ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТАМПЕР ИЛИ ВОЛЬТАМПЕРЧАСОВ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Советский патент 1928 года по МПК G01R21/06 

Предлагаемый прибор в основном представляет собою обыкновенный счетчик или ваттметр, в котором, однако, одна из систем - вольтовая, либо амперная - создает магнитный поток, всегда совпадающий по фазе, или разнящийся по фазе на постоянную заданную величину от тока другой системы. Такой результат достигается использованием первой системы для создания вращающегося магнитного поля, которое, будучи помещено в магнитный поток второй системы, само создает требуемый синусоидальный магнитный поток в некотором определенном пространственном направлении, при условии, что вращающееся поле может свободно устанавливаться пространственно в магнитном потоке второй системы. В предлагаемом приборе вращающееся магнитное поле создается системой вольтовых катушек, свободно совершающей колебания вокруг оси вращения магнитного поля. Эта система ориентируется в магнитном потоке амперных катушек, как подвижная система фазометра. Магнитное действие подобной системы в определенном пространственном направлении, проходящем через ось вращающегося магнитного поля, аналогично действию синусоидального потока с частотой, равной частоте вращения магнитного поля, по величине пропорционального силе магнитного поля и по фазе разнящегося от амперного магнитного потока на величину угла между потоком и взятым направлением. Для получения вращающегося магнитного поля можно также использовать амперную систему, ориентирующуюся в вольтовом потоке.

На фиг. 1, 2 и 3 изображен прибор, предназначенный для измерения вольтамперчасов и на фиг. 4 - соответствующая схема. На фиг. 5, 6, 7 и 8 (разрез по NN фиг. 5 и 6) изображен прибор для измерения вольтампер и на фиг. 9 - соответствующая схема. На фиг. 10, 11 и 12 (разрез по NN фиг. 10 и 11) изображено видоизменение вышеозначенного прибора для измерения вольтампер, на фиг. 13 - соответствующая схема и на фиг. 14 - диаграмма.

Прибор для измерения вольтамперчасов трехфазного тока (фиг. 1-4) представляет нормальный однофазный счетчик ваттной мощности индукционного типа с Ш-образным магнитопроводом и вращающимся диском (постоянный магнит и мелкие регулировочные приспособления в целях упрощения чертежа в схеме опущены). В отличие от обыкновенного счетчика, сериесный магнитный поток в сердечнике F₁ замыкается не целиком через вращающийся диск, а шунтируется через железный цилиндр ƒ; последний несет на себе трехфазную обмотку, создающую вокруг него вращающееся магнитное поле, делающее один полный оборот вокруг цилиндра в продолжении одного периода питающего тока. Цилиндр через посредство оси лежит в подшипниках подобно ротору мотора. На этой оси цилиндр может повернуться на любой угол и установиться в любом пространственном положении. К обмотке цилиндра е, е … е .. ток подводится посредством гибких тонких проводов (фиг. 4). В шунтовом ответвлении магнитного потока F₁ цилиндр устанавливается таким образом, что в направлении F₂, перпендикулярном шунтовому ответвлению F₁, вращающимся магнитным полем создается синусоидальный магнитный поток, всегда отличающийся по фазе от сериесного потока F₁ на 90° (принцип фазометра). Таким образом, диск пересекается в двух местах амперным магнитным потоком F₁ и в одном (по средине между местами пересечения потоком F₁) потоком F₂, замыкающимся через корпус прибора и сдвинутым по фазе относительно потока F₁ на 90°. Этот сдвиг постоянен и не зависит от разности фаз между током в амперных обмотках I и напряжением тока, питающего обмотки цилиндра ƒ. Момент, вращающий диск в таком случае равен

M=кF₁·F₂·sin 90°

(где к - коэффициент пропорциональности), т.-е. всегда максимален при данных F₁ и F₂. Включая амперную обмотку прибора в одну из фаз трехфазного тока последовательно и обмотки цилиндра ƒ в ту же сеть во все три фазы параллельно (фиг. 4), получают поток F₁ пропорциональным силе тока I и поток F₂ пропорциональным по абсолютной величине напряжению сети Е. Тогда вращающий момент М=к₁·Е·I·sin-90°, т.-е. независим от сдвига фаз в сети. При соответствующем подборе постоянной прибора его механизм будет отсчитывать вольт-ампер-часы. Прибор, изображенный на фиг. 1-4, годен для работы в сети трехфазного тока с равномерной нагрузкой фаз. На том же принципе могут быть выполнены приборы: 1) для трехфазного тока с неравномерной нагрузкой фаз, 2) однофазного тока и вообще для многофазных токов.

