33. Ондограф и осцилограф.
Широкое применение переменных токов провело к необходимости иметь в отдельных случаях действительные формы кривых, а не только их приблизительные формы. Описываемые приборы как раз дают непосредственно в виде кривой зависимость силы тока, напряжения или другой электрической величины от времени. Ондограф Госпиталье дает полную и непрерывную автоматическую запись кривой целых периодов переменного тока по времени.
Для получения кривой целого периода какой-либо величины переменного тока достаточно разделить время одного периода на некоторое число равных частей, нанести их в виде абсцисс на бумагу, найти каким-либо образом значение исследуемой величины для каждой части и нанести их значения в виде ординат. Чем больше таких точек будет найдено, тем вернее и действительнее будет найденная форма кривой, построенная по ряду ординат.
На практике такой способ почти невозможен в виду слишком небольшой продолжительности одного периода переменного тока. Так, например, если исследуемая цепь работает при 50 периодах в секунду, то продолжительность одного периода, будет Т = 1 : 50 = 0,02 секунды.
При такой быстроте изменений возможна только автоматическая запись, какую выполняет, в частности, и ондограф. В этом приборе соединены обыкновенный самозаписывающий гальванометр и коммутатор, приводимый во вращение небольшим двигателем и имеющий целью включать последовательно один раз при каждом своем обороте гальванометр в цепь конденсатора, заряжаемого от исследуемой сети. Устройство коммутатора таково, что каждое последующее включение гальванометра в конденсатор соответствует новому моменту (фазе) периода временного тока, при чем разницы или сдвиги между смежными фазами (моментами) равны и составляют примерно 0,001 периода. Прибор таким образом производит последовательное определение ряда точек кривой.
Идея устройства ондографа такова. К зажимам I и II (рис. 110) подводится напряжение от того источника тока, форму кривой электродвижущей силы которого нужно получить. Коммутатор К соединяет конденсатор С по очереди то с точками I—II, сообщая при этом ему зарядку, то с гальванометром, на который конденсатор и разряжается. Самозаписывающий гальванометр имеет рычажную стрелку с пишущим пером на конце. При каждом включении гальванометра в цепь конденсатора стрелка , получает импульс, пропорциональный напряжению фазы в данный момент и отмечает точку на бумаге, помещенной на равномерно вращающемся барабане.
Барабан с бумагою проводится в равномерное вращение синхронным электродвигателем при помоши зубчатой передачи. Этот же двигатель приводит во вращение и коммутатор. Зубчатая передача подсчитана таким образом, что, в то время, как мотор делает 1000 оборотов, коммутатор — только 999, а барабан с бумажной лентой — 1/3 оборота.
Коммутатор представляет собою валик, по которому скользят щетки a, b и c, при чем щетка с находится все время в контакте с валиком, щетка b только на незначительную часть оборота валика разобщается от него изолирующей прокладкой на валике, щетка а попадает на изоляцию, когда щетка b имеет контакт с валиком, и, наоборот, получает контакт, когда щетка b попадает на изоляцию. В момент одновременного контакта щеток а и с происходит зарядка конденсатора К, во время соединения через валик щеток b и с происходит его разрядка. Таким образом, при каждом обороте валика коммутатора сначала более короткий промежуток времени происходит зарядка конденсатора и затем в более длительный промежуток времени — его разрядка и, одновременно — запись одной точки кривой. Эти точки, отмечаемые на бумаге гальванометром во время каждого оборота коммутатора, имеют ординаты пропорциональные мгновенным значениям исследуемой величины в данные моменты.
Электродвигатель имеет две пары полюсов. Поэтому его один оборот соответствует двум полным периодам, а начало каждого оборота всегда совпадает с началом периода исследуемой величины. Так как отношение зубчатой передачи двигателя равно 1000 : 999, то начало каждого оборота коммутатора по отношению к началу оборота мотора и началу периода отстает на 0,001 оборота, откуда следует, что включение гальванометра в конденсатор последует с запозданием по порядку числа оборотов во время фаз, равных 0,001, 0,002, 0,003, 0,004 и т.д. За время тысячи оборотов двигателя, гальванометр отметит на бумаге 999 пунктов кривой одного периода, а так как барабан делает только 1/3 оборота за 1000 оборотов двигателя, то во время целого оборота барабана на его бумаге получится запись трех периодов.
При помощи ондографа возможно получение действительных форм кривых следующих величин: кривой напряжения переменного тока, кривой нагрузки переменного тока, кривой напряжения и нагрузки одновременно и кривой гармоник разных разрядов. Кривые при этом должны соответствовать числам периодов от 25 до 70.
Однофазный синхронный двигатель сконструирован для работы при 25 до 70 периодах и напряжении в 100—120 вольт. Пускается в ход он от руки, при помощи специальной рукоятки и таким путем доводится до синхронизма. В качестве синхроноскопа служит насаженный на один из зубчатых колес диск, разграфленный на черные и белые секторы. В тот момент, как двигатель попадает в синхронизм с сетью, в которую он должен быть включен, диск с белыми и черными секторами покажется неподвижным. Диск должен быть освещен лампой накаливания от той сети, к которой будет присоединен двигатель и которая, вместе с тем, подлежит исследованию.
Если ондограф дает чернильную запись кривой изменения какой-либо переменной электрической величины, то осциллограф дает или отпечаток кривой на светочувствительной пластинке или бумаге или — световое изображение на экране. Устройство его следующее (рис. 111).
Длинная тонкая проволока (рис. 111-а и 111-б) перекинута через ролики R и r и в натянутом состоянии укреплена на зажимах А и В, при чем с обеих сторон образующейся проволочной дуги находятся полюсы N и S сильного постоянного магнита. Если по проволочке прибора идет ток в направлении, указанном стрелками, то он будет испытывать вращающую пару в определенную сторону. Если направление тока изменится, то изменится и направление действия вращающей пары. На проволочной дуге или, как ее обыкновенно называют, — шлейфе укреплено маленькое зеркальце m, которое поворачивается вместе с шлейфом под действием той же вращающей пары сил. Если на зеркальце отбросить свет так, чтобы он отражался и падал на специальный экран S (рис. 111-в), то луч света на последнем будет иметь перемещения по некоторой прямой, размах которой будет пропорционален углу отклонения зеркальца и, следовательно, силе тока, проходящего по шлейфу. Вся система с зеркальцем очень подвижна и изменения угла поворота последнего вполне успевают за изменениями силы тока в шлейфе. Для того, чтобы развернуть колеблющееся световое пятно нужно сообщить экрану движение. Лучше всего, если он будет вращающимся (рис. 111-г), при чем направление его вращения должно быть в сторону, перпендикулярную направлению колебания луча. Один полный оборот экрана должен соответствовать одному периоду переменного тока. Если на экран наложить лист светочувствительной бумаги, то на последней получится изображение в виде кривой.
