ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, ТОКА И МОЩНОСТИ
ELECTRODYNAMIC VOLTAGE, CURRENT AND POWER COMPARATOR

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях напряжения, тока и мощности в трехфазных цепях в широком диапазоне измеряемых величин и частот.
Известны электродинамические компараторы напряжения, тока и мощности вида ЭД/МЭ, состоящие из двух преобразователей разного вида - электродинамического (ЭД) и магнитоэлектрического (МЭ), подвижные части которых укреплены на общей оси [Рождественская Т.Б. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. - М.: Издательство стандартов, 1964, с.30-45, с.50-81]. При этом ток в магнитоэлектрическом преобразователе регулируется вручную или автоматически до равенства моментов указанных преобразователей.
Недостатком электродинамических преобразователей ЭД/МЭ является низкая точность измерения напряжения, тока и мощности и низкий частотный диапазон измеряемых величин.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности (Патент РФ №2302010, МПК G01R 17/00, опубл. в БИ №18, 27.06.2007), содержащий подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные электроды двух электродинамических преобразователей, в которых две неподвижные и одна подвижная катушки выполнены плоскими проводниками, флажки фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной системы в электрический сигнал, элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы.
Недостатком прототипа является влияние противодействующего момента растяжек на чувствительность компаратора, что приводит к снижению точности измерения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является компенсация противодействующего момента растяжек и повышение чувствительности и точности предложенного компаратора.
Для реализации поставленной задачи в предложенном электродинамическом компараторе напряжения, тока и мощности подвижная система выполнена в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки двух электродинамических преобразователей, в которых две неподвижные и одна подвижная катушки выполнены плоскими проводниками, при этом подвижная катушка помещена между неподвижными катушками, а один из витков неподвижной катушки выполнен подвижным с возможностью обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, при этом места изменения направления проводников неподвижных катушек электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от горизонтальных проводников, при нулевом положении подвижной системы компаратора плоские проводники подвижной катушки наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижной катушки, и флажки фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной системы в электрический сигнал, который через балансный усилитель постоянного тока подсоединен к нулевому индикатору, при этом ширина проводников и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равна ширине полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал, элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы, растяжки расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, а другая через кольцо прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, один из электродинамических преобразователей снабжен компенсатором противодействующего момента растяжек, который состоит из одного плоского подвижного и одного плоского неподвижного витка, при этом плоский подвижный виток через переменный резистор и усилитель постоянного тока присоединен к нулевому индикатору, а плоский неподвижный виток соединен последовательно с витками неподвижной катушки.
На фиг.1 изображен схематически электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности, на фиг.2 изображен схематически электродинамический преобразователь напряжения, тока и мощности, на фиг.3 изображен схематически компенсатор противодействующего момента растяжек.
Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности (фиг.1) содержит подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки 1 по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки 2 и 3 двух электродинамических преобразователей 4 и 5. Неподвижные катушки 6 и 7 электродинамических преобразователей 4 и 5 жестко соединены с основанием компаратора.
Элементы крепления поперечной горизонтальной балки 1 выполнены в виде пар растяжек 8, 9 и 10, 11, попарно расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и под углом одна к другой. Внешние концы указанных растяжек прикреплены соответственно к амортизационным пружинам 12, 13 и 14, 15. Внутренние концы растяжек 8, 9 прикреплены к оси 16 поперечной горизонтальной балки, а растяжек 10, 11 - к кольцам 17.
На концах поперечной горизонтальной балки 1 укреплены также флажки 18, 19 фотоэлектрических преобразователей угла поворота подвижной системы компаратора в электрический сигнал, которые содержат осветительную лампу с конденсором 20, 21 и мосты 22, 23, в которые входят резисторы, фоторезисторы и источники постоянного напряжения. Сигнал с мостов 22, 23 суммируется, усиливается при помощи балансного усилителя постоянного тока 24 и подается на нулевой индикатор 25 (фиг.3).
Каждый из двух идентичных электродинамических преобразователей 4 и 5 (на фиг.2 изображен электродинамический преобразователь 4) содержит подвижную катушку 2 и неподвижную катушку 6, которая состоит из двух катушек, симметрично расположенных с двух сторон подвижной катушки 2.
Катушки 2 и 6 выполнены плоскими проводниками. Места изменения направления плоских проводников неподвижных катушек 6 электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от горизонтальных проводников. При нулевом положении подвижной системы электродинамического компаратора плоские проводники подвижной катушки 2 наполовину перекрывают аналогичные плоские проводники неподвижной катушки 6. При этом ширина плоских проводников катушек 2 и 6 и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равны ширине полос и расстоянию между указанными проводниками в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал.
