Устройство для измерения угла сдвига фаз при помощи двух механических выпрямителей, работающих с некоторым сдвигом фазы один относительно другого Советский патент 1936 года по МПК G01R25/06 

Существующие фазометры обладают малой чувствительностью по отношению к углу сдвига фаз, а также большим потреблением мощности. Между тем, в некоторых случаях встречается необходимость иметь чувствительный индикатор фазы тока или напряжения. В таких случаях можно применять уже известные устройства для измерения сдвига фаз при помощи синхронно работающих механических выпрямителей, имеющих некоторый сдвиг фазы один относительно другого.

Согласно изобретению, обмотки этих выпрямителей включены в цепь одного из двух источников тока, сдвиг фаз между которыми измеряется, а указывающий отношение токов прибор (логометр) питается от второго источника. С каждой из обмоток логометра включены последовательно или параллельно контакты соответствующего выпрямителя.

На чертеже фиг. I, 2, 3 и 6 изображают предлагаемое устройство в разных вариантах; фиг. 5-логометр; фиг. 4 и 7-кривые тока, поясняющие процесс выпрямления.

Устройство, показанное на фиг. 1, состоит из двух механических выпрямителей, питаемых от напряжения, служащего источником и для измеряемого напряжения или тока. Колебания якорей

выпрямителей сдвинуты по фазе на постоянный угол, лучше всего иа 90°, Последовательно с контактами /Tj, /Гг выпрямителей BI, BS включены рамки логомет ра Л. В зависимости от сдвига фазь Ко относительно Vt будут изменяться по величине выпрямленные токи в рамках логометра, причем когда при применении фазы напряжения V2 один ток возрастет, второй уменьшится и логометр изменит показание. В цепи ранок логометра включены добавочные сопротивления г, г, назначением которых также является уменьшение влияния колебаний переходного сопротивления контактов на показания логометра.

Если измеряется сдвиг фазы тока, то для того, чтобы не прерывать измеряемого тока и,тем самым, не искажать его формы, целесообразнее контакты выпрямителей включать не последовательно, а параллельно с рамками логометра. Тогда цепь тока не будет прерываться, а только в течение части периода рамки будут замыкаться накоротко.. Схема устройства в этом случае принимает вид, изображенный на фиг. 2. Измеряемый ток 7 проходит последовательно через обмотки логометра постоянного тока Л, причем эти обмотки попеременно, со сдвигом в 90°, замыкаются накоротко в контактах К, Л,..

Дли полу.ченйя такого сдвига в колебаниях выпрямителей последовательное их катушками включены соответственно подобранные индуктивность Z. и емкость С, шунтированная сопротивлением R, как показано на фиг. 1 и 2, Этот сдвиг может быть, конечно, осуществлен и при помощи какой-либо другой схемы, например, показанной на фиг. 3. Если разделить сопротивление в отноше оАНИИ -н-, то напряжения, приложенные

«2

к катушке выпрямителей будут сдвинуты на 90°. Сопротивление/ а целесообразно ввести в целях уравнения подвоiJ4:-| Л.,+

гIf С. J. jim

I выпр- -f-t rff sin ;- -jT

дймь1х к катушкам выпрямителей йапряжений.

ЕСЛИ положить для простоты, что контакты вь1прямителей в течение одной половины периода замкнуты, а в течение другой разомкнуты (фиг. 4), а также принять, что колебания сопротивления в цепи измеряемого тока; вызываемые замыканием накоротко рамок логометра, не отзываются практически на его величине, то можно подсчитать величину выпрямленных токов и вывести их зависимость от фазы измеряемого тока.

Полагая, что в начальный момент г}, будем иметь

J f

COS U)

--i. cos w} - COS (co& + TT).

Так как

COS (o -|- TC) - CbS 0)t,

i)+4

j г

ынр,

f J

+ T

COS ((o + -|-V - ,&.

Отно1 иение этих токов, проходящих по рамкам логометра.

2 выпр.

.

1 выпр. Знак минус в данном случае значения rfei имеет, так как всегда можно соответствующим образом изменить направление тока в одной из рамок логометра. В рассматриваемом случае измерения угла сдвига фаз «)& -f- ф, где ср - измеряемый угол сдвига фаз между наAf 2 с/2 cos а yw 1 - c/i cos

A..„p. COS CO

+4

m

sin wt dt

COS 4it

2F

- sin 0)9 пряжением источника и током в цепи логометра, а ф - постоянный угол, определяемый из условия о 0. Как известно, для логометра с равномерным полем и одинаковыми рамками, укрепленными на оси под углом 90 (фиг. 5), действительны соотношения: + У) sin

При равновесии

Ж1 MS

е.

