Поворотні (обертаючі) трансформатори

Устрій і принцип дії. Поворотними трансформаторами (ПТ) називаються електричні мікромашини змінного струму, які служать для перетворення кута повороту ротора α в напругу, пропорційну деяким функціям кута або самому куту. Залежно від закону зміни вихідної напруги поворотні трансформатори підрозділяються на наступні типи:

1. синусно-косинусні ПТ, які дозволяють одержати дві вихідні напруги, одна з яких змінюється пропорційно синусу кута повороту ротора, а інша — косинусу кута;

2. лінійні ПТ, у яких вихідна напруга змінюється згідно із законом, близьким до лінійного, в певному діапазоні зміни кута повороту ротора;

3. масштабні ПТ, у яких вихідна напруга змінюється пропорційно вхідній, а коефіцієнт пропорційності визначається кутом повороту ротора.

П о своїй конструкції ПТ подібні асинхронним машинам з фазним ротором. На статорі і роторі розміщуються по дві однакові однофазні розподілені обмотки, здвинуті між собою в просторі на 90 ел. град (рис. 5.37). Одна з обмоток статору Cl С2, що підключається до мережі змінного струму, називається обмоткою збудження. Друга обмотка статора СЗ С4 називається компенсаційною. Одна з роторних обмоток P1 P2 називається синусною, а друга РЗ Р4 — косинусною. Обмотки статору мають однакове число витків (w_В = w_К = w_С) і однакові активні і реактивні опори. Роторні обмотки також виконуються однаковими (w_S = w_CS = w_P ).

Магнітна система ПТ набирається з листової електротехнічної сталі або пермалою. Роторні обмотки під'єднуються до контактних кілець. Для зменшення числа контактних кілець кінці роторних обмоток приєднуються до одного загального кільця. В деяких випадках струмоз'йом здійснюється за допомогою спіральних пружин, але при цьому ротор не можна повернути більш ніж на 1,8 обороту. Набули поширення і безконтактні ПТ, в яких живлення до обмотки ротора подається за допомогою кільцевих трансформаторів, розташованих в торцевих частинах. Основна властивість ПТ полягає у тому, що при повороті ротора взаємна індуктивність між обмотками статора і ротора повинна змінюватися по строго гармонійному закону від кута α. Кут α відлічується від поперечної осі ПТ до осі синусної обмотки. Допустимі погрішності у багатьох випадках не повинні перевищувати 0,01 %. ПТ всіх типів виконуються з номінальною частотою не нижче 400 Гц.

С инусно-косинусний поворотний трансформатор. Схема синусно-косинусного поворотного трансформатора (СКПТ) показана на рис. 5.38. До роторних обмоток підключене зовнішнє навантаження, що характеризується резисторами Z_HS і Z_HC. Компенсаційна обмотка розімкнена і не робить впливу на роботу СКПТ. Розглянемо два режими роботи поворотного трансформатора.

1. Робота СКПТ при холостому ходу (Z_HS=Z_HC=∞).

Обмотка збудження СКПТ створює пульсуючий магнітний потік, направлений по подовжній осі. Цей потік наводить в роторних обмотках СКПТ ЕРС взаємоіндукції, які відповідно до основної властивості поворотного трансформатора змінюватимуться по синусоїдальному і косинусоїдальному законам від кута повороту ротора. Діюче значення ЕРС синусної обмотки рівне

(5.19)

де f — частота мережі; w_р.э — ефективне число витків роторної обмотки; Ф_dm — максимальне значення потоку обмотки збудження.

Діюче значення ЕРС косинусної обмотки

(5.20)

Тим же магнітним потоком в обмотці збудження наводитиметься ЕРС самоіндукції, діюче значення якої рівне

(5.21)

де w_с.э — ефективне число витків обмотки статора.

Знайшовши вираз для Ф_dm з (5.21) і підставивши його в (5.19) і (5.20), одержимо нові вирази для ЕРС синусної і косинусної обмоток

де до = w_р.э / w_с.э — коефіцієнт трансформації СКПТ.

З невеликою погрішністю можна вважати, що Е_В ≈ Uв, тоді

З одержаних виразів видно, що в режимі холостого ходу ЕРС роторних обмоток змінюються по синусоїдальному і косинусоїдальному законам від кута повороту ротора.