20. Поворотные трансформаторы. Общие положения

Поворотными (вращающимися) трансформаторами называются небольшие индукционные машины, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное либо самому углу, либо его функции.

Различают: 1) синусно–косинусные поворотные трансформаторы (СКПТ), которые выдают два напряжения, изменяющиеся по гармоническому законуи; 2)линейные поворотные трансформаторы (ЛПТ), выходное напряжение которых изменяется по закону.

Рис.6.1. Условная схема поворотного трансформатора

Поворотные трансформаторы (ПТ) состоят из статора и ротора, в пазах которых уложено по две взаимно перпендикулярных обмотки (рис.6.1). Одну из статорных обмоток называют обмоткой возбуждения – В, другую – компенсационной– К. Обмотки ротора носят названия синусной – S и косинусной– C. Параметры статорных обмоток полностью идентичны друг другу. Тоже самое справедливо и для роторных обмоток.

ПТ относятся к электрическим машинам высокой точности. Достаточно сказать, что изменение взаимной индуктивности между статором и ротором должно отличаться от гармонического закона не более чем на 0,05%.

Потребляемая поворотными трансформаторами мощность составляет несколько вольт–ампер при напряжении до 115 В и частоте 50, 400 и 2500 Гц.

20.1. Синусно–косинусные поворотные трансформаторы

Для начала рассмотри работу СКПТ в режиме холостого хода ().

Рис. 6.2. Схема включения СКПТ в режиме холостого хода

При питании обмотки возбуждения переменным током возникает пульсирующий магнитный поток возбуждения , который индуцирует в обмотках ротора ЭДС. Поскольку взаимная индуктивность между статором и ротором является гармонической функцией угла поворота, можно утверждать, что эти ЭДС будут:и, где –наибольшее значение ЭДС роторной обмотки при совпадении ее оси с осью обмотки возбуждения. Поток и в самой обмотке возбуждения индуцирует ЭДС. Взяв отношения ЭДС, получим значения коэффициентов трансформации:

где .

С использованием этого понятия

;

т.е. в режиме холостого хода ЭДС СКПТ являются гармоническими функциями угла поворота ротора.

Рис.6.2. Схема включения СКПТ в режиме нагрузки а) и диаграмма потов б)

При подключении к синусной обмотке нагрузки Z_sн по обмотке потечет ток,

где – ЭДС синусной обмотки при нагрузке. Возникнет поток синусной обмотки, ось которого совпадает с осью синусной обмотки (рис.6.2). Разложим его на продольнуюи поперечнуюсоставляющие:и.

Продольная составляющая пытается размагнитить СКПТ, но ее действие компенсируется увеличением тока возбуждения.

Поэтому в первом приближении можно считать, что поток возбуждения и в режиме холостого хода и в режиме нагрузки остается примерно одинаковым . Он наведет в синусной обмотке ЭДС взаимной индуктивности, практически равную ЭДС при холостом ходе

Поперечный поток является потоком самоиндукции, который тоже индуцирует ЭДС

где и– составляющие тока и индуктивного сопротивления обмотки по оси q. Подставляя значение тока, получим

Тогда полное значение ЭДС синусной обмотки при нагрузке

Решив это уравнение относительно , получим

Здесь – комплексный коэффициент, зависящий от параметров нагрузки и синусной обмотки ротора.

Если бы нагрузку подключили к косинусной обмотке, получили бы

Здесь – комплексный коэффициент, зависящий от параметров нагрузки и косинусной обмотки ротора.

Рис.6.3. Зависимости выходного напряжения СКПТ при холостом ходе (1), нагрузке (2) и

амплитудной погрешности от угла поворота ротора

Из (6.1) и (6.2) видно, что при нагрузке выходные ЭДС СКПТ уже не являются гармоническими функциями угла поворота ротора. Возникают погрешности, относительные значения которых: и.

Поскольку коэффициенты икомплексные числа, можно говорить об амплитудной и фазовой погрешностях.

На рис. 6.3 показаны зависимости ЭДС синусной обмотки при холостом ходе (кривая 1), при нагрузке (кривая 2) и амплитудной погрешности (кривая 3) в функции угла поворота ротора.