Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11942
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_400652.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=400652&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB400652A
[]
_- _. r 2 <f, DoI
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявления: 28 апреля 1932 года. № 12253/32. 40096t' Полный левый: 27 апреля 1933 г.
Завершено: октябрь. 30, 1933.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования электроизмерительных приборов электродинамометрического типа.
Я, Чарльз Висисри Драйсдейл, кавалер ордена Британской империи, доктор наук, проживающий по адресу:
Дерек Корнер, Кингсуэй, Хоув, Сассекс, и имеющий британское гражданство, настоящим заявляю, что данное
изобретение имеет следующую природу: данное изобретение относится к динамометрическим электрическим
измерительным приборам, работающим за счет сил взаимодействия между соседними проводниками,
несущими ток, и имеет своей целью улучшение крутящего момента и формы шкалы таких приборов, а также
их экранирование от внешних магнитных полей.
В наиболее распространенных типах индикаторных динамометров подвижный элемент состоит из круглой или
прямоугольной катушки, способной вращаться в магнитном поле, создаваемом током в неподвижной катушке
или катушках. Такой прибор можно сравнить с прибором с подвижной катушкой и постоянным магнитом, в
котором магнит заменен неподвижными катушками, по которым протекает ток. На практике интенсивность
магнитного поля в таких катушках не может превышать малую долю от интенсивности поля в зазоре между
полюсами магнита и центральным сердечником в приборе с постоянными магнитами, поэтому крутящий
момент для данной формы подвижной катушки и тока соответственно уменьшается.
Следовательно, для заданного крутящего момента необходимо либо значительно увеличить ток в подвижной
катушке динамометра, либо увеличить число витков катушки, сделать её тяжелее и инерционнее, чем у
прибора с постоянными магнитами.
Эту трудность можно было бы полностью преодолеть, а магнитное поле неподвижных катушек увеличить до
того же значения, что и в приборе с постоянным магнитом, если бы эти катушки были намотаны на железный
сердечник, а подвижная катушка вращалась в зазоре между полюсами и центральным железным сердечником
из сплава At5. При использовании обычных магнитных материалов усиление, достигаемое этим устройством,
невелико, поскольку магнитная проницаемость сердечника недостаточно высока, чтобы сделать его
магнитное сопротивление пренебрежимо малым и, следовательно, обеспечить точную пропорциональность
между током в неподвижных катушках и магнитным полем; а гистерезис сердечника настолько велик, что
вызывает существенную разницу [Цена 11-] между восходящими и нисходящими показаниями при постоянном
токе или чрезмерно большой фазовый сдвиг между током и магнитным полем, если только отношение
магнитного сопротивления магнитного пути в воздухе к магнитному сопротивлению железа не будет сделано
настолько большим, что улучшение чувствительности едва ли оправдает дополнительные сложности и
затраты на схему с железом.
Однако в случае хорошо отожженных никель-железных сплавов, для которых начальная магнитная
проницаемость составляет порядка 10 000, а гистерезис очень мал по сравнению с гистерезисом самого
мягкого железа, воздушный зазор не должен превышать небольшую долю длины магнитного пути в сплаве,
чтобы эффекты магнитного сопротивления и гистерезиса последнего были пренебрежимо малы, так что
можно легко достичь полной интенсивности магнитного поля в зазоре прибора с постоянным магнитом, и
подвижная катушка может быть идентична катушке постоянного магнита при том же токе и крутящем моменте.
Наиболее очевидный способ применения.
Этот принцип заключается в использовании прямоугольной подвижной катушки того же типа, что и для
прибора с постоянным магнитом, и в намотке неподвижных катушек на внутренние выступающие полюса
ламинированного кольца из штампованных никель-железных заготовок, а также в снабжении его центральным
неподвижным цилиндрическим сердечником, изготовленным из круглых штампованных заготовок из того же
материала. 85 Приборы с большим угловым дефектом также можно изготавливать, используя ту же форму
подвижной катушки и полюсов, что и в длинномасштабных приборах на основе постоянных магнитов с
катушками. 9X Однако на этом принципе можно изготовить астатический и идеально экранированный
динамометр, сделав неподвижный элемент из двух квадратных блоков из ламинированных полос никелевого
железа, каждый из которых имеет кольцевую канавку, вырезанную на одной из сторон, а также
диаметральную канавку, соединяющую две стороны кольцевой канавки. В каждую из образованных таким
образом D-образных канавок вставляется катушка А-образной формы, и катушки соединяются таким образом,
что ток проходит вокруг них в противоположном направлении. Поверхности штампованных деталей внутри
катушек обрабатываются на определенную глубину для обеспечения необходимого воздушного зазора,
уменьшения погрешностей и обеспечения возможности вращения подвижной катушки S2 40G652 между ними;
при этом два блока зажимаются вместе так, чтобы их полюса были расположены напротив друг друга, так что
магнитное поле, создаваемое током в
5 неподвижных катушек проходят через зазор в одном направлении между одной парой полюсов и
возвращаются в противоположном направлении — через зазор между другой парой.
