Применяемые в технике приборы для измерения мощности электрического тока - ваттметры - измеряют непосредственно ваттную мощность, а нолная, или кажущаяся, мощность обычно определяется расчетом по показаниям нескольких приборов (ваттметра и фазометра или вольтметра и амперметра).
Правильность определения кажущейся мощности по показаниям двух приборов в значительной мере зависит от субъективных способностей лица, производящего измерения, так как от него требуется умение прочесть показания примененных приборов в возможно короткое время, чтобы отсчеты но этим приборам относились по возможности к одному и тому же моменту времени. При колеблющейся нагрузке приведенный способ определения кажущейся 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 измерительиое устройство, в котором совместно с прибором типа ваттметра применеи второй измерительный прибор типа фазометра. Последний связан 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 логарифмической зависимости от измеряемых величин во взаи.мно нротивоположиых направлениях с тем, чтобы результирующее отклонение было пропорционально отношению измеряемых величин, т. е. показывало полную (или кажущуюся) мощность.
№ 62930- 2 На фиг. 1 изображена электрическая схема зстройства; на фиг. 2 - электромеханическая схема; на фиг. 3 и 4- диаграммы, ноясняющие ностроение деталей устройства.
Как известно, соотношение между кажущейся мощностью переменного тока и его ваттной мощностью выражается следующей формулой:
где Р - кажущаяся мощность в вольтамперах;
Р - ваттная мощность в ваттах;
Cos -f-коэффициент мощности.
Общеизвестные ваттметры измеряют ваттную мощность, т. е. величину PI, а фазометры - величину коэффициента мощности, т. е. cos таким образом, объединяя эти два прибора и связывая их показания можно ползчить прибор, показания которого будут являться функцией показаний составляющих приборов.
Известно, что подвижная система электродинамического ваттметра цоворачивается на згол, пропорциональный измеряемой ваттной мощности, т. е. угол ее поворота
С другой стороны, угол поворота подвижной системы электродинамического фазометра равен углу сдвига фаз тока и напряжения в данной цепи, т. е.
В описываемом приборе с первой подвижной системой связана указательная стрелка, а со второй системой - подвижная щкала прибора. При повороте обеих систем стрелка прибора и щкала перемещаются во встречных направлениях, благодаря чему пх взаимное перемещение складывается из составляющих перемещений, одно из которых пропорционально ваттной мощности PI, а другое - пропорционально углу о сдвига фаз тока и напряжения.
Таким образом, взаимное смещение указательной стрелки и шкалы равно:
где L - взаимное перемещение шкалы и стрелки;
Z,, - перемещение стрелки;
АЗ - перемещение щкалы.
Эти перемещения L-, и Lz , благодаря применению в приборе снециальных механических преобразователей движения пропорциональны соответственно следующим величинам:
Аи L,lg-.
Таким образом, взаимное смещение стрелки и щкалы получается пропорциональным
Pj + g-J- Ig-.
о COS f COS о
применение же соответствующей логарифмической щкалы дает возможность по взаимному расположению шкалы и указательной стрелки произвести отсчет величины: т. е. величины кажущейся мощности. В предлагаемом измерительном устройстве
cos cf
..
,+L,, (фиг. 1) основными
элеА1ентами являются: параллельная катушка /, последовательная катушка // и две катушки ///, включенные в цень параллельно.
Катушка // укреплена в приборе неподвижно, а катушка / может враш,аться вокруг неподвижной катушки //.
Совокупность катушек / и //, из которых первая включена параллельно, а вторая-последовательно, представляет собой электрическую часть обычных электродинамических ваттметров и при работе устройства внешняя катушка / будет поворачиваться на угол, пропорциональный ваттной мошности измеряемого тока.
Отличие от обычных электродинамических ваттметров заключается лишь в том, что в данном случае параллельная катушка прибора врашается не внутри последовательной, а снаружи.
Две катушки /// представляют собой обычную подвил ную систему электродинамических фазометров, а в совокупности с последовательной катушкой Я, внутри которой они могут враш,аться, составляют нолностью электрическую часть этих фазометров.
