17.10 Вращающиеся трансформаторы

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. 17.19 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 1P перпендикулярна оси обмотки S статора. В этом случае в обмотке 1P индуктируется 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.

Рис. 17.19. Схема включения синусно-косинусного вращающегося трансформатора	Рис. 17.20. Схема включения линейного вращающегося трансформатора

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=Фcosα индуктирует в обмотках ротора ЭДС, искажающую синусную или косинусную зависимость напряжения от угла поворота. По отношению к поперечному потоку Ф_q обмотка 1P является косинусной обмоткой, и поэтому ЭДС, индуктированная в ней этим потоком, пропорциональна Фcos²α. Можно показать, что если включить обмотку 2Р, то в ней от ее поперечного потока будет индуктироваться ЭДС, пропорциональная Ф sin²α.

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, Щ 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.

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

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

На рис. 17.20 показана схема включения линейного вращающегося трансформатора. Обмотка S включена в сеть переменного тока, а обмотка К статора и обмотка 1P 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_k,p. Это сопротивление подбирается таким образом, чтобы поперечные потоки обмотки 1P и 2Р компенсировали друг друга.