Электромагнитный ваттметр

 

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)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1(Я) 6 01 R 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3525022/18-21 .(22) 20;12.82 (46) 23.03.84 Бюл. ht 11 (72) AЛ.Шпади, P.È.Aãðåñт и С.A.Ëèòâèí÷óê (71) Ульяновский политехнический институт (53) 621.317 ° 311,(088.8) (56) 1. Касаткин А.С. Электрические измерения. Росэнергоиздат. М.-Л., 1946, с. 214-215.

2. Основа электроизмерительной техники. Под ред. М.И.Левина. М., Энергия, 1972, с. 386-387. (54) (57) 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, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью- увеличения линейности шкалы, в него введена третья и четвертая измерительные катушки и второй магнито провод, внутренние полюсные наконечники выполнены Я -образными, измерительные катушки выполнены в виде

„„ЯО„„А гоковой обмотки и обмотки напряжения каждая и расположены попарно на соответствующих.магнитопровода:".:, при" этом обмотки напряжения катушек, расположенных на каждом из магнитопроводов, сое)чинены последовательновстречно, а соответствующие им токовые обмотки соединены последовательно. согласно, причем магнитное сопротивле ние внешних полюсных наконечников выбирают из соотношения

6 сйн а и, где К, R> и R> — магнитное сопротивление соответ% ственно магнитопро вода с внутренними Ж полисными наконечниками,. внешних полюсных наконеч- д ников и зазора меж 1ь ду внешними полюсными наконечника- ф ми.

2. Ваттметр по и . 1, о т л н ч аю шийся тем, что внешние полюсные наконечники выполнены с продольной прорезью в виде арифметической спирали.

1081549

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь" зовано для измерения мощности постоянного к переменного токов.

Известен двухэлементный ваттметр, в корпусе которого размещены два ферродинамических 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 трехмоментный электромагнитный, измерительный механизм, содержащий две из- 15 мерительных катушки, расположенных на магнитопроводе с внутренними и внешними полюсными наконечниками, между которыми размещен ферромагнитный элемент на поворотной Z0 оси, причем внешние полюсные наконечники выполнены с радиальным пазом (2).

В известном приборе угол поворота оси определяется равенством нулю 5 суммарного вращающего момента, который зависит от величин измеряемых токов 3, 3, изменений индуктивностей („, (и взаимоиндуктивностей

М, измерительных. катушек и других конструктивных параметров К и К, 35

Известный прибор обладает сущест-. венно нелинейной шкалой, что затрудняет его использование в качестве ваттметра. Это объясняется значи- 40 тельной 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 расI 50 положенные на магнитопроводе с внутренними и внешними полюсными наконечниками, между которыми размещен ферромагнитный элемент с указателем на поворотной оси, введены третья и четвертая измерительные катушки и второй магнитопровод, внутренние полюсные наконечники выполнены Q -образными, измерительные катушки выполнены в виде токовой обмотки и обмотки напряжения каждая и расположены по- 60 парно на соответствующих магнитопроводах, при этом обмотки напряжения катушек, расположенных на каждом из магнитопроводов, соединены последовательно-встречно, а соответствующие им токовые обмотки соединены последовательно-согласно, причем маг нитное сопротивление внешних полюсных наконечников внешних полюсных наконечников выбирают из соотношения где R+, k> и R — магнитное сопро3 тивление 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 устройство и схема его включения, общий вид; на фиг. 2 - разрез A-A 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 соответствующие обмотки напряжения (не показаны) подключены к измеряемой трехфазной сети через добавочные сопротивления 17 и 18 по схеме Арона.

Устройство работает смедующим образом.

После включения измерительных катушек 3 — 6 в контролируемую сеть со стороны каждого из дифференциальных электромагнитов, образованных

1081549 магнитопроводами 1 и 2 с размещенными на них катушками 3 — 6, на подвижный ферромагнитный элемент 10 действуют только.два противоположно направленных момента М и М уравtt нения (1), поскольку поворот ферромагнитного элемента 10 к одной из измерительных катушек, например 3, вызывает увеличение ее индуктивности и соответствующее уменьшение индуктивности-измерительной катушки 4 этого электромагнита. Причем намагничивающий ток каждой измерительной катушки равен суммарным ампер-вит- кам обмотки тока шЭ@ и обмотки напряжения ОJquAc 15 п()Ае (= и " 4 пОАе ( е 2 я

Благодаря этому в каждом электромагните реализуется суммарно-разностный режим квадратичного перемножения измеряемого тока Эд и напряжения /Ac при котором результирующий вращающий. ,моМент Мь, приложенный к поворотной оси ll, пропорционален мощности контролируемой сети

30 „ " 0„u„, „, 35 а, а(., 8 а а = à a=а

Аналогичным образом второй диффе45 ренциальный электромагнит (магнитопровод 2, катушки 5 и 6) создает второй вращающий момент, равный

«4к„ь m ).

uez вс в °

В результате суммарный вращающий момент М> пропорционален активной 55 мощности трехфазной сети

4к, им а(, I4l.=flh, ìu = — — (0 0 а„4с a+ вс в) =

4к.п т Д(, 0 (0„, 0,Э, иД, (6) 60 так,, как с А )Ь1)()4с " 4 >с);()Вс=Й8 Uñ). (Щ где и — количество витков обмотки напряжения;

m — количество витков токовой ,обмотки)

R — величина добавочного сопро- 4() тивления 17 или 18, Под воздействием вращающего момента Мя (указатель 13) вместе с подвижным ферромагнитным элементом

12 повернется на некрторый угол с( соответствующий равенству вращающе-. го и противодействующего момента М, который обусловлен закручиванием растяжек 14 с удельной жесткостью С, Мн =С Ы. Р)

Поэтому в состоянии равновесия при М +Мщ=0 угол поворота стрелки прямо пропорционален активной мощности Р всей трехфазной сети

4., . а ц а (А в в "с,)= Р (9)

Прямой подстановкой значения синусоидальных токов и напряжений

"="me u(-, 3 =1 (л (ut-3) с использованием тригонометрических

Формул приведения и усреднения вращающий момент каждой фазы в уравнении (9) .пропорционален углу сдвига фаз 8 между напряжением и током ,IA P0) т.е. на переменном токе предлагаемое устройство является фазочувствительным.

При этом линейность шкалы, т.е. постоянство величины 3(.Я (, обеспечивается тем, что общая площадь перекрытия подвижного ферромагнитного элемента 12 и полюсных наконечников

7 и 8 не зависит от угла поворотас(, l а изменение индуктивности L каждой измерительной катушки 3 — 6 обусловлено только изменением магнитного сопротивления, т.е. изменением длины участка полюсных наконечников

7 — - 10 мелку этой катушкой и подвижным элементом 12 или соответствующим изменением площади перекрытия этого полюсного наконечника с под- вижным 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 на магничивания, так что взаимное влияние электромагнитов отсутствует и процесс измерения активной мощности происходит в строгом соответствии с выражением (6), Таким образом, предлагаемый ваттметр значительно проще известных ферродинамических или индукционных двухэлементных приборов и в то же время обладает практически линейной шкалой с углом полного отклонения до 240.

1081549

А-А

ФиаГ

Составитель С.Шумилишская

Редактор Л.Гратилло Техред А.Ач Корректор И.лароши

Заказ 1543/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4