ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕХФАЗНЫЙ КОМПАРАТОР МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования при эталонных измерениях мощности в трехфазных цепях в широком диапазоне измеряемых значений и частот.
Известен электродинамический компаратор мощности одновременного сравнения ЭД/ЭД, предназначенный для эталонных измерений мощности в однофазных цепях [Патент на изобретение RU 2302010. МПК G01R 17/08. Опубл. 27.06.2007. Бюл. №18]. Указанный компаратор содержит подвижную часть 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, два фотоэлектрических преобразователя угла по ворога подвижной части в электрический сигнал, который через усилитель постоянного тока присоединен к указателю нуля, а также элементы крепления подвижной части, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной части, при этом растяжки расположены попарно во взаимно-перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной части и к амортизаторам, а другая - через кольцо к оси подвижной части и к амортизаторам.
Недостаток данного электродинамического компаратора мощности заключается в возможности измерения мощности только в однофазных цепях переменного тока.
Известен электродинамический трехфазный компаратор мощности, который содержит подвижную часть с компарирующими преобразователями на общей оси, которые создают вращающий и противодействующий момент, неподвижные элементы компарирующих преобразователей, которые жестко закреплены на корпусе компаратора, элементы крепления подвижной части и фотоэлектрический преобразователь угла отклонения подвижной части в электрический сигнал [Векслер М.С., Попов М.В. Проблемы метрологического обеспечения средств измерений мощности и энергии переменного тока в широком диапазоне частот.- М.: Машиностроение, 1983, с. 33-34]. Подвижные элементы компарирующих преобразователей расположены на одной оси, которая укреплена на растяжках. Неподвижные элементы компарирующих преобразователей укреплены на корпусе компаратора. В режиме измерения активной мощности подвижные и неподвижные элементы компарирующих преобразователей включены по схеме двух ваттметров, в режиме преобразователя реактивной мощности - по схеме с искусственной нейтральной точкой.
Недостаток известного электродинамического трехфазного компаратора мощности заключается в недостаточной точности и узком частотном диапазоне, что обусловлено реактивностью неподвижных и подвижных катушек электродинамического компаратора.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является электродинамический трехфазный компаратор мощности, предназначенный для эталонных измерений мощности в трехфазных цепях [Патент на изобретение RU 2361224, МПК G01R 17/08. Опубл. 10.07.2009. Бюл. №19]. Электродинамический трехфазный компаратор мощности содержит подвижную часть в виде трех балок, которые закреплены на общей оси параллельно друг другу, по краям которых укреплены подвижные катушки электродинамических преобразователей, а неподвижные катушки жестко соединены с основанием компаратора. Подвижная часть электродинамического трехфазного компаратора мощности закреплена на растяжках.
Недостаток данного электродинамического трехфазного компаратора мощности заключается в недостаточной точности измерения, вызванной недостаточной чувствительностью подвижной части.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение массы подвижной части.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности измерения мощности в трехфазных цепях в широком диапазоне измеряемых величин и частот.
Технический результат достигается при использовании электродинамического трехфазного компаратора мощности, содержащего закрепленную на оси подвижную часть с параллельно расположенными электродинамическими преобразователями, создающими вращающий и противодействующий моменты, включающими подвижные катушки электродинамических преобразователей, каждая из которых помещена между неподвижными катушками, элементы крепления подвижной части и фотоэлектрический преобразователь угла отклонения подвижной части в электрический сигнал, при этом одна подвижная и две неподвижные катушки выполнены плоскими ленточными проводниками так, чтобы при нулевом положении подвижной части плоские ленточные проводники неподвижной катушки были наполовину перекрыты аналогичными проводниками подвижной катушки, один из витков неподвижных катушек выполнен подвижным с возможностью обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, а места изменения направления ленточных проводников неподвижных катушек электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90° от горизонтальных проводников, ширина проводников и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равны ширине полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной части в электрический сигнал, причем подвижная часть выполнена в виде балки, разветвляющейся по обоим концам на три равных по длине параллельных ветки, на каждой из которых расположены подвижные катушки электродинамических преобразователей.
На фиг. 1 изображен электродинамический трехфазный компаратор мощности, вид сверху. На фиг. 2 изображен электродинамический трехфазный компаратор мощности, вид сбоку.
Электродинамический трехфазный компаратор мощности содержит подвижную часть в виде балки 1, закрепленной на оси 2 и разветвляющейся по обоим концам на три равных по длине параллельных ветки, на каждой из которых закреплены подвижные катушки 3, 4, 5 и 6, 7, 8 электродинамических преобразователей соответственно. Неподвижные катушки 9, 10, 11 и 12, 13, 14 электродинамических преобразователей жестко соединены с основанием компаратора.