Катушки /// займут относительно катушки // положение, зависяш,ее от угла f-угла сдвига фаз тока и напряжения в контролируемой цени.
Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой как бы электродинамический фазометр, снабженный дополнительной вращающейся катушкой /, которая совместно с неподвижной катушкой фазометра образует электродинамический ваттметр.
Сопротивления К, X и (фиг. 1) обычны для упомянутых приборов, т. е. R -добавочное сопротивление шунтовой обмотки ваттметра, -омическое и X - индуктивное сопротивления являются добавочными сопротивлениями подвижных катушек фазометра, при помощи которых создается необходимый сдВИг фаз между токами этих катушек.
Катушки III (фиг. 2) наглухо укреплены на оси А и могут вращаться внутри катушки //. Последняя укреплена в приборе неподвижно на стойках 1, что создает свободное пространство между катушкой/ и дном прибора и дает возможность катушке / вращаться вокруг катушки //. Ввиду того, что катушка / имеет пределы угла поворота до 90°, имеются квадранты окружности, в пределы котор.ых стороны катушки / не заходят. В этих именно местах и можно установить стойки /.
В указанные стойки / упираются оси Б и Б преобразователей движения.
Катушка / укреплена на полуосях Г и Г, причем полуось Г своими концами упирается в дно прибора и в неподвижную катушку //, а полуось Г - в неподвижную катушку //ив стойку 2, также укрепленную в дне нрибора.
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 / по пружине а и отводится от иее по пружине д. К подвиж:ным катушкам /// энергия подается по пружинам б и 8 и отводится от них по пружине г.
Неподвижная сериесная катушка включается в цепь последовательно через зажимы прибора Л5 / и Л 4; к замкнутым накоротко зажимам № 2 VI № 3 извне присоединяется второй провод сети, а внутри прибора присоединяются концы подвижных катушек / и /// через соответствующие сопротивления. Противоположные концы подвижных катушек соединены вместе и присоединены к зажиму № 1.
№ 62930
JYo 62930
Передача движения подвижных катушек к указательной системе нроизводится, как указывалось выше, через два преобразователя движения; один из них - «ваттметровый - преобразует движение катушки / и нередает его указательной стрелке, а второй - «косинусный - преобразует движение катушек /// и передает его шкале прибора.
Оба преобразователя копструктивно 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 /, ваттметровая улитка 5, зубчатая рейка 6 и шестеренка 7, свободно сидяпцая па оси Г.
Косинусный преобразователь состоит из аналогичных частей: оси В, на которой жестко укреплено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчаткой 9, жестко связанной с подвижными катушками ///, косинусной злитки 10, зубчатой рейки // и зубчатого колеса 12, свободно сидящего на оси Т.
Зубчатые рейки 6 и // могут свободно перемещаться в пазах реечного упора 13, прикренле шого 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 / на некоторый угол, пропорциональный ваттной мощности в замеряемой цепи, вместе с катущкой 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 передаточиого отношения между ними (в описываемой схеме устройства это отношение i принято равным 8, т. е. при повороте катушки I на 90° колесо 3 повернется па 720). Поворот колеса 3 вызовет поворот улитки 5 на тот же угол:
й1 dl А.
Ваттметровая улитка 5 имеет прорезь, очерченную по кривой (фиг. 3), выражающейся формулой:
+ lg,
где: А - произвольная постоянная величина, определяемая конструктивными соображениями;
а - угол поворота улитки 5;
i -передаточное отношение между зубчатыми колесами 5 и 4.
В прорезь улитки входит отросток зубчатой рейки 6, которая при повороте улитки перемещается в пазах реечного упора / радиально в отношении улитки.
Таким образом, получается, что при повороте улитки 5 на угол рейка 6 перемещается прямолинейно па величину i-Ig Р при своем перемещении она поворачивает зубчатое колесо 7 и указательную стрелку на угол, также пропорциональный величине Ig Pj.
