Схемы включения вращающихся трансформаторов

Примеры условных графических обозначений обмоток ВТ приведены на рис.1.4.

г)

в)

б)

а)

Рис.1.4. Обозначения обмоток ВТ

На рис.1.4,а приведено полное изображение обмоток контактного ВТ, имеющего двухфазные обмотки статора и ротора. С целью уменьшения количества контактных колец два вывода роторной обмотки объединяются. При упрощенном обозначении данного ВТ ротор представляется в виде окружности с соответствующими выводами – рис.1.4,б.

Бесконтактные ВТ часто имеют одну роторную обмотку машинной части, которая соединяется с роторной обмоткой переходного кольцевого трансформатора – рис.1.4,в. Некоторые бесконтактные ВТ с ПКТ имеют две роторные обмотки машинной части, одна из которых с целью так называемого первичного симметрирования замыкается накоротко – рис.1.4,г.

В зависимости от схемы включения обмоток ВТ и получаемой при этом функции параметров выходных напряжений от угла поворота ротора, в частности, различают: синусный ВТ, синусно-косинусный ВТ, линейный ВТ, фазовращатель. Схема синусного ВТ без симметрирования приведена на рис.1.5,а.

б)

а)

Рис.1.5. Схема синусного ВТ без симметрирования (а) и
векторные диаграммы магнитных потоков (б)

Одна из обмоток статора, которая может быть названа обмоткой возбуждения ОВ, питается напряжением , изменяющимся в соответствии с (1.3). Ток I_в данной обмотки создает пульсирующий поток возбуждения Ф_d, направленный по оси данной обмотки (продольной оси d). Если пренебречь падением напряжения на внутреннем сопротивлении обмоток ОВ, напряжение уравновешивается ЭДС , наводимой потоком Ф_d,

(1.10)

где w_эф – эффективное число витков обмотки статора.

Исходя из (1.3), (1.10), максимальное значение пульсирующего магнитного потока по оси d

(1.11)

Таким образом, величина потока Ф_d определяется приложенным напряжением.

Поток Ф_d наводит в синусной обмотке ротора SО ЭДС е_S, величина которой является синусоидальной функцией угла поворота α. При холостом ходе, когда сопротивление нагрузки z_HS = ∞, напряжение нагрузки . Для ВТ с одной парой полюсов

, (1.12)

где - коэффициент трансформации (w_эф2 – эффективное число витков обмотки ротора).

При наличии нагрузки z_HS протекает ток i_S, который создает поток Ф_S, направленный по оси обмотки SО. Потоки, создаваемые токами i_В, i_S, можно изобразить в виде векторов и , направленных по осям соответствующих обмоток, - рис.1.5,б.

Вектор можно представить в виде суммы продольной и поперечной составляющих. Составляющая компенсируется изменениями тока i_S, и результирующий поток Ф_d в соответствии с (1.10), (1.11) остается неизменным. Составляющая наводит в обмотке ротора дополнительную ЭДС, что приводит к отклонению зависимости напряжения нагрузки от синусоиды, то есть к появлению амплитудной погрешности. Кроме того, возникает и фазовая погрешность – сдвиг фазы выходного напряжения относительно питающего.

Для уменьшения погрешностей применяют симметрирование ВТ – первичное и вторичное. При вторичном симметрировании (рис.1.6) обе обмотки ротора – синусная SО и косинусная СО нагружаются на одинаковые сопротивления

. (1.13)

б)

а)

Рис. 1.6. Схема ВТ со вторичным симметрированием (а) и векторные диаграммы магнитных потоков (б)

Токи i_S и i_С создают потоки и , поперечные составляющие которых и взаимно компенсируются, - рис.1.6,б.

Вращающийся трансформатор со вторичным симметрированием фактически является синусно-косинусным.

Недостатком вторичного симметрирования является необходимость соблюдения условия (1.13).

