Поворотный трансформатор

ПОВОРОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Поворотный трансформаторПоворотные (вращающиеся) трансформаторы применяются для получения напряжения, пропорционального углу поворота α или sin α и cos α. В вычислительных устройствах поворотные трансформаторы используются для решения тригонометрических задач, например для определения гипотенузы прямоугольного треугольника по его катетам тора 1 и ротора 2, на

Рис. 12-19. Поворотный трансформатор.

Поворотный трансформатор (рис. 12-19) состоит из статора 1 и ротора 2, набранных, из листовой электротехнической стали. В пазах статорами ротора помещены, обмотки 3 и 4, каждая из которых состоит из двух обмоток, смещенных одна относительно другой на 90°. Выводы обмоток — статора с1с2с3с4 и ротора р1р2р3р4 помещены на одной из торцовых крышек трансформатора. В тех случаях, когда угол поворота ротора ограничен ± 360°, концы обмоток ротора выводятся не при помощи контактных колец и щеток, а гибкими проводами в виде лент 5, намотанных на изолирующем барабане, закрепленном на валу ротора 6.

Схема включения обмоток поворотного трансформатора

Рис. 12-20. Схема включения обмоток поворотного трансформатора.

Схема включения и расположения обмоток трансформа тора показана на рис. 12-20, а. Если подать переменное напряжение, например, к обмотке с1с2, то в роторной обмотке р1р2как во вторичной обмотке обычного трансформатора, будет наводиться э. д. с. Ер12 = ЕМ, поскольку оси обмоток с1с2 и р1р2 совпадают. Электродвижущие силы двух других обмоток Ес32 и Ер34 равны нулю, так как оси этих обмоток перпендикулярны оси обмотки с1с2. 

Зависимость э. д. с. поворотного трансформатора от угла поворота ротора

Рис. 12-21. Зависимость э. д. с. поворотного трансформатора от угла поворота ротора.

Если повернуть ротор на угол α (рис. 12-20, б), то Ер12 = Ем cos α, a Ер34 = Ем sin α. Поэтому обмотка р1р2 называется косинусной, а обмотка р3р4 — синусной. Кривая зависимости Ер34 = f (α), т. е. синусоида, показана на рис. 12-21 верхней ветвью 1.Однако такая зависимость получится, если обмотка р3р4 не нагружена. Если замкнуть обмотку р3р4 на сопротивление z2 (рис. 12-20, б), то благодаря току Iр34 возникает н. с. Ер34 направление которой совпадает с осью обмотки р3р4, что показано на рис. 12-22.

Эта н. с. состоит из продольной н. с. Fпp, которая полностью компенсируется увеличением тока в первичной обмотке, как в обычном трансформаторе, и поперечной н. с. Fп.п. Последняя суммируется с н. с. Fс12 искажает магнитный поток трансформатора и, следовательно, кривую Ер34 f (α), как показано на рис. 12-21 (кривая 2). Компенсировать поперечную н. с. можно разными способами. Один из них следующий.

Диаграмма компенсации поперечной н. с. поворотного трансформатора

Рис. 12-22. Диаграмма компенсации поперечной н. с. поворотного трансформатора.

В обмотку р1р2 включают сопротивление z1 с таким расчетом, чтобы z1 + z12 = z2 + z31 , где z12 и z34 соответственно сопротивления обмоток р1р2 и р3р4. Такое включение показано на рис. 12-20, в. Тогда для любого угла α н. c. Fр34 = FM sin α, а н. с. Fп.п = Fмsin α cos α. С другой стороны н. с. Fр12 = FM cos α, а ее поперечная н. с. Fп.п FM cos α sin α. Таким образом, обе поперечные н. с. равны и компенсируют друг друга, а кривая 2, показанная на рис. 12-21, становится практически синусоидальной. Допустимая разность ординат при любом угле α не должна превышать 0,05% ординаты синусоиды.

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ

В следящем электроприводе применяются малогабаритные индукционные электрические машины, называемые сельсинами. По существу это вращающиеся трансформаторы, имеющие на роторе обмотку с кольцами и щетки, и обладающие свойством самосинхронизации, чем и объясняется их название.