Аналогично устроен и действует косинусный преобразователь. Зубчатое колесо 9 передает поворот катушек ///, равный углу сдвига фаз, зубчатому колесу 8, которое поворачивается на угол 3, /, 9 на этот же угол поворачивается и улитка 10 с прорезью, очерченной по кривой (фиг. 4):
- i -igi-jT
где jBi - угол поворота улитки 10; ii - передаточное отнощение между зубчатыми колесами 8 к 9; AI - произвольная постоянная, аналогичная постоянной А. i
При повороте улитки на угол S| iif рейка П перемещается на величину:
и при этом поворачивает зубчатку 12, а вместе с ней и скрепленн ю с ией подвижную шкалу М прибора также на угол, пропорциональный
величине при этом вращение этой шкалы происходит в направлении, встречном направлению вращения указательной стрелки.
Чтобы шкала устройства, расположенная ниже реечного упора /5, могла вращаться, в ней сделаны вырезы для прохода концов реечного упора и стойки 2. Один из этих вырезов используется для вывода конца указательной стрелки /5 над шкалой М.
Диаметры зубчаток 7 я 12 подобраны так, чтобы максимально использовать наибольшую возможную длину шкалы прибора, которая в иредлагаемом устройстве Может быть помещена в секторе, соответствующем углу, несколько меньщему 180°.
Сама щкала имеет неравномерные деления (шкала логарифмическая) и градуирована на вольтамперы или киловольтамперы кажущейся мощности.
Следует отметить, что кривая прорези ваттметровой улитки, выражающаяся уравнением r :Л-Ыg-т:7 при значениях «i 0,1- имеет
при сильный загиб к центру, при котором профиль прорези бздет иметь недопустимый по теории машин и механизмов угол подъема (30°).
Так как показания устройства, соответствующие этим значениям, не представляют практического интереса (эти ноказания лежат в пределах ,1 Ручакс., где .акс. - наибольшее значение ваттной мощности, измеряемое данным прибором), то на участке кривой а-в (фиг. 3), соответствующем этим значениям а;, профиль кривой очерчен по окружности с плавным переходом у точки в в кривую, очерченную по выщеприведенному уравнению; поэтому и шкала прибора имеет деления, начиная от 0,1 Р.чакс (без градуировки участка ее
от О до 1,0 Р макс .
Аналогичное замечание можно сделать и в отношении кривой прорези косинусной улитки (фиг. 4), которая и i 81-82° также имеет слишком большой угол подъема, и поэтому практически ее можно ограничить этим пределом, что соответствует cos аз 0,156, меньше которого в практике промышленных электроизмерений коэффициент мощности вряд ли может встретиться.
Разумеется, устройство должно быть снабл ;ено нрочими необходимыми деталями, как-то: успокоителем, уравновешивающими грззиками, кожухом и др., подобно обычным измерительным приборам; в настоящем описании указывается лишь схематическое решение задачи.
Кроме того, при детальной констру тивной разработке прибора следует принять меры к возможному увеличению коэффициента добротности прибора, который в предлагаемом решении задачи будет весьма близок к коэффициенту добротности обычных регистрирующих приборов.
В целях повышения коэффициента добротности можно упростить коиструкцию прибора, использовав в качестве щкалы и указателя прибора непосредственно рейки 6 w. 11, т. е. упразднить зубчатые переда: к колесам 7 и 12; при этом получится устройство с плоской прямолинейной шкалой и с прямолинейным перемещение.м указателя.
NO 62930
S1
COS с
Предмет изобретения
Измерительное устройство, выполненное по тину ваттметра какойлибо из известных систем, отличающийся тем, что, с целью использования его для измерения нолной, или кажуп ейся, 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 логарифмической зависимости от измеряемых величин во взаимно противоположных направлениях с тем, чтобы результирующее отклонение было пропорционально отношению измеряемых величии.
М - fПриепники тока
0N3
13
N1 N2 N3 /V4
Построение нри5ои ёаттметродой улитни.
.
Построение нриЪои носинусной улитни.
.J иг.