Для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей 4 и 5 плоский виток 26 неподвижной катушки 6 выполнен подвижным с возможностью изменения расстояния между витком 26 неподвижной катушки 6 и подвижной катушкой 2.
cp
0
Поскольку оба электродинамических преобразователя 4 и 5 идентичны, то выражение вращающего (D) и противодействующего (D) моментов имеют одинаковый вид:
ср
f
f
2
2
D=kp x,
0
0
0
0
2
2
D=kp x ,
f
0
где: k и k - коэффициенты преобразования электродинамического преобразователя на переменном и постоянном токе соответственно;
f
0
p и р - коэффициенты преобразования приемного преобразователя на переменном и постоянном токе соответственно, зависящие от значений добавочного резистора или шунта, если таковые имеются.
0
х и х - измеряемая величина соответственно на переменном и постоянном токе.
Если коэффициент преобразования не зависит от частоты, то есть
f
f
0
0
kp=kp,
cp
0
то при равенстве моментов D=D получаем результат в виде
0
х=х.
Это возможно при использовании коаксиальных добавочных резисторов и шунтов.
Подвижную катушку подключают к другим элементам электродинамического преобразователя через безмоментные токоподводы.
Компенсатор противодействующего момента растяжек (фиг.3) содержит дополнительно один неподвижный плоский виток 27, который соединен последовательно с плоскими витками неподвижной катушки 6 электродинамического преобразователя 4, один подвижный плоский виток 28, укрепленный на поперечной горизонтальной балке 1 и соединенный через переменный резистор 29 и усилитель постоянного тока 30 с нулевым индикатором 25.
При компарировании напряжения последовательно соединены подвижная и неподвижная катушки электродинамических преобразователей и добавочный резистор. При компарировании тока последовательно соединены подвижная и неподвижная катушки электродинамических преобразователей. При увеличении тока параллельно указанным катушкам подключают шунт. При компарировании мощности последовательно с подвижной катушкой подключают добавочный резистор, а параллельно неподвижной катушке - шунт (на фиг.1, 2, 3 не показаны).
Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности работает следующим образом. При помощи механического и электрического корректоров (на фиг.1 не показаны) устанавливают горизонтальное положение поперечной горизонтальной балки 1 электродинамического компаратора напряжения, тока и мощности, которое определяют по нулевому показанию нулевого индикатора 25. При этом на входы электродинамических преобразователей 4 и 5 сигналы не подаются. Далее добиваются идентичности электродинамических преобразователей 4 и 5 путем подачи на них одного и того же постоянного или переменного напряжения (тока, мощности) и плавного изменения расстояния между плоским подвижным витком 26 катушки 6 и катушкой 2. Идентичность указанных преобразователей определяют по нулевому показанию нулевого индикатора 25.
Затем на один из электродинамических преобразователей подается переменное напряжение (ток, мощность), а на другой электродинамический преобразователь подается постоянное напряжение (ток, мощность), которое регулируется таким образом, чтобы нулевой индикатор показывал нуль. Далее постоянное напряжение (ток, мощность) измеряется компенсационным методом с применением компенсатора постоянного тока непосредственно или с делителем напряжения (шунтом). Указанные средства измерений на фиг.1, 2, 3 не показаны.
При отклонении подвижной системы компаратора от горизонтального положения указатель нулевого индикатора также отклоняется от нулевого положения. При этом к нулевому индикатору подводится напряжение, которое через усилитель постоянного тока 30 и переменный резистор 29 подается на плоский подвижный виток 28. Ток, проходящий по плоскому подвижному витку 28, взаимодействует с током, проходящим по плоскому неподвижному витку 27. При этом плоский подвижный виток 28 втягивается в плоский неподвижный виток 27 или отталкивается от него в зависимости от направления токов в витках.
Момент от взаимодействия токов в плоском неподвижном 27 и плоском подвижном 28 витках компенсирует противодействующий момент растяжек, что обеспечивает повышение чувствительности и точности предложенного компаратора.
Поскольку электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности выполнен по типу весов, а растяжки крепления подвижной системы имеют малый противодействующий момент, то указанный компаратор является весьма чувствительным средством измерений, и это обеспечивает возможность использовать малое количество витков в каждом электродинамическом преобразователе 4 и 5 и, следовательно, получить малую индуктивность подвижной и неподвижной катушек, что обеспечивает широкий диапазон измеряемых величин и частот при эталонных измерениях.
Таким образом, предложенный электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности является весьма точным средством измерений.