - величина магнитного потока в сечении X; Кф - коэффициент пропорциональности; X - расстояние от данного сечения до нейтрали.
Точность показаний прибора и равномерность шкалы в большой степени зависят от точности линейного изменения магнитного потока вдоль длины сердечника. Ввиду этого при изготовлении магнитопровода должны быть с максимальной точностью выполнены воздушные зазоры, т. е. соблюдена достаточно точная параллельность внутренних граней элементов магнитной цепи. В этом случае можно считать, что магнитная индукция в воздушных зазорах будет постоянной вдоль длины сердечника.
Максимальное значение магнитного потока в сердечнике обозначим
Исходя ИЗ линейного закона изменения магнитного потока, можно написать выражение для магнитного потока в любом сечении магнитопровода:
ф Ф. .дгде: Ф -значение магнитного потока в сечении X магнитопровода; „акг - максимальное отклонение подвижной системы от нейтрали.
Измеряемое напряжение Ui подводится к зажимам 4-4, с помощью безмоментных пружин напряжение подается к подвижной катушке . прибора. Будем считать, что безмоментные пружины не создают механического сопротивления перемещению катушки.
Ток /г, протекающий через рамку прибора, будет сдвинут относительно напряжения U на некоторый угол ф. определяемый реактивными сопротивлениями измерительного контура, т. е. соотношением между Г; и х. Е общем случае вектор измеряемого-напряжения U; сдвинут относительно вектора магнитного потока Ф ,. всреднем сердечнике магнитной цепи на некоторый угол ij).
- const.
Ф.--Кф,
У
макс
В результате взаимодействия активной составляющей гока рамки ,Ф 11 Со5(ф-ф). с магнитным потоком сердечника Ф ,- создается сила / ,, поддействием которой рамка переместится в ту или другую сторону от нейтрали.
Будем считать измеряемую величину положительной, если иод действием ее подвижная катушка перемепдается вправо от нейтрали, и отрицательной, если под действием ее подвижная система перемещается влево от нейтрали. Если подвижная катушка находится на нейтрали, r-.i значение измеряемой величины равно пулю.
При перемещении катушки от нейтрали увеличивается магнитный поток, пересекаюн ий витки катушки, и, следовательно, нропорционально магнитному потоку будет увеличиваться индуктируемая в витках катушки э.д.с. Индуктируемая э.д.с. вызывает в цепи пзмс|1ительио1 катушки ток I .. сдвинутый относптсльно э.д.с. на некоторый угол гр, величина которого определяется также соотношением активных и реактивных сопротивлений пепи. При некотором положении подвижной системы наступает равновесие, характеризуемое уравновешиванием активных составляющих токов. / ,-„, / д.,у . В этом положении катушки сила, действующая на нее, будет равна нулю и катушка будет находиться в положении устойчивого равновесия. Этому положению равновесия соответствует некоторое перемещение подвижной катушки от нейтрали X, кспорое может служить мерой измеряемого напряжения (; Поэто.му можно градуировать шкалу прибора в единицах измеряемого напряженияТаким образом, прибор работает по принципу компенсации двух напряжений, одно из которых U - измеряемое, а второе Е . создается в приборе при перемещении подвижной катушки вдоль среднего сердечника магнитопровода.
Электродвижущая сила, индуктируемая в подвижной катушке, изменяется при перемепдепии катушки вдоль сердечника прямо пропорционально изменению магнитного потока в сердечнике и будет имет1 максимальное значение в крайних положениях подвижной катушк:, когда магнитный поток будет иметь максимальное значение.
При изменении направления перемещения подвижной катушки фаза пересекающего ее магнитного потока изменится на 180° и, следовательно, на 180° изменится начальная фаза индуктируемой в катущке э.д.с. Катушка перемещается по магнитопроводу под действием силы Fj. Так как магнитная индукция по длине зазора имеет постоянное значение, то сила, действующая на катушку, изменяется пропорционально активной составляющей тока сигнала, а следовательно, пропорционально напряжению сигнала. Если начальную фазу напряжения сигнала изменить на 180°- то соответственно изменится направление силы, действующей на подвижную катушку, и катушка будет перемещаться is цротивоположную сторону. Следовательно, прибор обладает чувствительностью к фазе измеряемого напрялсения. Шкала прибора равномерная, и ее можно градуировать в единицах напряжения. Если напряжение является функцией какой-либо другой измеряемой величины Q, го зная аналитическую зависимость
можно градуировать шкалу прибора в единицах измеряемой величины Q.
На фиг. 2 изображен предлагаемый векторомерный прибор.
Подвижные катушки обоих составляющих приборов соединены последовательно, и последовательно с ними включается измеряемое напряжение f,- . Вектор напряжения 6-,- в общем случае направлен под
- 3 -Л9 129841
и, -/(Q),
№ 129841
мекоторым утлом х|: к оси Л . Ток, протекающий через измерительную цепь / , , будет отставать от напряжения U, на некоторый угол ф, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений подвижных катушек. Вектор тока можно разложить на дв.е ортогональньг : составляюшие: по оси X-I j. и по оси У- i,py
Если магнитный поток в среднем сердечнике одной магнитной системы Ф , направить но осп X, то во второй магнитной системе магнит1 ый ноток Ф должен быть сдвинут на 90 относительно магнитного потока, направленного по оси X, т. е. должен быть направлен но оси Y.
Чтобы получить магнитные потоки, сдвинутые на 90° друг относительно друга, для питания обмоток возбуждения применяют фазосдви1ающий мост.
Если па подвижных катушках укрепить стрелки, а вдоль магнито;||)()вода выполнить шкалы с делениями, градуируемые в единицах изме|)яемой величины, то по положению соответствующих стрелок можно ви5уально определить значения ортогональных составляюп1,их вектора, а гочка пересечения стрелок покажет конец измеряемого вектора, если начало координат совпадает с точкой пересечения нейтральных линий магнитных систем.
С помощью такого нрпбора можпо измерять векторную величину с любой фазой в пределах от О до 360°.
Значительно удобнее использовать дапный прибор не для визуального наблюдения, а для записи и регистрапии измеряемых векторов.
Предмет изобретения
Векторомерный прибор, о т „i и ч а ю щи и с я тем, что он выполнен в двух установленных взаимно-перпендикулярно магнитонроводов, несущпх на концах обмотки возбуждения, питаемые током через фазосдвигающий мост, п расположепные между этими обмотками подвижные по магнитонроводам катушки, питаемые измеряемым напряжением, iiponopnHOHa.TbHbiM величине измеряемого вектора, и несуи ие перпендикулярные одна к другой указательные стрелки, положеппе которых на взаимно-перпендикулярных щкалах определяет ортогональные проекции, вектора, а точка пересечения конец вектора.
