Принцип действия вращающихся трансформаторов

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических и счетно-решающих устройствах. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.

Конструктивно вращающиеся трансформаторы подобны асинхронным машинам с фазным ротором. У них как на статоре, так и на роторе имеется по две симметричные обмотки, оси которых сдвинуты между собой в пространстве на электрический угол, равный 90°. Во вращающихся трансформаторах принимают меры к тому, чтобы распределение магнитной индукции в воздушном зазоре было по возможности близким к синусоидальному. Достигается это за счет специального выполнения обмоток, выбора соответствующего числа пазов статора и ротора, применения скоса зубцов и тщательного изготовления магнитопровода.

На рисунке 3.3 представлена принципиальная схема синусно-косинусных вращающегося трансформаторов.

 

 

а – с симметрированием по вторичной стороне;

б – с симметрированием по первичной стороне

Рисунок 3.3 – Принципиальные схемы синусно-косинусных

 вращающихся  трансформаторов

 

Обмотка Sстатора включается в сеть переменного тока со стабилизированным напряжением . Эта обмотка является обмоткой возбуждения. Пульсирующий магнитный поток, обусловленный током этой обмотки, индуктирует в обмотках ротора ЭДС, значения которых зависят от угла поворота ротора α. Угол α, будем отсчитывать от положения ротора, когда ось его обмотки 1Р перпендикулярна оси обмотки Sстатора. В этом случае в обмотке 1Р индуктируется ЭДС, пропорциональная sin α, а в обмотке 2Р - пропорциональная cos α. В зависимости от того, какая из обмоток используется, получаем синусный или косинусный, а при использовании обеих обмоток ротора - синусно-косинусный вращающийся трансформатор.

При нагрузке по обмоткам ротора потечет ток, который создает магнитные потоки, направленные вдоль осей этих обмоток. Потоки каждой обмотки можно разложить на две составляющие - продольную, совпадающую с осью обмотки возбуждения, и поперечную, направленную перпендикулярно этой оси. Продольная составляющая потока обмотки ротора вместе с потоком обмотки возбуждения создают основной рабочий поток вращающегося трансформатора, который, как и в трансформаторе, зависит от подведенного напряжения и при  постоянен.

Поперечная же составляющая потока  индуктирует в обмотках ротора ЭДС, искажающую синусную или косинусную зависимость напряжения от угла поворота. По отношению к поперечному потоку Фq, обмотка 1Р является косинусной обмоткой, и поэтому ЭДС, индуктированная в ней этим потоком, пропорциональна . Можно показать, что если включить обмотку 2Р, то в ней от ее поперечного потока будет индуктироваться ЭДС, пропорциональная .

Для того чтобы избежать погрешностей от поперечных потоков, применяется симметрирование. Симметрирование может быть проведено как на вторичной, так и на первичной стороне. При симметрировании на вторичной стороне обе обмотки ротора замыкаются на одинаковую нагрузку . В этом случае поперечные потоки обмоток будут численно равны, но так как они направлены встречно, то произойдет их взаимная компенсация.

При симметрировании на первичной стороне обмотку статора К замыкают на элемент, комплексное сопротивление которого  численно равно внутреннему комплексному сопротивлению источника питания обмотки S. В этом случае поперечный магнитный поток ротора будет ослабляться за счет размагничивающего действия потока обмотки К.

Практически симметрирование проводится одновременно как со вторичной, так и с первичной стороны.