Материал: Лекц22_23

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 законуU s U m sin a и U s U m cos a ; 2)линейные поворотные трансформаторы

(ЛПТ), выходное напряжение которых изменяется по законуU ka .

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.

Синусно–косинусные поворотные трансформаторы

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

Рис. 6.2. Схема включения СКПТ в режиме холостого хода

При питании обмотки возбуждения переменным током возникает пульсирующий магнитный поток возбуждения Фв , который индуцирует в обмотках

ротора ЭДС. Поскольку взаимная индуктивность между статором и ротором

дении ее оси с осью обмотки возбуждения. Поток Фв и в самой обмотке возбуждения индуцирует ЭДС Eв 4,44 fW1k01Фвт . Взяв отношения ЭДС, получим значения коэффициентов трансформации:

ks Es Eв k sin akc Ec Eв km cosa

где km W2 k02 W1k01 .

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 Zsн по обмотке потечет

ток,

где Es – ЭДС синусной обмотки при нагрузке. Возникнет поток синусной обмотки Фs , ось которого совпадает с осью синусной обмотки (рис.6.2). Разложим его на продольную Фsd и поперечную Фsq составляющие: Фsd Фs sin a и

Фsq Фs cosa .

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 Фво ~ Фвн . Он наведет в синусной обмотке ЭДС взаимной индуктивности, прак-

тически равную ЭДС при холостом ходе

Esм Eв km sin

Поперечный поток Фsq является потоком самоиндукции, который тоже индуцирует ЭДС

Es1 jIsq xsq

где Isq Is cos и xsq xs cos – составляющие тока и индуктивного сопротивления обмотки по оси q. Подставляя значение тока Is , получим

Тогда полное значение ЭДС синусной обмотки при нагрузке

Решив это уравнение относительно Es , 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 яв-

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.

Симметрирование синусно–косинусных поворотных трансформаторов.

С целью устранения искажающего действия поперечного потока Фq, осуществляют так называемое симметрирование поворотного трансформатора. Оно может быть первичным и вторичным.

Первичное симметрирование выполняется со стороны статора и заключается в замыкании компенсационной обмотки на какое–то сопротивление или накоротко (рис. 6.4). Условием первичного симметрирования является равенство (симметрия) полных сопротивлений цепи обмотки возбуждения и цепи компенсационной обмотки: Zис Zв Zк Zкн , где Zис – сопротивление источника.

Поскольку Zв Zк , условие симметрии выливается в равенство Zис Z кн . Если принять, что внутренне сопротивление мощного источника равно нулю Zис 0 , то и Zкн 0 , т.е. первичное симметрирование сводится к замыканию компенса-

ционной обмотки накоротко.

Сущность первичного симметрирования состоит в том, что поперечный поток Фsq , пульсируя по оси компенсационной обмотки, индуцирует в ней

ЭДС и ток, который создает магнитный поток Фk , направленный встречно потоку Фsq (рис.6.4,б). В результате поток Фsq и его искажающее действие в значительной мере уменьшаются.