Элементы крепления балки 1 выполнены в виде пар растяжек 15, 16 и 17, 18, попарно расположенных во взаимно-перпендикулярных плоскостях и под углом одна к другой. Внешние концы указанных растяжек прикреплены соответственно к амортизационным пружинам 19, 20 и 21, 22. Внутренние концы растяжек 15, 16 прикреплены к оси 2, а растяжек 17, 18 - к кольцам 23.
На концах обоих средних веток балки 1 укреплены флажки 24, 25 фотоэлектрических преобразователей угла отклонения подвижной части компаратора в электрический сигнал, которые содержат осветительную лампу с конденсором 26, 27 и мосты 28, 29, в которые входят фоторезисторы, резисторы и источники постоянного напряжения. Сигнал с мостов 28, 29 суммируется, усиливается при помощи усилителя постоянного тока и подается на нулевой индикатор (на фиг. 1, 2 не показан).
Каждый из шести идентичных электродинамических преобразователей содержит подвижную катушку и неподвижную катушку, которая состоит из двух катушек, симметрично расположенных с двух сторон подвижной катушки. Подвижные катушки 3-8 и неподвижные катушки 9-14 выполнены плоскими ленточными проводниками. Места изменения направления проводников неподвижных катушек 9-14 электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от их горизонтальных проводников. При нулевом положении подвижной части электродинамического компаратора плоские проводники всех подвижных катушек наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижных катушек. При этом ширина проводников подвижных и неподвижных катушек электродинамических преобразователей и расстояние между ними равна ширина полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной части в электрический сигнал. Для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей ленточные проводники 30, 31, 32 неподвижных катушек 9, 11, 13 соответственно выполнены подвижными с возможностью изменения расстояния между проводником подвижной катушки 3, 5, 7 и подвижными проводниками 30, 31, 32 неподвижных катушек 9, 11, 13. Поскольку при проведении измерений все электродинамические преобразователи идентичны, а шунты и добавочные резисторы электродинамических преобразователей выполнены коаксиальными, т.е. их сопротивления в широких пределах не зависят от частоты, то показания электродинамического компаратора мощности на постоянном и переменном токе будут идентичными, т.е. мощность на постоянном токе будет равна мощности на переменном токе.
Для исключения влияния электродинамических преобразователей друг на друга они помещены в экраны из пермаллоя (на фиг. 1, 2 не показаны). Применение системы из четырех растяжек 15, 16, 17, 18 предотвращает поперечные колебания подвижной части. Для предотвращения крутильных колебаний подвижной части применен жидкостный успокоитель (на фиг. 1, 2 не показан).
Электродинамический трехфазный компаратор мощности работает следующим образом. При помощи механического и электрического корректоров (на фиг. 1, 2 не показаны) устанавливают горизонтальное положение подвижной части электродинамического трехфазного компаратора мощности. При этом на катушки электродинамических преобразователей 3-8 сигналы не подаются. Далее поочередно добиваются идентичности пар электродинамических преобразователей путем подачи на них последовательно одного и того же значения мощности на постоянном или переменном токе, и плавного изменения расстояния между витком подвижной катушки 3, 5, 7 и подвижным витком 30, 31, 32 неподвижной катушки 9, 11 и 13 одного из электродинамических преобразователей соответственно. Идентичность электродинамических преобразователей определяется по нулевому показанию нулевого индикатора при подаче на левые и правые электродинамические преобразователи (в соответствии с фиг. 1, 2) одной и той же мощности. Затем на левые электродинамические преобразователи подается мощность на переменном токе, а на правые электродинамические преобразователи подается мощность на постоянном токе, которая регулируется таким образом, чтобы нулевой индикатор показывал нуль. Далее мощность на постоянном токе измеряется компенсационным методом с применением компенсатора постоянного тока, делителя напряжения и эталонной катушки сопротивления. Указанные средства измерений на фиг. 1, 2 не показаны.
Таким образом, в предложенном электродинамическом трехфазном компараторе мощности использована одна балка, разветвляющаяся по обоим концам на три равных по длине параллельных ветки, на каждой из которых расположены подвижные катушки электродинамических преобразователей, при этом масса подвижной части значительно снижена, что приводит к снижению усилия натяжения системы растяжек и обеспечивает снижение их суммарного противодействующего момента, что в свою очередь приводит к увеличению чувствительности и точности компарирования мощности в широком диапазоне значений и частот в трехфазных цепях переменного тока при эталонных измерениях.