Попов / Попов билеты / 2

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических и счетно-решающих устройствах. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.

 

Конструктивно вращающиеся трансформаторы подобны асинхронным машинам с фазным ротором. У них как на статоре, так и на роторе имеется по две симметричные обмотки, оси которых сдвинуты между собой в пространстве на электрический угол, равный 90°. Во вращающихся трансформаторах принимают меры к тому, чтобы распределение магнитной индукции в воздушном зазоре было по возможности близким к синусоидальному. Достигается это за счет специального выполнения обмоток, выбора соответствующего числа пазов статора и ротора, применения скоса зубцов и тщательного изготовления магнитопровода.

На рис. 1 представлена принципиальная схема синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Обмотка S статора включается в сеть переменного тока со стабилизированным напряжением U₁. Эта обмотка является обмоткой возбуждения. Пульсирующий магнитный поток, обусловленный током этой обмотки, индуктирует в обмотках ротора ЭДС, значения которых зависят от угла поворота ротора α. Угол α, будем отсчитывать от положения ротора, когда ось его обмотки 1Рперпендикулярна оси обмотки S статора. В этом случае в обмотке 1Риндуктируется ЭДС, пропорциональная sin α, а в обмотке 2Р - пропорциональная cos α. В зависимости от того, какая из обмоток используется, получаем синусный или косинусный, а при использовании обеих обмоток ротора - синусно-косинусный вращающийся трансформатор.

 

При нагрузке по обмоткам ротора потечет ток, который создает магнитные потоки, направленные вдоль осей этих обмоток. Потоки каждой обмотки можно разложить на две составляющие - продольную, совпадающую с осью обмотки возбуждения, и поперечную, направленную перпендикулярно этой оси. Продольная составляющая потока обмотки ротора вместе с потоком обмотки возбуждения создают основной рабочий поток вращающегося трансформатора, который, как и в трансформаторе, зависит от подведенного напряжения и при U₁ = const постоянен.

 

Поперечная же составляющая потока Ф_q = Ф соs α индуктирует в обмотках ротора ЭДС, искажающую синусную или косинусную зависимость напряжения от угла поворота. По отношению к поперечному потоку Ф_q, обмотка 1Р является косинусной обмоткой, и поэтому ЭДС, индуктированная в ней этим потоком, пропорциональна Фsin²α. Можно показать, что если включить обмотку 2Р, то в ней от ее поперечного потока будет индуктироваться ЭДС, пропорциональная Фsin²α.

 

Для того чтобы избежать погрешностей от поперечных потоков, применяется симметрирование. Симметрирование может быть проведено как на вторичной, так и на первичной стороне. При симметрировании на вторичной стороне обе обмотки ротора замыкаются на одинаковую нагрузку Z_нг1 = Z_нг2. В этом случае поперечные потоки обмоток будут численно равны, но так как они направлены встречно, то произойдет их взаимная компенсация.

 

При симметрировании на первичной стороне обмотку статора К замыкают на элемент, комплексное сопротивление которого Z_K,C численно равно внутреннему комплексному сопротивлению источника питания обмотки S. В этом случае поперечный магнитный поток ротора будет ослабляться за счет размагничивающего действия потока обмотки К.

 

Практически симметрирование проводится одновременно как со вторичной, так и с первичной стороны.

 

Максимальная погрешность воспроизведения функций sin α и cos α во вращающихся трансформаторах высокого класса точности не превышает 0,01-0,03%.

На рис. 2 показана схема включения линейного вращающегося трансформатора. Обмотка S включена в сеть переменного тока, а обмоткаК статора и обмотка 1Р ротора соединены последовательно, и напряжение на нагрузке Z_нг в пределах угла α = 0 ÷ 60° изменяется практически пропорционально углу α. Обмотка 2Р в целях симметрирования замыкается на сопротивление Z_к,p. Это сопротивление подбирается таким образом, чтобы поперечные потоки обмотки 1Р и 2Р компенсировали друг друга.