Подвижные элементы состоят из пары D-образных катушек приблизительно того же диаметра, что и
установленные катушки, и они установлены друг напротив друга в одной плоскости на перпендикулярном
шпинделе, образуя элемент в виде почти круглого диска. Этот шпиндель проходит через отверстия,
просверленные в центрах ламинированных блоков, и снабжен шарнирами, указателем, гибкими
соединениями и управляющей пружиной обычного типа. Катушки соединены между собой таким образом, что
ток проходит вокруг них в противоположных направлениях по сравнению с неподвижными катушками, и
поэтому диск стремится вращаться так, чтобы подвижные катушки находились напротив неподвижных
катушек, при этом направление тока оставалось тем же. Поскольку никель-железные блоки не утоплены за
пределы нулевых канавок, они полностью охватывают подвижный элемент и эффективно экранируют его от
внешних магнитных полей; 30
Такой прибор может использоваться либо в качестве амперметра или вольтметра путем последовательного
или параллельного соединения его катушек в любой желаемой комбинации, либо в качестве ваттметра путем
пропускания основного тока 35 через неподвижные катушки и последовательного соединения подвижных
катушек с неиндуктивным сопротивлением, подключенным к сети обычным способом. Устройство также
особенно подходит для двойных ваттметров 4i для многофазных цепей благодаря малой осевой длине
комбинации, которая позволяет двум таким комбинациям работать на одном шпинделе умеренной длины, а
также благодаря полному магнитному экранированию одного элемента от другого.
В любом из этих типов приборов форму шкалы можно изменять в любой желаемой степени путем
соответствующей обработки 50 полюсов или центрального сердечника, как в приборах с постоянными
магнитами.
Дата: 28 апреля 1932 года.
Чарльз В. Драйсдейл.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в электроизмерительных приборах электродинамометрического типа.
Я, Карл Вэйкэйнлисдейл, кавалер ордена Британской империи, доктор наук, проживающий по адресу: Дерек
Корнер, Кингсуэй, Хоув, Сассекс, и имеющий британское гражданство, настоящим заявляю о характере
данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в
следующем заявлении:
Данное изобретение относится к динамометрическим электроизмерительным приборам, работающим за счет
сил взаимодействия между соседними проводниками, по которым протекает ток, и имеет своей целью
улучшение крутящего момента, формы шкалы таких приборов и их экранирование от внешних магнитных
полей.
В наиболее распространенных типах индикаторных динамометрических приборов подвижный элемент
состоит из круглой или прямоугольной катушки, способной вращаться в магнитном поле, создаваемом током в
неподвижной катушке или катушках, и прибор 7,5 можно уподобить прибору с постоянной катушкой и
подвижным магнитом, в котором магнит заменен неподвижными катушками, несущими ток. Интенсивность
магнитного поля в таких катушках на практике не может превышать малую долю от интенсивности поля в
зазоре между полюсами магнита и центральным сердечником в приборе с постоянным магнитом, поэтому
крутящий момент для данной формы подвижной катушки и тока соответственно уменьшается.
Следовательно, для заданного крутящего момента необходимо либо значительно увеличить ток в подвижной
катушке динамометра, либо увеличить число витков катушки, сделать её на 90% тяжелее и при этом
увеличить инерцию по сравнению с прибором на постоянных магнитах.
Эту трудность можно было полностью преодолеть, а магнитное поле неподвижных катушек увеличить до того
же значения, что и в приборе с постоянными магнитами, если эти катушки намотать на железный сердечник, а
подвижную катушку вращать в зазоре между полюсами и центральным железным сердечником. При
использовании обычных магнитных материалов усиление, достигаемое этим устройством, невелико,
поскольку магнитная проницаемость сердечника недостаточно высока, чтобы сделать его магнитное
сопротивление пренебрежимо малым и, следовательно, обеспечить точную пропорциональность между током
в неподвижных катушках и магнитным полем; а гистерезис сердечника настолько велик, что вызывает
существенную разницу между восходящими и нисходящими показаниями при постоянном токе или чрезмерно
большой фазовый сдвиг между током и магнитным полем, если только мы не имеем tan a = потери в
сердечнике - ток]магнитного поля - 60G ing cnrrent_ 2kl 1 B2 B2g, из которого = 2h. tan a Для
высококачественного никель-железного сплава 1u = 0,0013B''8, из которого отношение магнитного
сопротивления магнитного пути в воздухе к магнитному сопротивлению железа становится настолько
большим, что улучшение чувствительности едва ли оправдывает дополнительные сложности и затраты на
железную схему.
