15. 16. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор. Первичное симметрирование. Вторичное симметрирование

На статоре этого трансформатора расположены обмотки В и К, а на роторе — обмотки S и С (см. рис. 5.24). При холостом ходе напряжения на синусной S и косинусной С обмотках ротора равны соответствующим ЭДС: US0 = ES0 = kЕв sin θ; UC0 = EC0 = kЕв cos θ, (5.49)

т.е. изменяются по требуемым законам. Аналогичный режим работы возникает в случае, когда нагрузка синуснокосинусного

Рис.   5.26.   Векторная   диаграмма МДС при  подключении нагрузки  к  синусной обмотке трансформатора представляет собой электронное устройство с большим входным сопротивлением.

Если к синусной обмотке S подключить некоторую нагрузку Zн S , то по обмотке пойдет ток

ÍS = ÉS /(ZS + ZнS ), (5.50)

где ZS — сопротивление обмотки S, которое считаем постоянным.

Ток IS создает МДС ротора FS . Как видно из рис. 5.26, ось этой МДС совпадает с осью фазы S , поэтому ее можно представить в виде суммы двух составляющих: продольной FSd = FS sin θ и поперечной FSq = FS cos θ. Продольная составляющая FSd создает в обмотке возбуждения В компенсирующий ток, МДС которого Fв , так же как и в двухобмоточном трансформаторе, компенсирует действие FSd .

Результирующий продольный поток Фd индуцирует ЭДС в обмотке S

ESd = kEв sinθ. (5.51)

Поперечная составляющая FSq создает во вращающемся трансформаторе поперечный поток Фq . Относительно поперечного потока Фq обмотка S является косинусной и, следовательно, в ней индуцируется ЭДС

ESq = 4,44f1 w2 ko62 Фqm cos θ = CFS cos2 θ, (5.52)

где С — постоянная.

Таким образом, при нагрузке в синусной обмотке кроме требуемой ЭДС, пропорциональной синусу угла поворота θ, индуцируется ЭДС, пропорциональная току нагрузки и квадрату косинуса θ. Эта добавочная составляющая ЭДС вызывает появление погрешностей. Аналогично в косинусной обмотке при нагрузке поперечным потоком Фq индуцируется добавочная ЭДС ECq , пропорциональная току нагрузки и квадрату синуса θ, которая также вызывает появление погрешностей.

Для устранения погрешности вращающегося трансформатора, обусловленной поперечным потоком Фq , применяют так называемое симметрирование трансформатора, т. е. компенсацию поперечного потока ротора. Существует два способа симметрирования: вторичное (со стороны ротора) и первичное (со стороны статора).

Рис. 5.27. Схема синусно-косинусного трансформатора со вторичным симметрированием и диаграмма МДС, создаваемых обмотками ротора

Вторичное симметрирование. Для уменьшения погрешности выходного напряжения, снимаемого с синусной обмотки, подключают к косинусной обмотке сопротивление ZнС (рис. 5.27, а). В этом случае ток, проходящий по обмотке С, создает МДС FС , которую можно представить, так же как и МДС FS , в виде векторной суммы двух составляющих (рис. 5.27,б): продольной FСd = FС cos θ и поперечной FCq = FС sin θ. Продольная составляющая FCd совпадает по направлению с FSd , a поперечная составляющая FCq направлена против FSq . При FCq = FSq поперечный поток Фq = 0. Следовательно, не возникает и погрешность, обусловленная этим потоком. Сопротивление ZнС, при котором обеспечено полное симметрирование, можно определить из условия

FS cos θ = FC sin θ(5.53)

или с учетом значений FS и FC

ZS + ZнS = ZC + ZнC , (5.54)

т. е. полное симметрирование наблюдается при равенстве комплексных сопротивлений в цепи обмоток S и С ротора, т. е. их активных и реактивных составляющих. При вторичном симметрировании компенсируются МДС по поперечной оси; кроме того, ток Iв в обмотке возбуждения поворотного трансформатора не зависит от угла поворота, так как в формулу для результирующей продольной составляющей МДС ротора F́2d = F́Sd + F́Cd (определяющей силу тока Iв) не входит какаялибо функция угла θ:

F́2d = F́S sin θ + F́C cos θ =

0,9kÉв w2 kоб2 sin θ ZS + ZнC

sin θ +

0,9kÉв w2 kоб2 cos θ ZC + ZнC

cos θ =

0,9kw2 kоб2 Z2 + Zн

Éв ,

где Z2 = ZS = ZC ; Zн = ZнS = ZнC .

В результате уменьшается погрешность поворотного трансформатора.

Рассмотренный метод симметрирования практически применим только при постоянном сопротивлении нагрузки, что является его недостатком.

Первичное симметрирование. Для уменьшения погрешности выходного напряжения снимаемого, например, с обмотки S (рис. 5.28, а), компенсационную обмотку К статора замыкают на какое-либо малое сопротивление ZK или накоротко. В этом случае по поперечной оси вращающегося трансформатора действует результирующая МДС

Fq = FSq + FK , (5.55)

где FK — МДС, создаваемая компенсационной обмоткой.

Так как обмотка К относительно поперечного потока Фq представляет собой замкнутую накоротко вторичную обмотку трансформатора, то ее МДС F́K направлена против МДС F́Sq «первичной» обмотки, и результирующая МДС Fq , так   же   как   и   в   трансформаторе   тока, значительно

Рис, 5.28. Схемы синусно-косинусных вращающихся трансформаторов

меньше МДС FSq . Поэтому поперечный поток Фq и вызванная им погрешность резко уменьшаются. При изменении нагрузки, подключенной к обмотке ротора, МДС FK изменяется примерно пропорционально МДС FSq , вследствие чего степень компенсации поперечного потока остается практически неизменной. Это является достоинством данного метода симметрирования. Однако при изменении угла поворота ротора θ изменяется ток Iв в обмотке возбуждения и при заданном напряжении Úв изменяется ЭДС Éв . В результате появляется дополнительная погрешность в значении выходных напряжений ÚS и ÚC на зажимах синусной и косинусной обмоток. Поэтому во вращающихся трансформаторах обычно применяют одновременно первичное и вторичное симметрирование (рис. 5.28,б). Рассмотренные методы компенсации поперечного потока Фq позволяют использовать в качестве выходной как синусную, так и косинусную обмотки. Поэтому вращающийся трансформатор, включенный по схеме, изображенной на рис. 5.28,б, называют синусно-косинусным.