.tg«.

Отсюда

1да 1д(р4-ф) и а + ФЕсли Применить такой логометр и .отрегулировать выпрямители так, чтобы (JJ О, шкала углов сдвига фаз будет рав)номерна. При соответствующей конструкции логометра (с возможностью неограниченного угла поворота) предел измерений будет соответствовать всем возможным углам сдвига от О до 360°.

В описываемом устройстве вибрационные выпрямители имеют, однако, то неудобство, что требуют применения искусственной схемы сдвига фаз на 90, вследствие чего следует ожидать большого влияния измененной частоты на лркйзания фазометра. Из этих сообра +4

2 А

Г

sin tt) dt

у J так как

точней так же

- j 2

г выпр. -|.- J sin«)rf« «(ч + |-costt)(ft-|--

4- .

:(cos«)&sin(oU).

Переходя к новому начальному моменту, оггределяемому из условия 6 ft-j-- , и принимая во внимание, что

; COS X - sin л sm ) - sin л 2 sin (-|х cos - - 1/2 sin ( -f-sinA; cos;c- -cos( 2f:os( ,-Jl -

жений целесообразнее применить вращающийся коммутатор, приводимый в движение электродвигателем типа Уоррена или каким-либо другим синхронным- двухполюсным двигателем. На этот коммутатор должны бь1ть наложены две пары щеток, смещенные друг относительно друга на 90, причем ка}йдая пара щеток должна замыкаться коммутатором на четверть периода, а на Следующую четверть периода размыкаться и т. д., как это показано на фиг. 6.

В этом слу4ае картина выпрямления будет иметь вид, изображенный на фиг, 7. Выпрямленные токи будут;

+ 1:

2/„

COSO) , -ф-1 cos шЬ - COS oj (&+-J--) I - (cos B} - sin ), cos Ш ( - sift u)&; Wos -|- V2cos (x -

,1/2/ /Г V/2 /„

А . 0 ( & - -g- j COS toft

2 выпр

Отношение выпрямленных токов и в этом случае будет пропорционально тангенсу угла сдвига фаз, только начало координат будет перенесено на 45° и величина выпрямленных токов будет в у 2 раза больше, чем в случае выпрямления одной полуволны.

Можно значительно повысить чувствительность устройства к углу сдвига фаз, применив вместо логометра с равномерным полем более чувствительный к отношению токов логометр. Считая вполне осуществимым логометр, дающий полное отклонение при изменении отнощения токов в 1,25 раза (т. е. от 0,9 до 1,1),

Так как Pi arctgO,9 42 А в„„„. У cos 42 и /, ,„„„.

откуда

А„. S0.334/

вылр.ш- выпр. - т.

Для надежной работы фазометра должно быть соблюдено условие, чтобы наименьший выпрямленный ток равнялся 0,5 тД.

откуда

ЧТО дает для действующего значения

Это и есть минимальная величина переменного тока, фазу которого можно измерять с помощью предлагаемого ;JfCтpoйcгвa.

Предмет изобретения.

Устройство для измерения угла сдвига

фаз при помощи двух механических выярямйтелей, работающих с некоторым

сдвигом фазы один относительно друSin(t)Vk

можно получить фазометр, полное отклонение стрелки которого будет происходить при изменении угла сдвига фаз на б (от (pi arctg 0,9 до cp2 arctg 1,11). Если разделить шкалу такого прибора на 72 деления, то каждое деление будет соответствовать 5 минутам.

Нетрудно изготовить логометр, рассчитанный на минимальный ток в рамках 0,5 шД. Определим для этого случая, каков будет минимальный переменный ток, требуемый для надежной работы фазометра. Возьмем одно из крайних положений стрелки, например, соответствующее меньшему углу сдвига фазср.

2 выпр. 0.3 4.

0.,5 ппЯ:

у 1.67

1,2 mft.

гого, отличаюшееся тем, что обмотки выпрямителей включены в цепь одного из двух источников тока, сдвиг фаз между которыми измеряют, а второй источник использован для питания указывающего отношение токов прибора, по типу логометра, последовательно или параллельно с каждой из обмоток которого включены контакты соответствующего выпрямителя.. 42°,