Согласно настоящему изобретению, электрические приборы динамометрического типа характеризуются
использованием почти замкнутой магнитной цепи из ламинированного ферромагнитного материала в виде
тонких листов с высокой магнитной проницаемостью и низким гистерезисом с целью увеличения
интенсивности магнитного поля, создаваемого неподвижными катушками.
11 Таким образом, это позволяет сделать ампер-витки подвижной системы относительно малыми, что
приводит к уменьшению ее инерции и индуктивности, а также снижает восприимчивость к воздействию
внешних магнитных полей.
В случае хорошо отожженных никель-железных сплавов, начальная магнитная проницаемость которых
составляет порядка 10 000, а гистерезис очень мал по сравнению с гистерезисом самого мягкого железа,
воздушный зазор прибора не должен превышать небольшую долю длины магнитного пути в сплаве, чтобы
влияние магнитного сопротивления и гистерезиса последнего было пренебрежимо малым, так что можно
легко достичь полной интенсивности магнитного поля в зазоре прибора с постоянным магнитом, и подвижная
катушка может быть идентична катушке постоянного магнита при том же токе и крутящем моменте.
Соотношение между длиной магнитных путей в воздушном зазоре и в ферромагнитном сердечнике,
необходимое для поддержания фазового сдвига между намагничивающим током и индуцированным
магнитным потоком в пределах любого желаемого значения, может быть определено на основе знания потерь
в сердечнике материала. Если у нас есть сердечник с сечением Lniform A и длиной 1, с зазором длиной g, где
h — потери на гистерезис в эргах на кубический сантиметр сердечника за цикл, то количество ампер-витков,
необходимых для компенсации этих потерь, равно h = 27C', где B — плотность индукции в сердечнике, а
количество ампер-витков, необходимых для создания этой индукции, равно TC.B.g.
5А, если магнитное сопротивление сердечника пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением зазора,
как это бывает в случае высокопроницаемых никель-железных сплавов.
Если a — угол отставания магнитной индукции от намагничивающего тока.
1
- == 385 B.82 tan OCu.
Если tan a не превышает 0,001, максимальная погрешность показаний ваттметра, вызванная этим фазовым
сдвигом, будет меньше 0,1%, так что 65S может быть.
;385B.82, и если B = 1000 гаусс, то I может быть 150 г. Поскольку минимальный зазор, позволяющий
подвижной катушке свободно вращаться, составляет около 1,5 миллиметра, длина магнитного пути в
сердечнике может достигать 75 ± 22,5 сантиметра без существенной фазовой ошибки, которая превышает
необходимую для любого практического динамометрического прибора. Если в сердечнике присутствуют
значительные потери от вихревых токов, то задержка будет пропорционально увеличена, но если толщина
пластин будет меньше 0,1 миллиметра, эти потери будут незначительными для всех частот до нескольких
тысяч циклов в секунду.
Прилагаемые чертежи иллюстрируют некоторые типичные конструкции в соответствии с настоящим
изобретением. Рисунок 1 представляет собой частичный разрез одного из вариантов инструмента 90. На
рисунках 2 и 3 представлены частично разрез и частично план другого типа прибора. На рисунке 4
представлена схематическая иллюстрация прибора типа двойного ваттметра, собранного из двух систем,
показанных на рисунках a и 3. На рисунках 5 и 6 представлены частично план и частично разрез инструмента
для считывания показаний по длинной шкале.
Обращаясь теперь к рисунку 1, прибор можно рассматривать как эквивалент обычного прибора с подвижной
катушкой и постоянным магнитом, в котором постоянный магнит заменен ламинированным сердечником из
никель-железного сплава или подобного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и
низким гистерезисом. Подвижная катушка 1 имеет прямоугольную форму и может быть удобно изготовлена
путем намотки очень тонкой и узкой медной полоски на тонкий каркас из слюды или другого изоляционного
материала, при этом полоска изолируется либо оксидным или эмалевым покрытием, либо тонкой
лакированной бумагой между слоями.
Эта катушка окружает цилиндрический сердечник 2 115 4001652--400,652, изготовленный из тонких дисков
никель-железа или подобного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и низким
гистерезисом,7 и вращается в узком зазоре между этим сердечником и внутренними цилиндрическими
поверхностями выступающих внутрь полюсов 3, 3 ламинированного кольца из штампованных деталей 4 из
никель-железа или подобного ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и низким
гистерезисом, снабженного неподвижными катушками 5, 5, которые могут быть удобно изготовлены из
аналогично изолированной медной полосы, намотанной на эти полюса.
