3.6 Вращающиеся трансформаторы (вт)

Конструктивно ВТ выполняют так же, как АД с фазным ротором. На статоре и роторе ВТ размещены по две взаимно перпендикулярные обмотки. Ротор поворачивают с помощью точного редукторного механизма. Редуктор со шкалами грубого и точного отсчета встраивают в корпус ВТ или изготовляют отдельно и соединяют с валом ВТ.

В соответствии со схемой соединения обмоток различают:

• синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ);

• линейные вращающиеся трансформаторы (ЛВТ).

Схема соединения обмоток СКВТ показана на рисунке 8.

Рисунок 8 Рисунок 9

Напряжение питания U₁ подано на одну обмотку статора. С роторных обмоток снимаются два выходных сигнала U₂ и U₃, изменяющиеся соответственно по закону синуса и косинуса в функции угла поворота ротора. Если роторные обмотки подключить к каким-нибудь измерительным цепям, то по обмоткам пойдут токи нагрузки. Под влиянием токов нагрузки синусная и косинусная зависимости искажаются. Для устранения таких искажений выполняются так называемые операции симметрирования ВТ, заключающиеся в подборе соответствующих сопротивлений R₁ (первичное симметрирование) и R₂, R₃ (вторичное симметрирование).

Выходные напряжения вторичных обмоток СКВТ могут быть записаны в виде

.

Коэффициент пропорциональности k зависит от соотношения витков W₂/W₁ = W₃/W₁ и при выполнении симметрирования не зависит от угла поворота α (обычно W₂ = W₃).

Схема соединения обмоток ЛВТ показана на рисунке 9. Зависимость выходного напряжения U₂ от угла поворота ротора имеет вид

Для малых углов α можно принять , а, и зависимостьU₂ = ƒ(α) принимает вид

,

т.е. выходное напряжение имеет линейную зависимость от угла α. Относительная приведенная погрешность ЛВТ при соответствующем выборе обмоточных данных в диапазоне углов α до 50° может не превышать 0,05%.

Применение ВТ. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы применяют в автоматических устройствах, маломощных следящих системах, вычислительной технике для получения выходных напряжений пропорциональных функциям угла поворота ротора α, например, sinα, cosα или самому углу α.

ВТ используют также в качестве построителей для решения геометрических и тригонометрических задач.

В автоматических устройствах ВТ работают как в режиме поворота ротора в пределах определенных ограничений угла, так и при непрерывном вращении.

3.7 Сельсины

Для дистанционных передач угловых перемещений широко применяются также электромашинные элементы автоматики – сельсины. Они имеют однофазную обмотку на статоре и трехфазную обмотку синхронизации на роторе (возможно и обратное расположение обмоток). Сельсины могут работать:

• в индикаторном режиме;

• в трансформаторном режиме.

На передающей стороне устанавливается сельсин-датчик, а на приемной – сельсин-приемник, который должен автоматически повторять угол поворота сельсина-датчика.

В индикаторной схеме включения сельсинов (рисунок 10) обмотки возбуждения сельсина-датчика и сельсина-приемника подключаются к сети переменного тока, а обмотки синхронизации обоих сельсинов соединяются друг с другом проводами линии связи.

Рисунок 10

ЭДС в каждой из фаз обмотки синхронизации изменяется пропорционально косинусу угла между осью обмотки возбуждения и осью этой фазы. ЭДС фаз синхронизации датчика, ротор которого повернут на угол α, будут определяться уравнениями

;

;

.

ЭДС фаз синхронизации приемника, ротор которого повернут на угол β, будут определяться уравнениями

;

;

.

Под действием разности этих ЭДС по проводам линии связи между обмотками синхронизации пойдут токи

;

;

,

где Z – сопротивление фаз приемника, датчика и линии связи.

В сельсине-приемнике взаимодействие этих токов с магнитным потоком возбуждения вызывает появление вращающего момента.

,

где k_М – постоянный коэффициент, определяемый обмоточными и конструктивными данными сельсина.

Вращающий момент действует и на вал сельсина-датчика, однако, его угол поворота задан механизмом или чувствительным элементом, угловое перемещение которого подлежит контролю.

Для сельсинной индикаторной схемы очень важной характеристикой является величина удельного синхронизирующего момента, т.е. момента на 1° рассогласования.

Для сельсинов, используемых в промышленности, эта величина составляет

(4…50)∙10^-4 Нм.

Для повышения вращающего момента используется трансформаторная схема включения сельсинов.

В этой схеме обмотка возбуждения сельсина-приемника не подключается к сети , а с нее снимается напряжение, которое пропорционально синусу угла рассогласования. Это напряжение подается на усилитель, который питает электродвигатель, приводящий через редуктор сельсин-приемник в согласованное с сельсином-датчиком положение. Одновременно в требуемое положение устанавливается и нагрузка – тот производственный механизм, угловым перемещением которого требуется управлять на расстоянии.

Такие автоматические устройства называются следящими системами.

Наряду с контактными сельсинами большое распространение получили бесконтактные сельсины.

В контактных сельсинах подключение обмоток ротора во внешнюю цепь осуществляется с помощью контактных колец и щеток.

В бесконтактных сельсинах обмотки возбуждения и синхронизации размещены на статоре, а изменение магнитной связи между ними по синусоидальному закону обеспечивается с помощью безобмоточного ротора с неодинаковым магнитным сопротивлением по взаимно перпендикулярным осям. Надежность бесконтактных сельсинов существенно выше, чем контактных.