14.2. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (сквт)

СКВТ в синусном режиме. В этом режиме СКВТ используется лишь одна (синусная) обмотка ротора w₂ (рис. 14.2, а).

Рис. 11.2. Синусный вращающийся трансформатор

При включении в сеть обмотки возбуждения w_l в ней появляется ток I₁, который наводит магнитный поток Ф₁. Сцепляясь со вторичной обмоткой, этот поток индуктирует в ней ЭДС Е₂, величина которой зависит от положения вторичной обмотки относительно обмотки возбуждения, т. е. от угла поворота ротора α. При холостом ходе на выходе ВТ появляется напряжение

, (14.1)

где — наибольшее значение напряжения, соответствующее α=90°. При подключении нагрузки Z_H к зажимам вторичной обмотки Р1 — Р2 в ее цепи появляется ток I₂. Созданный этим током магнитный поток Ф₂ можно разложить на две составляющие: составляющую , направленную по продольной оси ВТ встречно магнитному потоку возбуждения, и составляющую , направленную по поперечной оси ВТ, т. е. перпендикулярно обмотке возбуждения, и вызывающую искажение магнитного поля ВТ (рис. 14.2, б).

Размагничивающее влияние составляющей Ф_2d уравновешивается увеличением тока в обмотке возбуждения.

ЭДС самоиндукции, наводимая составляющей Ф_2q в обмотке w₂, нарушает синусоидальную зависимость напряжения U₂ от угла α и вызывает значительную погрешность вращающегося трансформатора, которая возрастает с увеличением нагрузки (тока I₂). Устра­нение искажающего действия ЭДС самоиндукции обычно осуществляется так называемым симметрированием трансформатора. Симметрирование может быть первичным и вторичным.

В синусном режиме СКВТ, когда включена только одна вторичная обмотка, применяется первичное симметрирование, основанное на использовании компенсационной обмотки w_K. Если внутреннее сопротивление источника Z_i и соединительных проводов Z_Л мало (Z_i+Z_Л≈0), то обмотка w_K замыкается накоротко. Если же Z_i достаточно велико, что имеет место при питании ВТ от источника небольшой мощности, то обмотка w_K замыкается на резистор сопротивлением

Z_к.н=Z_i +Z_Л

Магнитный поток Ф_2q, сцепляясь с компенсационной обмоткой, наводит в ней ЭДС Е_к. Так как обмотка замкнута накоротко, то в ней появляется ток I_к, который создает в магнитной цепи машины магнитный поток компенсационной обмотки Ф_к. Этот поток в соответствии с правилом Ленца, направлен против потока Ф_2q (поток Ф_2q является причиной возникновения Е_к и потока Ф_к). В результате поток Ф_2q окажется в значительной степени скомпенсированным потоком Ф_к, и погрешность ВТ, вызванная нагрузкой, значительно уменьшится.

СКВТ в синусно-косинусном режиме. В этом режиме в cxему СКВТ включают обе обмотки ротора — w₂ и w₃, смещенные в пространстве относительно друг друга на 90° (рис. 14.3, а).

Рис. 14.3. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор

Зависимость напряжения обмотки w₂ от угла поворота ротора α определяется выражением (14.1), а напряжение на выходе обмотки w₃

(14.2)

Из выражения (14.2) видно, что напряжение U₃ при повороте ротора на угол α изменяется пропорционально косинусу этого угла.

Таким образом, на выходе СКВТ получается два напряжения – U₂ и U₃: первое изменяется пропорционально sinα, а второе — пропорционально cosα (рис. 14.3, б).

Обмотки w₂ и w₃ обычно имеют одинаковые параметры, а поэтому наибольшие значения напряжений U_{2 наиб} и U_{3 наиб} также одинаковы

где U₁ - напряжение на входе ВТ, т.е. на зажимах обмотки возбуждения w₁.

Таким образом, выражения напряжений на выходе СКВТ [см. (14.1) и (14.2)] могут быть записаны иначе:

(14.3)

(14.4)

Рассмотрим работу СКВТ в случае неравенства нагрузок:

,

где - сопротивление нагрузки в цепи синусной обмотки; - сопротивление нагрузки в цепи косинусной обмотки.

При включении этих нагрузок в цепях обмоток ротора появятся

токи и , которые создадут в магнитной цепи ВТ магнитные потоки и (рис. 11.3, в). Поперечные составляющие этих потоков и направлены навстречу друг другу и частично взаимно компенсируются. Полная взаимная компенсация поперечных потоков происходит при равенстве МДС синусной п косинусной обмоток по поперечной оси:

I₂w₂k₂cosα = I₃w₃k₃sinα, (14.5)

где k₂ и k₃ — обмоточные коэффициенты обмоток ротора. Токи в обмотках ротора при полной компенсации

(14.6)

(14.7)

где Z₂ и Z₃ – полные сопротивления синусной и косинусной обмоток трансформатора.

Подставив выражения токов из (14.6) и (14.7) в равенство (14.5), получим

(14.8)

Синусная и косинусная обмотки делаются одинаковыми, поэтому w₂=w₃ и Z₂=Z₃. тогда равенство (14.8):

или

Таким образом, полная взаимная компенсация поперечных составляющих потоков обмоток ротора происходит при равенстве нагрузочных сопротивлений в синусной и косинусной цепях вращающегося трансформатора. Такая компенсация поперечных составляющих потоков реакции вторичных обмоток называется вторичным симметрированием.

Если же нагрузочные сопротивления и не равны, то вторичное симметрирование получается неполным, так как поперечные составляющие и взаимно компенсируются лишь частично, и в магнитной цепи ВТ появляется магнитный поток, направленный по поперечной оси:

Этот поток наводит в роторных обмотках ЭДС самоиндукции, что ведет к искажению заданных функциональных зависимостей выходных напряжений. Магнитный поток при может быть скомпенсирован за счет первичного симметрирования, т. е. за счет потока , создаваемого током короткозамкнутой компенсационной обмотки.

При полном вторичном симметрировании ВТ входное сопротивление Z_BX не зависит от положения ротора (угла α). Поэтому ток и мощность, потребляемые ВТ, также не зависят от угла α. На этом основан метод подбора нагрузочных сопротивлений синусной Z'_Н и косинусной Z"_Н обмоток для осуществления полного вторичного симметрирования, называемый методом амперметра ( рис. 14.4).

Рис. 14.4. Схема настройки симметрирования СКВТ методами амперметра и вольтметра.

Сущность метода состоит в том, что подбираются такие значения и , при которых поворот ротора не вызывает изменения показаний амперметра А, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Более точным методом вторичного симметрирования является метод вольтметра. Так как при полном вторичном симметрировании поперечные составляющие потоков синусной и косинусной обмоток взаимно уравновешиваются, то в компенсационной обмотке ЭДС не наводится. Следовательно, сопротивления и подбираются такими, чтобы показание вольтметра V, включенного в' цепь компенсационной обмотки, было нулевым во всех положениях ротора.

Лекция №15 ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