Детали, пронумерованные 6 и 7, представляют собой, соответственно, указатель и шпиндель системы
MovinR. Крутящий момент, действующий на подвижную систему динамометра, определяется соотношением
dM T = ii.i2. da, где T — крутящий момент, ii и i2 — токи в неподвижной и подвижной катушках соответственно,
M — коэффициент взаимной индуктивности между катушками, а 0 — угловое отклонение. Коэффициент
взаимной индукции МЭ для системы в железном корпусе с равномерным воздушным зазором равен 47c.n,-,n2
gA, где n и n2 — число витков на неподвижной и подвижной катушках, A — площадь полюсной поверхности,
покрываемая подвижной катушкой, и g — длина воздушного зазора, измеренная вдоль магнитного поля, так
что
При наличии цилиндрического сердечника и однородных полюсных поверхностей HA g и A постоянны, а
крутящий момент будет пропорционален произведению токов в двух катушках, так что при использовании
пружинного управления шкала будет равномерно распределена для ваттметра или иметь форму
квадратичного закона для последовательного динамометра, но форму шкалы можно изменять по желанию,
отрезая центральный сердечник полюсных поверхностей, чтобы изменять либо радиальную, либо осевую
длину зазора.
При наличии двух зазоров по 1,5 миллиметра каждый, плотность индукции в зазоре может достигать 1000
гаусс при 230 ампер-витках в таких фиксированных катушках, что примерно соответствует среднему значению
для безжелезных динамометров. Поскольку эта индукция в зазоре имеет тот же порядок величины, что и в
приборах с постоянными магнитами, подвижная катушка может иметь те же размеры и намотку, что и для
прибора с постоянным магнитом 5; при этом сохраняется тот же контроль и отклонение. Однако эта система
не является ни астатической, ни защищенной от внешних магнитных полей, и было бы желательно поместить
ее во внешний корпус из материала с высокой магнитной проницаемостью.
На рисунках 2 и 3 показан экранированный астатический динамометр, в котором вся система заключена в
никель-железо или другой высокопроницаемый материал, благодаря чему она полностью экранирована от
внешних магнитных полей и не может создавать внешних полей, мешающих работе соседних приборов.
Система перемещения состоит из двух плоских катушек D-образной формы 8 7, установленных между двумя
тонкими дисками из слюды или другого изоляционного материала таким образом, чтобы образовать плоский
диск, который установлен перпендикулярно шпинделю 7, и эти две катушки соединены последовательно, так
что ток 75 проходит по ним в противоположных направлениях. Представленная неподвижная система состоит
из двух прямоугольных блоков 9, 9 из тонкой никелево-железной полосы, на одной из граней каждого из
которых обработана круговая и диаметральная канавка для размещения двух аналогично соединенных
D-образных катушек 10, 10.
В центре каждого блока просверлено отверстие для прохождения шпинделя 7, а поверхность каждого блока
внутри катушек утоплена примерно на 0,75 мм, так что при сжатии двух блоков образуется зазор в 1,5 мм, в
котором может вращаться подвижная система 8, 8. Кронштейны 11, 11 могут быть закреплены снаружи блоков
9O для установки камней для шпинделей на шпинделе, а при желании можно прикрепить демпфирующий
воздушный короб. Управляющая пружина имеет номер 12. Четыре неподвижные катушки могут быть
соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно по желанию, что позволяет
получить три различных диапазона тока, или же их концы могут быть выведены отдельно через отверстия в
блоке к клеммам или к последовательно-параллельному коммутатору. 100 Благодаря малой осевой длине и
идеальному экранированию этой системы, два или более таких прибора могут быть установлены соосно с
подвижными катушками на одном шпинделе, как показано на схеме 105 на рисунке 4, образуя двойной
ваттметр для дифференциальных измерений, или для двух- или трехфазных цепей, или тройной ваттметр
для трехфазных четырехпроводных цепей без риска взаимных помех. При показанной форме полюсов прибор
будет иметь равномерно распределенную шкалу, если используется в качестве ваттметра с пружинным
управлением; однако шкалу можно изменить на логарифмическую или другую форму, изменив форму
поверхностей полюсов.
