ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕХФАЗНЫЙ КОМПАРАТОР МОЩНОСТИ
ELECTRODYNAMIC THREE-PHASE POWER COMPARATOR

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях мощности в трехфазных цепях в широком диапазоне измеряемых величин и частот.
Известен электродинамический компаратор мощности одновременного сравнения ЭД/ЭД, предназначенный для эталонных измерений мощности в однофазных цепях [Патент РФ на изобретение №2302010, МПК G01R 17/00. Опубл. в БИ №18, 27.06.2007]. Указанный компаратор содержит подвижную систему 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 поворота подвижной системы в электрический сигнал, который через усилитель постоянного тока присоединен к указателю нуля, а также элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы, при этом растяжки расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, а другая - через кольцо к оси подвижной системы и к амортизаторам.
Достоинством указанного компаратора является высокая точность компарирования и широкий частотный диапазон.
Недостаток компаратора заключается в возможности измерения мощности только в однофазных цепях переменного тока.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является электродинамический трехфазный компаратор мощности, который содержит подвижную систему 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 системы и фотоэлектрический преобразователь угла отклонения подвижной части системы 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. Кроме этого в стране полностью отсутствуют переносные трехфазные четырехпроводные компараторы мощности [Векслер М.С., Попов М.В. Проблемы метрологического обеспечения средств измерений мощности и энергии переменного тока в широком диапазоне частот. - М.: Машиностроение, 1983, с.14].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения мощности в трехфазных цепях в широком диапазоне измеряемых величин и частот.
Для реализации поставленной задачи в электродинамическом трехфазном компараторе мощности, содержащем подвижную систему 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 системы, фотоэлектрический преобразователь угла отклонения подвижной части системы в электрический сигнал и нулевой индикатор, в котором подвижная система выполнена в виде трех балок, которые закреплены на общей оси параллельно друг другу и находятся в горизонтальном положении, к концам каждой из балок прикреплены подвижные катушки электродинамических компарирующих преобразователей, а каждая из подвижных катушек помещена между неподвижными катушками, одна подвижная и две неподвижные катушки выполнены плоскими ленточными проводниками, а один из витков неподвижных катушек выполнен подвижным с возможностью обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, при этом каждая подвижная катушка помещена между неподвижными катушками, а места изменения направления проводников неподвижных катушек электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от горизонтальных проводников, при нулевом положении подвижной системы электродинамического компаратора плоские проводники подвижной катушки наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижной катушки, а флажки наполовину перекрывают отверстия в маске фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной системы в электрический сигнал, который через усилитель постоянного тока присоединен 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, при этом 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.
На фиг.1 изображен электродинамический трехфазный компаратор мощности, общий вид. На фиг.2 изображен электродинамический трехфазный компаратор мощности, вид сверху. На фиг.3 изображен электродинамический преобразователь мощности, общий вид. На фиг.4 изображен электродинамический преобразователь мощности, вид сбоку. На фиг.5 изображен электродинамический преобразователь мощности, вид сверху.
Электродинамический трехфазный компаратор мощности содержит подвижную систему в виде трех балок 1, 2, 3, которые закреплены на общей оси 4 параллельно друг другу, по краям которых укреплены подвижные катушки 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10 электродинамических преобразователей соответственно. Неподвижные катушки 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16 электродинамических преобразователей жестко соединены с основанием компаратора.
Элементы крепления балок 1, 2 и 3 выполнены в виде пар растяжек 17, 18 и 19, 20, попарно расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и под углом одна к другой. Внешние концы указанных растяжек прикреплены соответственно к амортизационным пружинам 21, 22 и 23, 24. Внутренние концы растяжек 17, 18 прикреплены к оси 4, а растяжек 19, 20 - к кольцам 25.
На концах балки 2 укреплены флажки 26, 27 фотоэлектрических преобразователей угла отклонения подвижной системы компаратора в электрический сигнал, которые содержат осветительную лампу с конденсором 28, 29 и мосты 30, 31, в которые входят фоторезисторы, резисторы и источники постоянного напряжения. Сигнал с мостов 30,31 суммируется, усиливается при помощи усилителя постоянного тока и подается на нулевой индикатор (на фиг.1 и фиг.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. На фиг.3, фиг.4 и фиг.5 изображен один электродинамический преобразователь мощности, состоящий из подвижной катушки 5 и неподвижной катушки 11 с подвижным витком 32. Катушки 5 и 11 выполнены плоскими ленточными проводниками. Места изменения направления проводников неподвижных катушек 11 электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от горизонтальных проводников. При нулевом положении подвижной системы электродинамического компаратора плоские проводники всех подвижных катушек наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижных катушек. При этом ширина проводников катушек 5 и 11 электродинамических преобразователей и расстояние между ними равны ширине полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал. Для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей один ленточный проводник 32 неподвижной катушки 11 выполнен подвижным с возможностью изменения расстояния между проводником подвижной катушки 5 и подвижным проводником 32 неподвижной катушки 11. Поскольку при проведении измерений все электродинамические преобразователи идентичны, а шунты и добавочные резисторы электродинамических компараторов 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-фиг.5 не показаны). Применение системы из четырех растяжек 17, 18, 19, 20 предотвращает поперечные колебания подвижной системы. Для предотвращения крутильных колебаний подвижной системы применен жидкостный успокоитель (на фиг.1 и фиг.2 не показан).
Электродинамический трехфазный компаратор мощности работает следующим образом. При помощи механического и электрического корректоров (на фиг.1 и фиг.2 не показаны) устанавливают горизонтальное положение подвижной системы электродинамического трехфазного компаратора мощности. При этом на электродинамические преобразователи 5-10 сигналы не подаются. Далее поочередно добиваются идентичности пар электродинамических преобразователей, находящихся на каждой балке 1, 2 и 3 путем подачи на них последовательно одного и того же значения мощности на постоянном или переменном токе, и плавного изменения расстояния между витком подвижной катушки 5, 7, 9 и подвижным витком 32, 33, 34 неподвижной катушки 11, 13 и 15 одного из преобразователей соответственно. Идентичность электродинамических преобразователей компаратора определяется по нулевому показанию нулевого индикатора при подаче на левые и правые электродинамические преобразователи (в соответствии с фиг.1) 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 не показаны.
Поскольку электродинамический трехфазный компаратор мощности выполнен по типу весов и растяжки крепления подвижной системы имеют малый противодействующий момент, то это обеспечивает возможность использовать малое количество витков в каждом из шести электродинамических преобразователей и, следовательно, получить малую индуктивность подвижных и неподвижных катушек, что обеспечивает широкий диапазон измерения мощности в трехфазных цепях переменного тока в широком диапазоне частот при эталонных измерениях. Таким образом, предложенный компаратор является весьма точным средством измерений.