На фиг. 9-12 приведена форма выполнения предлагаемого прибора для измерения вольтампер однофазного тока с железным магнитопроводом. Он состоит из двух пересекающихся одной из замыкающих сторон железных сердечников F₁ и F₂. В месте пересечения сердечники имеют вырезы таким образом, что они охватывают с четырех сторон неподвижно укрепленный на оси железный цилиндр ƒ₁, В промежутке между цилиндром ƒ₁ и магнитопроводами F₁ и F₂ может поворачиваться свободно надетая на ось цилиндра двухфазная система из двух рамок e_r и e_L. Кроме этого, на магнитопровод F₁ надета амперная катушка. Обе рамки e_r и e_L, питаются искусственно полученным двухфазным током при помощи индукционного сопротивления L и омического r и образуют вокруг цилиндра ƒ₁ вращающееся магнитное поле. Имея возможность устанавливаться в амперном потоке катушки I рамки (вращающееся магнитное поле), образуют в перпендикулярном магнитопроводу F₁ магнитопроводе F₂ синусоидальный магнитный поток, всегда по фазе сдвинутый на 90° относительно тока в амперной катушке. Магнитопровод F₂ имеет цилиндрический вырез, заполненный изнутри железным цилиндром ƒ₂, укрепленным с двух сторон особыми медными пластинками на железе магнитопровода F₂. В промежутке между цилиндром ƒ₂ и магнитопроводом F₂ на особой оси, свободно лежащей в подшипниках, укреплена токоведущая рамочка i, устанавливаемая двумя спиральными пружинами, которые в то же время служат и проводниками для подведения тока. Если, как показано на схеме фиг. 9, включить катушку в однофазную сеть последовательно, катушки e_L и e_r параллельно через соответствующие добавочные сопротивления и рамочку i, параллельно включенному последовательно в сеть шунтирующему сопротивлению, например катушке I, то магнитный поток F_2,, пропорциональный по абсолютной величине напряжению в сети и сдвинутый по фазе относительно тока сети на постоянный угол 90°, будет, взаимодействуя с током в рамочке i, отклонять ее в ту или другую сторону на угол α=к·F₂·i·n·cos (90°±ψ), где к- коэффициент пропорциональности, i - сила тока в рамочке того же обозначения, n - число витков в ней и ψ - угол сдвига в шунтовом ответвлении рамочки i относительно фазы тока в сети, т.-е.

α=к·E₁·I₁·cos (90°±ψ).

Угол ψ для данного прибора постоянен. Подбором шунта или добавочных сопротивлений к рамочке i его можно довести до наивыгоднейшей величины в 90°; тогда угол отклонения рамочки, а следовательно, и прикрепленной к ней стрелки, будет равен к₁·E₁·I₁; однако, такой подбор угла ψ отнюдь не обязателен, так как достаточно, чтобы .

Прибор может быть также выполнен например, следующим образом: 1) возбудитель вращающегося магнитного поля может быть выполнен как ротор мотора (с вращающимся магнитным сердечником, как на фиг. 1-3), 2) он может быть не двух-, а многофазным, 3) сдвиг фаз в его обмотках может быть осуществлен при помощи более сложных и точных схем, 4) сомнительное удобство применения шунтовых ответвлений при переменном токе (рамка i) может быть избегнуто введением специального трансформатора тока, роль которого может играть неподвижная тонкая обмотка, помещенная на сердечник F₁; напряжение, индуктированное в ней потоком F₁, пропорционально силе тока в сети и сдвинуто по фазе на постоянный угол (приблизительно 180°).

Видоизменение прибора для измерения вольтампер состоит в том (фиг. 10-14), что вместо подвижной системы ƒ₂ на сердечник F₂ наложена обмотка. Таким образом, индуктированный в обмотке ток может быть использован и вне прибора.

1. Прибор для измерения вольтампер или вольтамперчасов в сети переменного тока, характеризующийся тем, что шунтовая обмотка, выполненная двух или многофазной для получения вращающегося потока, наложена на поворотный железный цилиндр, расположенный в ответвлении потока, создаваемого рабочим током, поток какового цилиндра, в направлении перпендикулярном ориентирующему его ответвленному потоку, воздействует на подвижную ваттметровую систему или систему счетчика совместно с потоком, создаваемым рабочим током.

2. Форма выполнения охарактеризованного в п. 1 прибора, предназначенная для измерения вольтамперчасов, отличающаяся тем, что поворотный железный цилиндр ƒ с наложенной на него обмоткой расположен в пространстве, которое образовано частями разрезанного среднего сердечника Ш-образной магнитной системы счетчика и ответвлениями двух крайних сердечников той же системы (фиг. 1-4) расположенными перпендикулярно к среднему сердечнику.

3. Форма выполнения охарактеризованного в п. 1 прибора для измерения вольтампер, отличающаяся тем, что свободно вращающийся железный цилиндр ƒ₁ с наложенной на него обмоткой для получения вращающегося потока помещен в общем цилиндрическом вырезе двух скрещивающихся, перпендикулярно друг другу расположенных железных сердечников F₁, F₂, из каковых сердечников сердечник F₁ снабжен последовательной обмоткой, другой же сердечник F₂ снабжен еще одним вырезом, в котором расположена подвижная ваттметровая система ƒ₂ (фиг. 5-9).

4. Видоизменение прибора охарактеризованного в п. 3, отличающееся тем, что вместо подвижной системы ƒ₂ на сердечник F₂ наложена обмотка, с той целью, чтобы индуктированный в ней ток был использован вне прибора (фиг. 10-14).