На рисунках 5 и 6 показана система, подходящая для работы в широком диапазоне углов, вплоть до
отклонения примерно в 9700 раз. Неподвижная часть con400,652 состоит из двух ламинированных блоков 9, 9
с канавками и D-образными катушками 10, 10, аналогичными показанным на рисунках 2 и 3, но последние
эксцентричны относительно оси b шпинделя 7, а подвижный элемент состоит из одной плоской катушки 13
секторной формы, которая предпочтительно установлена напротив указателя 6 для обеспечения
балансировки системы. Поскольку крутящий момент, действующий на подвижную систему, равен i2.. m dM,
где i и i2 — токи в неподвижной и подвижной катушках соответственно, а X — коэффициент взаимной
индуктивности i5 между ними, подвижная катушка будет стремиться вращаться таким образом, чтобы
увеличить взаимную индуктивность M, которая отрицательна в нулевом положении и уменьшается до нуля по
мере отклонения катушки в среднее положение из-за уменьшения площади полюсов, покрываемых
подвижной катушкой, после чего M становится положительным и увеличивается с отклонением из-за большей
площади покрываемых противоположно намагниченными полюсами.
Для ваттметра с пружинным механизмом и равномерно распределенной шкалой dl1l dA W, а следовательно, и
a-e, должны быть постоянными, а полюса должны иметь такую форму, чтобы обеспечивать равномерное
уменьшение или увеличение площади при отклонении, но они могут иметь любую другую желаемую форму
шкалы, как описано в описании заявки на патент.
№ 12252 от 1932 г. (серийный номер 400651).
Как и в случае с предыдущим устройством, две или более таких систем могут быть установлены соосно.
Во всех этих приборах тонкая ламинация ферромагнитных сердечников имеет важное значение для
предотвращения ошибок, вызванных вихревыми токами. Кроме того, благодаря увеличению интенсивности
магнитного поля неподвижных катушек, создаваемого ферромагнитными сердечниками, количество витков в
подвижной катушке и, следовательно, её индуктивность уменьшаются, что имеет преимущество в
уменьшении фазового сдвига тока в подвижной катушке. Однако, если индуктивность L подвижной катушки
изменяется в зависимости от отклонения, возникает крутящий момент, равный I2 dL 2 2o, который вызывает
отклонение прибора, когда ток через неподвижные катушки не проходит. Чтобы избежать ошибок, вызванных
этой причиной, L должно быть либо постоянным, либо настолько малым, что i j22 dL будет меньше одной
тысячной максимального крутящего момента системы. В любой из систем, показанных на рисунках 2–6, I
практически постоянен независимо от формы полюсных поверхностей. Он также постоянен для системы,
показанной на рисунке 1, если зазор равномерный, но если зазор изменяется для изменения формы шкалы, LI
будет изменяться в зависимости от отклонения, поэтому предпочтительнее использовать любую из систем,
описанных со ссылкой на рисунки 2–6.
Во всех динамометрических приборах, если взаимная индуктивность M увеличивается пропорционально
отклонению y так, что dm остается постоянным, то отклонение будет пропорционально квадрату тока для
вольтметра или амперметра или мощности для ваттметра, если используется пружинное управление, и
период колебаний будет постоянным во всем диапазоне; но если полюса 80 имеют форму, позволяющую
получить любую другую форму шкалы, период колебаний будет изменяться в зависимости от отклонения,
если вместо пружины не будет использовано какое-либо компенсирующее переменное управление, подобное
описанному в Заявке на патент № 12255 от 1932 года (серийный номер 400654).
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я...
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_400653.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=400653&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB400653A
[]
ATEN SPECI FICA TIO
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Заявление Даре, 28 апреля 1932 г. № 12254/32. 4 м. Полный левый: 27 апреля 1933 г.
Завершено: октябрь. 30, 1933.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ1.
Усовершенствования в области электростатических вольтметров и связанные с ними разработки.
Я, Чарльз Викери Дрисдейл, кавалер Ордена Британской империи, доктор наук, проживающий по адресу:
Дерек Корнер, Кингсуэй, Хоув, Сассекс, и имеющий британское гражданство, настоящим заявляю, что данное
изобретение имеет следующую природу: данное изобретение относится к электростатическим вольтметрам
для индикации разности потенциалов в цепях переменного или постоянного тока и имеет своей целью
улучшение диапазона и формы шкалы таких приборов, а также их адаптацию для прямой индикации
напряжения в цепях сверхвысокого давления. Электростатический вольтметр по сути представляет собой
переменный конденсатор, а крутящий момент T на его подвижном элементе определяется формулой dy, где V
— разность потенциалов, C — емкость между неподвижным и подвижным элементами, а y — угол отклонения.
Если прибор относится к квадрантному или четвертьцилиндровому типу, он эквивалентен конденсатору с
параллельными пластинами, имеющему постоянный зазор g и переменную площадь перекрытия пластин A; и
поскольку емкость C такого конденсатора Ae, где e — диэлектрическая постоянная или удельная индуктивная
емкость среды T = - V2d8C e V2d.
