Вращающиеся трансформаторы

Размещено на http://allbest.ru

1.Вращающиеся трансформаторы

Вращающимися трансформаторами (ВТ) называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота в напряжение, находящееся в функциональной зависимости от этого угла.

Вращающиеся трансформаторы - это индукционные преобразователи с неограниченным углом поворота вала, у которых выходное напряжение является функцией двух аргументов: входного напряжения и угла поворота ротора.

При этом зависимость выходного напряжения от входного линейная, а зависимость выходного напряжения от угла поворота - по синусному или косинусному закону:

,

где и - угол поворота,

,

где щ₂ - число витков косинусной или синусной обмотки, щ₁ - число витков обмотки возбуждения.

На статоре и на роторе размещаются по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, оси магнитных потоков которых сдвинуты между собой на угол 90 пространственных градусов (рис. 1).

Одна из обмоток статора (С₁-С₂) называется обмоткой возбуждения, другая (С₃-С₄) - компенсационной.

Обмотка ротора Р₁-Р₂ называется синусной, другая обмотка (Р₃-Р₄) - косинусной. Отсчет угла поворота ротора производится от оси компенсационной обмотки статора (С₃-С₄) до оси синусной обмотки ротора (Р₁-Р₂). В зависимости от расположения обмоток возбуждения, ВТ могут быть с питанием со стороны статора или ротора и с напряжением возбуждения постоянной или переменной амплитуды.

Рисунок 1. Схема вращающегося трансформатора

Принцип действия ВТ основан на том, что при повороте ротора взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора, а следовательно, и действующие значения ЭДС, наведенных пульсирующим с частотой сети магнитным потоком возбуждения в обмотках ротора, изменяются строго по синусоидальному и косинусоидальному законам в зависимости от угла поворота .

В зависимости от закона изменения напряжения на выходе их подразделяют на следующие типы:

а) синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sin и, а другое -- cos и;

б) линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ), выходное напряжение которого пропорционально углу и;

в) масштабный вращающийся трансформатор (МВТ), который отличается от СКВТ только наличием стопора, позволяющего фиксировать ротор в нужном положении

г) вращающийся трансформатор-построитель, выходное напряжение которого имеет связь с подаваемыми первичными напряжениями U1 и U2 в виде закона

,

где С -- постоянная.[1]

Если вращающийся трансформатор используется в качестве измерительного элемента, то поворот ротора осуществляется посредством редукторного механизма высокой точности, который либо встраивается в корпус вращающегося трансформатора, либо монтируется отдельно от вращающегося трансформатора и механически соединяется с его валом. Если вращающийся трансформатор предназначен для работы в режиме поворота ротора в пределах определенного угла, то в качестве обмоток возбуждения и компенсационной используются обмотки статора, а в качестве вторичных -- обмотки ротора.

Если вращающийся трансформатор работает в режиме непрерывного вращения ротора, то обычно применяют «обратное» использование обмоток: обмотки ротора используют в качестве обмоток возбуждения и компенсационной, а обмотки статора -- в качестве вторичных. Если компенсационная обмотка замыкается накоротко, то при «обратном» использовании обмоток на роторе применяют лишь два контактных кольца, что упрощает конструкцию, повышает надежность и точность вращающегося трансформатора.[2]

Вращающиеся трансформаторы применяют в аналого-цифровых преобразователях «угол - амплитуда - код» и «угол - фаза - код» цифровых следящих систем и систем программного управления промышленными роботами и автоматами; в системах дистанционной передачи угла повышенной точности и в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат.

Вращающиеся трансформаторы в основном являются двухполюсными машинами. Однако в аналого-цифровых преобразователях «угол - код» и системах дистанционной передачи угла повышенной точности применяют и многополюсные вращающиеся трансформаторы. Двухполюсные вращающиеся трансформаторы по конструкции и наличию скользящего контакта можно разделить на контактные и бесконтактные (рис. 2).

Рисунок 2 Контактный вращающийся трансформатор

На рисунке 2 показана конструктивная схема контактного вращающегося трансформатора. Магнитопроводы статора 1 и ротора 3 собирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Обмотки статора 2 выполняют обычно одинаковыми, т.е. у них совпадает число витков, схема соединения витков и сечение обмоточного провода. Одинаковыми изготавливают и роторные обмотки 4. Выводы статорных обмоток подводят непосредственно к соединительным панелям, выводы роторных обмоток вращающихся трансформаторов контактного типа выводят через токосъемное устройство: четыре контактных кольца 5 и щетки 6.

В бесконтактных вращающихся трансформаторах напряжения с обмоток ротора можно снимать (подавать) с помощью переходных кольцевых трансформаторов, которые располагаются на месте колец и щеток.

Длина бесконтактных вращающихся трансформаторов больше, чем контактных, в связи с необходимостью размещения переходных трансформаторов. Однако существенное повышение надежности окупает этот недостаток. Конструкция вращающихся трансформаторов и технология их изготовления должны обеспечивать при повороте ротора изменение взаимоиндуктивности между обмотками статора и ротора по закону, наиболее близкому к идеальной синусоиде. Допустимое отклонение от идеального закона во многих случаях не должно превышать 0,005 %.

Принципиальные погрешности СКВТ - это отклонение выходных характеристик от синусоидальной и косинусоидальной вследствие неточности симметрирования. У ЛВТ принципиальной погрешностью является отклонение выходной характеристики от линейной вследствие неточности аппроксимации.