Схема сельсинов при отсутствии угла рассогласования

На рис. 12-23 показаны два сельсина в одном из возможных исполнений. Каждый сельсин устроен следующим образом. На статорах 1, имеющих всегда только два выступающих полюса, помещены однофазные обмотки возбуждения 2, подключенные к общей сети переменного тока. В пазах роторов помещены трехфазные обмотки синхронизации, соединенные в звезду, начала которых выведены на контактные кольца 3. Через щетки сельсины соединены друг с другом линией связи 4. Сельсины всегда работают в паре (датчик — приемник). Пусть на рис. 12-23 сельсин № 1 служит датчиком сигналов, а сельсин № 2 — приемником их. Схема показывает сельсины, работающие в индикаторном режиме, когда производится дистанционная передача угловых перемещений двух или нескольких валов машин или аппаратов, механически не связанных друг с другом.

Рис. 12-23. Схема сельсинов при отсутствии угла рассогласования.

В представленном на рис. 12-23 положении роторов переменные потоки, созданные обмотками возбуждения, наводят в фазах роторов э. д. с. ЕА1 = ЕА2, Ес1 Ес2 , в то время как Eв1 и Ев2 равны нулю. В линии связи 4 ток будет равен нулю, так как в замкнутом контуре фаз А1 и А 2С1 и С2 действуют встречно две равные и совпадающие по фазе э. д. с. Это положение соответствует моменту включения на параллельную работу двух синхронных машин (рис. 12-24, а).

Диаграмма э. д. с. сельсинов при отсутствии и наличии угла рассогласования

Если механизм, связанный с ротором сельсина № 1, повернуть или он повернулся под воздействием какой-либо причины, например на 30°, то направление э. д. с. в фазах ротора сельсина № 1 будет показанным на рис. 12-25. Электродвижущие силы Е1 и Е2 во всех фазах изменяются пропорционально синусу угла рассогласования 9, что на рис. 12-24, б можно показать смещением Е1, на угол ϴ. В замкнутом контуре обмоток ротора, в каждой фазе, действует разность э. д. с. АЕ и протекает ток.

Рис. 12-24. Диаграмма э. д. с. сельсинов при отсутствии и наличии угла рассогласования.

Так как активное сопротивление фазы ротора мало по сравнению с реактивным, то можно считать, что z х, и ток отстает от ∆Е на угол 90°. Однако, как и в синхронной машине, этот ток почти совпадает с э. д. с. El,вызывая тормозной момент на оси ротора сельсина № 1 и вращающий момент на оси сельсина № 2. Направление токов показано на рис. 12-25 и ротор сельсина № 2 стремится повернуться на 30°. Однако угол поворота сельсина-приемника всегда будет меньше, чем требуется, на некоторый угол составляющий 0,25°—0,75°.

Схема взаимодействия токов в сельсинах при наличии угла рассогласования

По конструкции сельсины делятся на датчики и приемники; они могут быть контактными, подобно представленным выше, и бесконтактными; обмотки выполняются как сосредоточенными, так и распределенными, обмотка возбуждения может быть на роторе или на статоре. Пара сельсинов может работать и в трансформаторном режиме, когда она применяется для измерения углов рассогласования командной и исполнительной осей, по величине выходного напряжения сельсина приемника, пропорционального углу перемещения ротора сельсина датчика. Выходная мощность сельсинов не более 20 вт, частота 50 и 400, 500 гц.

Рис. 12-25. Схема взаимодействия токов в сельсинах при наличии угла рассогласования.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВАЛ МАШИН

Принцип работы машин в синхронной связи, изложенный выше, применяется в устройствах так называемого электрического вала (рис. 12-26). В данном случае С1и С2 — асинхронные машины нормального исполнения, предназначенные для передачи энергии из одной части схемы в другую.

Схема электрического вала

Рис. 12-26. Схема электрического вала.

Два вала 1 и 2, механически не связанные друг с другом и приводимые своими отдельными двигателями Д1 и Д2, должны работать синхронно. Расстояние между валами таково, что механическая связь их затруднена или невозможна (бумагоделательные машины, портальные краны, замена ходовых винтов в тяжелых токарных станках, карусельные станки и др.).

Диаграмма зависимости момента от скольжения для электрического вала

При возникновении угла рассогласования между валами 1 и вспомогательные машины С1 и С2 создают дополнительные вращающие моменты, поддерживающие синхронную работу главных двигателей Д1 и Д2. Зависимость вращающего момента от скольжения М = f (s) показана на рис. 12-27. При малых скольжениях, когда роторы машин С1 и С2 вращаются в направлении магнитного потока, развиваемые моменты малы.

Рис. 12-27. Диаграмма зависимости момента от скольжения для электрического вала.

Для передачи больших моментов при широком изменении скоростей вращения машины С1 и С2 работают против потока, когда скольжение, а значит, и момент велики.

 

Статья на тему Поворотный трансформатор