Если A пропорционально y, как это обычно бывает, то крутящий момент, а следовательно, и отклонение,
пропорциональны V2, что дает шкалу, в которой приращения отклонения для последовательных равных
приращений напряжения увеличиваются по мере роста напряжения, если управление выполнено в виде
обычной пружины. Из-за низкой диэлектрической постоянной воздуха размеры, вес и инерция подвижной
системы в электростатических вольтметрах, как правило, велики по сравнению с крутящим моментом, что
приводит к тому, что период колебаний прибора оказывается достаточно высоким. Погружение всей системы
в масло или другую жидкость с высокой и постоянной диэлектрической прочностью позволяет значительно
увеличить крутящий момент при заданной величине перемещения, или же использовать прибор при более
низких напряжениях. 50 Поскольку зазор между неподвижной и подвижной пластинами должен быть
достаточно большим, чтобы предотвратить пробой, но при этом должен быть сведен к минимуму для
обеспечения максимально возможного крутящего момента, желательно, чтобы зазор был минимальным,
когда отклонение равно нулю, и чтобы он увеличивался по мере роста напряжения и, следовательно,
отклонения.
В приборе типа 60 с четвертьцилиндром это может быть достигнуто путем наклона неподвижного и
подвижного цилиндрических сегментов таким образом, чтобы передняя кромка подвижного сегмента почти
касалась задней кромки неподвижного сегмента, но зазор между ними 65 увеличивался пропорционально
отклонению; или, если используется более одного набора неподвижных сегментов, путем выполнения
подвижных сегментов в форме изогнутого клина.
До тех пор, пока скорость увеличения площади 70 перекрытия неподвижного и подвижного сегментов
превышает скорость увеличения зазора, емкость будет увеличиваться с отклонением, и, следовательно,
прибор будет отклоняться в исходном направлении по мере повышения напряжения. 7.5 Можно показать, что
если зазор увеличивается от g до Ymax по мере увеличения отклонения y от нуля до Ym, и прибор имеет
пружинное управление. 80 lV/max=nifl. L +; V <x, где gnoa Если n-1, прибор имеет обычную форму и 85 В/В...
Максимальное отклонение Ymax, как обычно; но если n=3, отклонение почти пропорционально напряжению
почти по всей шкале; в то время как если n=10, шкала приближается к логарифмической форме или форме
постоянной точности, что делает использование внешней сферы и внешних объектов предпочтительным для
общего тестирования. Если! не влияет на внутреннюю емкость прибора, заполненного жидкостью,
клиновидный конденсатор. Для уменьшения размеров конденсатора, лопатки 35-й формы могут быть полыми
и плавучими, что снижает нагрузку на шарниры и может быть заполнено маслом с высокой диэлектрической
прочностью, что снижает риск травм от механических сотрясений. Внешний диаметр составляет 40 см, а
внутренний – 10 см в диаметре. Для сверхвысокого напряжения порядка 100 или 200 киловольт размеры
прибора для непосредственного измерения разности потенциалов – до 200 киловольт.
Сферический конденсатор, при котором напряжение может стать непомерно большим, удобно размещать на
высокой подставке с масляным заполнением, а наиболее удовлетворительным изолятором с центральным
отверстием для заводского устройства является использование вольтметра для подключения от внутренней
сферы к вольтметру, который должен иметь удобство использования и 45-5000 вольт, а также подключение
конденсатора к другому полюсу с хорошим заземлением.
последовательно с ним. Поскольку емкость электростатического конденсатора, обычно изготавливаемого из
двух изогнутых пластин на расстоянии, достаточном для того, чтобы выдерживать нулевую часть своей
емкости при максимальном напряжении, но при напряжениях порядка ста киловольт это расстояние
становится неудобно большим. Конденсаторы этого открытого типа также страдают от высокого напряжения,
поэтому, если они внезапно включаются в комбинированную систему вольтметра и конденсатора, их емкость
может существенно снизиться из-за близости. Поэтому целесообразно использовать конденсатор с
постоянной емкостью, параллельно вольтметру, чтобы уменьшить колебания и величину этих колебаний.
Серьезные ошибки могут возникнуть при использовании конденсатора с постоянной емкостью, параллельно
вольтметру, для уменьшения показаний вольтметра. Эти трудности можно преодолеть, изготовив
конденсатор в виде двух приблизительно концентрических сфер, причем внешняя сфера соединена с
высоковольтным проводником клиновидными секторами.
и внутренняя сторона, проходящая через изящный заголовок. Датировано 28 апреля 1932 года.
вольтметр. Разрозненная пропускная способность между ними. Чарльз В. Драйсдейл.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области электростатических вольтметров и связанные с ними разработки.
