Вращающиеся трансформаторы

Вращающийся трансформатор (индукционный электромашинный датчик) – небольшая электрическая машина, аналогичная по конструкции асинхронной машине с фазным ротором с равномерным воздушным зазором. В пазы статора и ротора уложены по две попарно одинаковые обмотки. Магнитные оси статорных обмоток С1-С2 и С3-С4 взаимно перпендикулярны и роторных обмоток Р1-Р2 и Р3-Р4 также взаимно перпендикулярны (рис. 8.9а).

Концы роторных обмоток соединены с внешней электрической цепью через контактные кольца и щетки, либо с помощью гибких проводников, если угол поворота ротора ограничен.

Обмотку С1-С2 статора называют обмоткой возбуждения. На нее подают переменное напряжение U_В. Обмотку С3-С4 называют квадратурной или компенсационной обмоткой. Обмотки ротора: Р1-Р2 – синусная, Р3-Р4 – косинусная.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) работает следующим образом. Если на обмотку возбуждения С1-С2 вращающегося трансформатора подано переменное напряжение U_В (рис. 8.12а), то обмотки ротора будут пронизываться пульсирующим магнитным потоком, созданным обмоткой возбуждения. В обмотках ротора будут индуцироваться трансформаторные ЭДС

E_S=kU_В sin α, E_C=kU_В cos α,

где α - угол поворота ротора относительно положения, при котором оси обмоток С1-С2 и Р3-Р4 совпадают; k - коэффициент трансформации (U_В →E_S, U_В →E_С - см. рис. 8.9б). Таким образом вращающийся трансформатор осуществляет преобразование угла поворота α в ЭДС E_S, E_С, изменяющиеся по закону синуса и по закону косинуса соответственно в зависимости от угла α.

Если к синусной обмотке (или к косинусной обмотке) подключается какое-либо устройство с небольшим входным сопротивлением, то возникает искажение синусоидальной (косинусоидальной) зависимости Е_S от α (Е_С от α). Искажение идеальной зависимости обусловлено реакцией якоря, вызывающей появление поперечного магнитного потока. Он наводит дополнительные ЭДС на выходе СКВТ. Для подавления поперечного магнитного потока применяют специальные меры симметрирования вращающегося трансформатора. При первичном симметрировании квадратурную обмотку замыкают через сопротивление определенной величины. При вторичном симметрировании через сопротивление замыкают роторную обмотку, с которой не снимается выходной сигнал.

Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) реализован по определенной схеме так, что первичное или вторичное симметрирование используют также для получения на выходе ЛВТ (на обмотке Р1-Р2) напряжения U_Н (рис. 8.9в), удовлетворяющего условию

^.

При выборе значения коэффициента трансформации k =0,52 напряжение U_Н с точностью до 0,1% будет линейно зависеть от угла α поворота ротора в диапазоне -55^о< α <50^o.

Вращающиеся трансформаторы, как и сельсины, могут применяться попарно в трансформаторном и индикаторном режимах. Для этого одноименные обмотки роторов двух вращающихся трансформаторов соединяют между собой. Точность преобразований, выполняемых вращающимися трансформаторами, как правило выше, чем у сельсинов. У вращающихся трансформаторов высших классов (ВТМ-4, ВТМ-5) погрешность составляет 20…30″.

Вращающиеся трансформаторы типа ВТМ в зависимости от способа подключения обмоток могут работать как СКВТ или ЛВТ. Они выполняются на напряжение 60 или 115 В, частоту 400 Гц, с коэффициентом трансформации 0,56 или 1, с частотой вращения не более 60 об/мин. Допустимая погрешность воспроизведения напряжения по тригонометрическому и линейному законам, отнесенная к максимальному значению напряжения, составляет: для нулевого класса точности ±0,06%; для I класса - ±0,1%; II класса - ±0,2%; III класса - ±0,3%.

Линейные вращающиеся трансформаторы типа ЛВТ-2 выполняют на напряжение 110 или 220 В частотой 427…500 Гц, с коэффициентом трансформации 0,56 и углом поворота ротора до ±65^о. Погрешность ЛВТ не превышает 1% (например, составляет 0,1…0,3% у вращающихся трансформаторов типа ВТМ-Б).