Векторомерный прибор

 

Класс 424 2 о

21е, 13 № )29841

СССР

OflHCAHHE ИЗОВ КтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписные группы 1у0М 1бб; 95

М, И. Белый

BEKTOPOMEPHbfA ПРИБОР

Заявлено 13 августа 1969 г. за Аз 636824/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» М 13 за 1960 г.

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 совершенно одинаковых устройств с прямолинейным перемещением подвижной си стемы, магнитопроводы которых установлены под прямым углом.

Принципиальная схема прибора с прямолинейным перемещением подвижной системы дана на фиг. 1.

Магнитная цепь 1 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 магнитопровода образуется воздушный зазор, постоянный по высоте. В боковых пазах магнитопровода размещены две обмотки возбуждения 2, В воздушном зазоре помещается бескаркасная подвижная катушка 3, 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 № 129841 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 нулю

Назовем среднее сечение сердечника нейтралью.

Магнитный поток, замыкающийся через воздушный зазор на каждом элементарном участке магнитопровода dx: дФ,, =2U,„,.gdx, где: U„„— магнитное напряжение в сечении Х магнитопровода;

g — удельная проводимость воздушного зазора на единицу длины.

Проводимость воздушного зазора, при прочих равных условиях, определяется высотой воздушного зазора 6. При постоянной высоте зазора удельная проводимость о будет величиной постоянной и, следовательно, при постоянном магнитном напряжении:

de„.

== — const.

dx

Магнитный поток в среднем стержне магнитопровода будет изм.няться по линейному закону:

Ф, --!(, л, где: Ф,. — величина магнитного потока в сечении Х;

К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Х вЂ” 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 .макс

Исходя из линейного закона изменения магнитного потока, можно написать выражение для магнитного потока в любом сечении магнитопровода:

Ф .макс а > где: Ф к — значение магнитного потока в сечении Х магнитопровода;

Хаак, — максимальное отклонение подвижной системы от нейтрали.

Измеряемое напряжение U> подводится к зажимам 4 — 4, с помощью безмоментных пружин напряжение подается к подвижной катушке с прибора. Будем считать, что безмоментные пружины не создают механического сопротивления перемещению катушки.

Ток 1,, протекающий через рамку прибора, будет сдвинут относительно напряжения У, на некоторый угол ф, определяемый реактивными сопротивлениями измерительного контура, т. е. соотношением между

r и х,. В общем случае вектор измеряемого напряжения U, сдвинут относительно вектора магнитного потока Ф,. в среднем сердечнике магнитной цепи на некоторый угол ф.

В результате взаимодействия активной составляющей Iîêà рамки

/„., =1, Cus(cp — ф) с магнитным потоком сердечника Ф, создается сила 1,, поддействием которой рамка переместится в ту или другую сторону от нейтрали.

byËåì считать измеряемую величину положительной, если под действием ее подвижная катушка перемещается вправо от пейтра ill, и отрицательной, если под действием ее подвижная система перемещается влево от нейтрали. Если подвижная катушка находится на нсичралп, т.. значение измеряемой величины равно нулю.

Прп перемещении катушки от нейтрали увеличивается ма нитный поток, пересекающий витки катушки, и, следовательно, пропорционально магнитному потоку будет увеличиваться индуктируемая в витках катушки э.д.с. Индуктируемая э.д.с. вызывает в цепи пзмсрителы он катушки ток !„, с гвпнутый относптсльпо э.д.с. на некоторый угол р, BEë ÷HHd которого определяется также соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи. При некотором положении подвижной си.темы наступает равновесие, характеризуемое уравновешиванием активных составляющих токов. 1,-„, ==-1,,„-, . 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 Х, к. торос может служить мерой измеряемого напряжения (, Поэтому можно градуировать шкалу прибора в единипах измеряемого напряжения.

Таким образом, прибор работает по принципу компенсации дву: напряжений, одно из которых U, — измеряемое, а второе F, создается в приборе при перемещении подвижной катушки вдоль среднего сердечника магнитопровода.

Электродвижущая сила, индуктируемая в подвижной катушке, изменяется при перемещении катушки вдоль сердечника прямо пропорционально изменению магнитного потока в сердечнике и будет иметь максимальное значение в крайних положениях подвижпои катушки, 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 катушке э.д.с.

Катушка перемещается по магнитопроводу под действием силы F,-.

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, действуюшей на подвижную катушку, и катушка будет перемешаться в противоположную сторону. Следовательно, прибор обладает чувствительностью к фазе измеряемого напряжения. Шкала прибора равномсрная, и ее можно градуировать в единицах напряжения. Если напряже ние является функцией какой-либо другой измеряемой величины Я, го зная аналитическую зависимость можно градуировать шкалу прибора в едини IBx измеряемой величины Q.

На фиг. 2 изображен предлагаемый векторомерный прибор.

Подвижные катушки обоих составляющих приборов соединены последовательно, и последовательно с ними включается измеряемое напряжение <, . Вектор напряжения С, в общем случае направлен под

Л) 129841 !!екоторым l Ãëoì ((. !(Оси Х. Ток, протекающий через 1!Зыер!!тс !! нук) цепь l,, оудет отставать оТ напряжения U, на некоторый угол q., определяемыи соотношением активных и реактивных сопротивлений подвпжнblх катушек, Вектор тока можно разложить па две ортогоFIàëbíûсоставляющие: !!о оси Х- — „,,, и по оси У- — 1,„,, Если магнитный поток в среднем сердечнике одной магнитной с!!стемы Ф, направить Ilo оси Х, то во второй магнитной системе магнит„ый поток Ф „должен быть сдвинут на 90 относительно магнитного потока, направленного по оси Х, т. е. должен быть направлен по оси Y.

Чтобы получить магнитные потоки, сдвинутые на 90 друг относительно друга. для питания обмоток возбуждения применяют фазосдвцгающий мост.

Если на подвижных катушках укрепить стрелки, а вдоль магцито-!!!Овода выпо»» Iòü шкалы с делениями, градуируемые в единицах измеряемой величины, то по положению соответствующих стрслок можно ви-! уальHo определить значения ортогональных составляющих вектора а гoчка пересечения стрелок покажет конец измеряемого вектора если начало координат совпадаст с точкой пер c(÷cíèÿ нейтральны.;- линий маг-!!птных систем.

С помощью такого прибора можно измерять векторную величину с любой фазой в пределах от 0 до 360 .

Значительно удобнее использовать данный прибор IIO для визуального наблюдения, а для записи и регистрации измеряемых векторов.

Предмет изобретения

Векторомсрный прибор, от л и ч а ю щII и с я тем, ITo оц вы!голнеп в виде дву (установленных взаимно-перпендикулярно магннтоцроводов, несущих на концах обмотки возбуждения, питаемые током через фазосдвигающий мост, и расположенные между этими обмотками подвижные по магнитопроводам катушки, питаемые измеряемым напряжением, :!р<и!Орциональным величине измеряемого вектора, и нссущис перпендикулярные одна к другой указательные стрелки, положение которых на взаимно-перпендикулярных шкалах определяет ортогoHB;II IIhfc проекциивектора. а точка пересечения — конец вектора.