Я, Чарльз Викери Драйсдейл.
К.Б., Х.Б.Э.М., Д.С., проживающий по адресу: Дерек Корнер, Лингвей, Хоув, Сассекс, и имеющий британское
гражданство, настоящим заявляют, что характер данного изобретения и способ его осуществления должны
быть подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Для сверхнизких напряжений порядка 200 киловольт размеры электростатического вольтметра для
непосредственного измерения этого напряжения становятся чрезмерно большими, даже при заполнении
маслом. Наиболее удовлетворительным устройством является использование вольтметра для максимальной
разности потенциалов около 5000 вольт и подключение к нему конденсатора последовательно. Итак, до
настоящего времени конденсаторы обычно изготавливались из двух изогнутых пластин, расположенных на
достаточном расстоянии друг от друга, чтобы выдерживать напряжение, но при напряжении 100 киловольт и
выше это расстояние становится неудобно большим, и, кроме того, конденсаторы открытого типа страдают от
недостатка, заключающегося в том, что их емкость может существенно изменяться из-за близости крупных
проводящих предметов, что может привести к серьезным ошибкам в показаниях вольтметра.
Согласно данному изобретению, в схему с электростатическим вольтметром включен конденсатор,
характеризующийся двумя концентрическими проводниками, один 95 окружает другой, причем внешний
соединен с источником высокого напряжения, а внутренний — с вольтметром или с внутренним проводником
аналогичного конденсатора, посредством тонкого вывода, проходящего через изоляционную опору, причем
пространство между концентрическими проводниками заполнено воздухом при атмосферном или более
высоком давлении, либо маслом или другой жидкостью с высокой диэлектрической прочностью. 105 Помехи
между внешними элементами и внешними объектами не влияют на внутреннюю емкость конденсатора. Для
уменьшения габаритов конденсатора его можно заполнить маслом с высокой диэлектрической прочностью, и
тогда для разности потенциалов до 200 киловольт будет достаточно внешней сферы диаметром 40 см и
внутренней сферы диаметром 10 см. Поскольку емкость электростатического вольтметра составляет лишь
определенную долю (400 653) при нулевом значении от его емкости при максимальном отклонении, он
использует большую долю общей разности потенциалов при низких напряжениях, чем при высоких, поэтому,
если на комбинацию вольтметра и конденсатора внезапно включить полное напряжение, первый может выйти
из строя.
Поэтому целесообразно подключить к вольтметру постоянный источник питания параллельно, чтобы
уменьшить колебания показаний, а изменяя величину этого источника питания, можно изменять форму шкалы
вольтметра.
В электростатическом вольтметре JI5 неподвижные и подвижные элементы выполнены в соответствии с
определенными математическими зависимостями, что позволяет получить желаемую форму шкалы без
увеличения ее диапазона. Мне известно, что ранее предлагалось изменять форму элементов
электростатических вольтметров для получения желаемого закона шкалы, например, путем придания формы
выступающим внутрь частям неподвижных индукторов, или путем формирования неподвижных индукторов
путем их разрезания вдоль кривой, каждая составляющая которой находится дальше от центра, чем
непосредственно предшествующая ей, или путем расположения подвижных элементов в виде пластин,
имеющих один край приблизительно прямой, а другой изогнутый в виде кулачка, причем конкретная форма
кривой в значительной степени определяет закон шкалы прибора, или путем расположения форм подвижных
и неподвижных элементов и степени их близости для получения желаемой формы шкалы, например,
пропорциональной шкалы или шкалы, где вольтметр очень чувствителен к определенной части шкалы, или
путем расположения оси вращения подвижного элемента эксцентричной относительно неподвижных
элементов.
Насколько известно, до настоящего времени не предпринималось попыток заранее определить формы
неподвижных и подвижных элементов в соответствии с математическими соотношениями, изложенными
ниже, что позволяет точно воспроизводить приборы методами массового производства. Обращаясь теперь к
прилагаемым чертежам, на рисунках 1, 2 и 3 показаны комбинации электростатических вольтметров и
конденсаторов в соответствии с настоящим изобретением для использования в цепях высокого напряжения, а
на рисунках 4, 5, 6, 7, 8, 9 показаны шесть вариантов формирования неподвижных и подвижных элементов
индикаторного вольтметра.
Обращаясь теперь к рисункам 15, 2 и 3 прилагаемых чертежей, на рисунке 1 показан конденсатор, в котором
высоковольтный сетевой провод 4 соединен с большим полым металлическим шаром 5, внутри которого
находится меньший концентрический металлический шар 6.