При первичном симметрировании (рис.1.7,а) вторую обмотку статора, называемую в таком случае квадратурной обмоткой КО, обычно замыкают накоротко. Поперечная составляющая наводит в КО ЭДС, под действием которой протекает ток i_к, создающий поток . Данный поток компенсирует (рис.1.7,б), что уменьшает погрешность.

а)

б)

Рис. 1.7. Синусный ВТ с первичным симметрированием

Недостатком первичного симметрирования является зависимость входного сопротивления ВТ от угла α. Это приводит к некоторой погрешности из-за изменения падения напряжения в контуре обмотки возбуждения.

В ряде случаев одновременно используется первичное и вторичное симметрирование. Схема линейного ВТ с первичным симметрированием приведена на рис.1.8. Для напряжения Uвых на нагрузке zН можно записать (1.14) где kТ – коэффициент трансформации; U вых, UВ – действующие значения выходного и питающего напряжений. При kТ = 0,52÷0,56 отклонение зависимости Uвых = f(α) от линейной не более 1 % в

диапазоне изменения α от -55˚ до +55˚.

Схема фазовращателя с двухфазным питанием приведена на рис.1.9,а.

Рис.1.9. Схемы ВТ в режиме фазовращателя

К одной из обмоток ротора подключается нагрузка z_Н. Обмотки статора питаются напряжениями

(1.15)

Создаваемое при этом вращающееся магнитное поле наводит в выходной обмотке ЭДС, фаза которой зависит от угла поворота ротора α. Для напряжения нагрузки U_вых можно записать

(1.16)

где U_{m 1}, ψ – константы; р – число пар полюсов ВТ.

Схема фазовращателя с однофазным питанием приведена на рис.1.9,б. К роторным обмоткам присоединяются нагрузка z_Н, емкость С₁ и резистор R₁. Для получения режима фазовращателя необходимо соблюдать условия

(1.17)

где и - выходные сопротивления ВТ; ω – частота питания.

Частота питания ВТ обычно лежит в окрестности
2 кГц. При этом > . Для соблюдения условия (1.17) последовательно с каждой обмоткой ротора включают добавочный резистор.

На основе ВТ также строятся системы дистанционной передачи угла (СДПУ), подобные трансформаторной СДПУ на сельсинах. Возможный вариант такой системы приведен на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Вариант СДПУ с использованием ВТ

Ротор вращающегося трансформатора – датчика ВТ-Д связан с ведущим валом. Ротор вращающегося трансформатора – приемники ВТ-П соединен с ведомым валом - валом объекта управления ОУ. Роторная обмотка ВТ-П питается переменным напряжением возбуждения u_в. ЭДС, наводимые в статорной обмотке ВТ-П, питают статорную обмотку ВТ-Д. В роторной обмотке ВТ-Д наводится ЭДС е_у, величина которой зависит от угла рассогласования a между положениями роторов ВТ-Д и ВТ-П. При a = 0 ЭДС е_у = 0.

Напряжение роторной обмотки ВТ-Д u_у, поступающее в устройство управления УУ, является сигналом задания скорости двигателя ОУ. Если a ¹ 0, то и ЭДС u_у ¹ 0 и М1 вращает вал ОУ до устранения рассогласования a. При повороте ротора ВТ-Д на заданный угол на тот же угол поворачивается вал, с которым связан ротор ВТ-П.

Рассматриваемая система используется, например, в станках с ЧПУ. При управлении координатой станка от устройства ЧПУ используется лишь ВТ-П. Выходные напряжения статорной обмотки ВТ-П служат для получения сигнала обратной связи по положению. При «ручном» управлении система переключается в режим СДПУ (рис.1.10) и координата станка управляется за счет поворота ротора ВТ-П.

Вращающиеся трансформаторы являются более точными датчиками, чем сельсины.

К примеру, у синусных ВТ погрешность отображения функциональной зависимости для разных классов точности составляет от 0,005 до 0,2 %. Погрешность вычисляется относительно наибольшего значения выходного напряжения.

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЬСИНОВ»

Дата добавления: 2015-09-05