Конструктивные погрешности вызываются в основном несинусоидальностью распределения магнитодвижущей силы обмоток вдоль окружности машины, изменением магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие наличия пазов на поверхности статора и ротора, нелинейностью кривой намагничивания и явлением гистерезиса. Уменьшение этих погрешностей достигается путем применения специальных “ синусных” схем обмоток, за счет скоса пазов статора и ротора.

Основными источниками технологических погрешностей являются эксцентриситет расточек статора и ротора, асимметрия магнитопровода, неточность расположения и скоса пазов, наличие короткозамкнутых витков в обмотках и листов в магнитопроводе, ошибки при выполнении обмотки.

К эксплуатационным погрешностям относятся, например, температурная погрешность, связанная с изменением активных сопротивлений обмоток при изменении температуры.

Класс точности вращающихся трансформаторов устанавливается для нормальных условий эксплуатации. При определении класса точности учитываются следующие показатели:

1) погрешность отображения функциональной зависимости, определяемая по отношению к наибольшей выходной ЭДС; у СКВТ различных классов погрешность допускается от 0.005 до 0,2 %, у ЛВТ - от 0,02 до 0,2 %.

2) асимметрия нулевых положений ротора ВТ, под которой понимается отклонение действительных нулевых положений ротора от теоретических 0°, 90°, 180° и 270°; у СКВТ различных классов асимметрия допускается от 10'' до 6' 40'';

3) ЭДС квадратурной обмотки, определяемая по отношению к напряжению возбуждения; у СКВТ различных классов допускается от 0,04 до 1,2%;

4) остаточная ЭДС, определяемая по отношению к наибольшей выходной ЭДС; у СКВТ различных классов допускается от 0,03 до 0,1 %; у ЛВТ - от 0,02 до 0,3 %;

5) разность коэффициентов трансформации выходных обмоток, определяемая по отношению к наибольшему из этих коэффициентов; у СКВТ различных классов допускается от 0,005 до 0,2 %.

Класс точности устанавливается по наихудшему из параметров.[3]

Пример контактного вращающегося трансформатора.

В качестве примера контактного вращающегося трансформатора рассмотрим трансформатор типа ВТ-2А (рис.3, 4)

Рисунок 3 Трансформатор типа ВТ-2А

Рисунок 4 Габаритные и установочные размеры трансформатора типа ВТ-2А

Вращающиеся трансформаторы 2.5 ВТ предназначены для работы в электромеханических счетно-решающих устройствах, следящих системах, а также в качестве первичного датчика в цифровых преобразователях.

Трансформатор ВТ-2А вращающийся представляет собой контактную двухполюсную четырехобмоточную машину.

Крепление - за упорный буртик.

Режим работы - СКВТ, ЛВТ, МВТ.

Прибор трансформатор ВТ-2А вращающийся бывает нескольких разновидностей (например, ВТ-2А ЛШ3.010.046, ВТ-2А ЛШ3.010.047, ВТ-2А ЛШ3.010.048 и т.д.), которые имеют следующие характеристики:

Полное входное сопротивление холостого хода - 950 Ом-4100 Ом;

Номинальное напряжение питания - 110В;

Номинальная частота напряжения возбуждения прибора ВТ-2А- 500Гц;

Диапазон рабочих частот напряжения возбуждения - 380Гц-510Гц;

Коэффициент трансформации прибора - 0,540-0,960;

Частота вращения вала - 6 об/мин; 15 об/мин;

Рабочий диапазон - 104,5В-115,5В;

Изменение коэффициента трансформации при изменении температуры окружающей среды на 40°С - 0,1%;

Момент статического трения - 22·10^-3Нм;

Вращающиеся трансформаторы ВТ-2А подразделяются на классы точности:

- трансформатор ВТ-2А 0 класс точности (0 кл. т.) имеет характеристики:

- ЭДС квадратурной обмотки - 0,365%;

- Асимметрия нулевых положений ротора - ±1,5угл.мин;

- Погрешность отображения синусной зависимости - ±0,06%;

- трансформатор ВТ-2А 1 класс точности (1 кл. т.) имеет характеристики:

- ЭДС квадратурной обмотки - 0,545%;

- Асимметрия нулевых положений ротора - ±3,0угл.мин;

- Погрешность отображения синусной зависимости - ±0,1%;

- Погрешность отображения линейной зависимости - ±0,11%;

- трансформатор ВТ-2А 2 класс точности (2 кл. т.) имеет характеристики:

- ЭДС квадратурной обмотки - 0,727%;

- Асимметрия нулевых положений ротора - ±1,5угл.мин;

- Погрешность отображения синусной зависимости - ±0,06%;

- Погрешность отображения линейной зависимости - ±0,22%;

Гарантийная наработка при частоте вращения:

- 6об/мин - 7000ч;

- 15об/мин - 1500ч;

Габаритные размеры - 145Ч80мм.

Масса прибора - 2кг.[4]

Заключение

трансформатор контактный ротор

В представленной работе были рассмотрены принципы действия и конструкция контактных вращающихся трансформаторов. Вращающиеся трансформаторы - это индукционные электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения - угла поворота ротора - в электрический сигнал - выходное напряжение, амплитуда которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Вращающиеся трансформаторы используются в трансформаторной системе дистанционной передачи угла, аналогично сельсинам. В отличие от трансформаторной системы на сельсинах, система на вращающемся трансформаторе обеспечивает более высокую точность, что объясняется большей точностью вращающихся трансформаторов по сравнению с сельсинами. Однако мощность на выходе ВТ-приемника меньше мощности на выходе сельсина-приемника, поэтому для трансформаторных систем на вращающемся трансформаторе требуются усилители мощности с более высоким коэффициентом усиления.

Размещено на Allbest.ru