Эти сферы поддерживаются на длинной изолированной стойке 7, имеющей небольшое центральное
отверстие S, через которое проходит тонкая проволока 9 к электростатическому вольтметру 70, который
показан закрепленным на нижней стороне кронштейна 10, поддерживающего изолятор 7. Если корпус
вольтметра металлический или содержит внутренний металлический экран, к которому подключен другой
полюс 757 цепи, вся система полностью экранирована, за исключением центрального провода, который
может быть очень тонким и, следовательно, оказывать незначительное тепловое воздействие на окружающие
объекты. Однако, при желании, вольтметр можно экранировать, изолировав его и окружив металлической
трубкой, проходящей через отверстие в изоляторе и соединенной с корпусом или экраном вольтметра.
Поскольку максимальная диэлектрическая прочность воздуха при атмосферном давлении составляет около
30 000 вольт на см, а максимальное желаемое рабочее давление при переменном токе составляет около 6
000 вольт на см, радиальное расстояние между сферами должно составлять не менее 83 сантиметров для
напряжения 200 киловольт, что потребует внешней сферы диаметром около дюймов, но это расстояние
может быть существенно уменьшено за счет увеличения давления воздуха внутри сферы, поскольку
диэлектрическая прочность воздуха приблизительно пропорциональна давлению.
В качестве альтернативы сферу можно заполнить маслом или другой жидкостью с высокой диэлектрической
прочностью, и предпочтительно также вольтметром, поскольку, помимо улучшенной изоляции и
демпфирования, обеспечиваемых этим прибором, диэлектрическая постоянная некоторых жидкостей в
некоторой степени изменяется с температурой, так что соотношение емкостей конденсатора и вольтметра не
будет зависеть от температуры или других изменений в жидкости, если она заполняет их оба. Тонкий
соединительный провод между внутренней сферой 110 и вольтметром служит очень эффективным
предохранителем в случае выхода из строя конденсатора, поскольку он длинный и заключен в узкую трубку.
Вышеуказанное устройство просто выполняет функцию конденсатора серии 115, и его емкость может быть
выше, чем желательно для прямого подключения к вольтметру. Кроме того, если последний обладает
высокой электростатической эффективностью, т.е. очень низким отношением емкости при нулевом
отклонении к его емкости при полном отклонении, то доля напряжения, потребляемого им при низких
показаниях, может быть очень высокой, что создает риск пробоя при внезапном приложении напряжения, а
также вызывает значительное изменение коэффициента усиления его шкалы.
Поэтому может быть целесообразно шунтировать их конденсатором, емкость которого значительно
превышает собственную емкость, и это можно сделать с помощью любого обычного конденсатора, который
при желании может быть заключен в корпус вольтметра. Однако, если в сферическом конденсаторе
используется масло или другая жидкость, целесообразно изготовить второй конденсатор также
концентрической сферической формы, как показано на рисунке 2, при этом внешняя и внутренняя сферы
пронумерованы 5', 61, и заполнить всю систему одной и той же жидкостью, так чтобы отношение двух
емкостей и, следовательно, коэффициент усиления системы не зависели от температуры или других
изменений диэлектрической постоянной жидкости. Второй конденсатор может иметь относительно небольшие
размеры, поскольку напряжение на нем не будет превышать напряжение вольтметра, который следует
подключить, как показано на рисунке, между внешней сферой нижнего конденсатора и проводом 9,
соединяющим две внутренние сферы 6, 61.
Конечно, вместо сферической формы детали 5, 6, 51 61 могут иметь любую другую подходящую форму,
например, прямоугольную или многоугольную форму.
Вышеописанное устройство подходит для измерения напряжения между одной высоковольтной линией и
землей, но для измерения напряжения между двумя высоковольтными линиями может быть использована
схема, показанная на рисунке 3. В этой конструкции два сферических конденсатора 5a, 6a и 5b, 6b
установлены на высоковольтных изоляторах I, а между их внутренними сферами соединен третий
экранированный конденсатор 11, состоящий из двух или более параллельных пластин в металлическом
контейнере 12, при этом измерительный вольтметр подключен к пластинам этого третьего конденсатора, а
два высоковольтных провода 4a, 4b подведены к внешним сферам сферических конденсаторов.
С помощью трех одинаковых сферических конденсаторов, соединенных с тремя пластинчатыми
конденсаторами, сгруппированными в звезду или цепь, в общем сферическом корпусе t,5, можно определить
напряжение между тремя линиями трехфазного высоковольтного источника питания. Всю систему
предпочтительно заполнить маслом или другой жидкостью с высокой изоляционной способностью и
диэлектрической прочностью для обеспечения постоянства отношения емкостей при всех температурах, или
же ее можно заполнить воздухом под высоким давлением.
Соседние файлы в папке патенты