Что такое вращающийся трансформатор

Вращающиеся трансформаторы

Вращающийся (или поворотный) трансформатор (ВТ) представляет собой индукционную электрическую машину переменного тока, предназначенную для получения напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота ротора, или напряжений, пропорциональных углу поворота ротора (в зависимости от способа включения обмоток ротора и статора). Таким образом, ВТ может быть использован для измерения угловых перемещений каких-либо объектов.

Конструктивно ВТ выполнен в виде статора и ротора с контактными кольцами. На статоре и роторе размещаются по две обмотки, сдвинутые в пространстве под углом 90°, поэтому магнитные оси пары взаимно перпендикулярны.

Принцип действия ВТ основан на изменении параметров взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при повороте ротора на определенный угол. Одна из обмоток статора является обмоткой возбуждения ОВ (рис. 8.5) и питается от однофазной сети переменного тока.

При повороте ротора на угол а в его обмотках появятся напряжения:

где U₀ — амплитуда напряжения возбуждения; К — коэффициент трансформации ВТ.

Рис. 8.5. Схема вращающегося трансформатора (режим СКВТ)

Изменение синусоидальных напряжений U и С/₂ в зависимости от угла поворота ротора показаны на рис. 8.6. Обмотка КО называется квадратурной и в зависимости от режима работы ВТ закорачивается или шунтируется резистором, либо включается последовательно с одной из обмоток ротора. Основными режимами работы ВТ являются синусно-косинусный (СКВТ) и линейный (ЛВТ).

При работе в режиме СКВТ (рис. 8.5, 8.6) на обмотку возбуждения ОВ подается переменное напряжение питания, а квадратурная обмотка закорачивается. Возникающий в обмотке возбуждения пульсирующий магнитный поток наводит ЭДС в обмотках ротора, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор иногда называют резольвером.

Рис. 8.6. Характеристики ВТ в синусном и косинусном режимах

Работа ВТ в синуснокосинусном режиме обеспечивает линейность градуировочной характеристики в диапазоне 0. ±14° (в окрестностях точки пересечения характеристики с осью абсцисс) с погрешностью до 1%.

Если ВТ предназначен для измерения отклонения угла поворота от нулевого значения, то целесообразно использовать в качестве выходной синусную обмотку ВТ.

При необходимости получения ниспадающей градуировочной характеристики при углах поворота от 0 до 90° можно снимать выходное напряжение с косинусной обмотки. Впрочем, надо представлять себе относительность начальных точек диапазона измерения: их можно легко сместить в любую сторону за счет соответствующего поворота корпуса ВТ относительно неподвижной шкалы при его установке на измеряемом объекте.

Кроме синусно-косинусного режима работы ВТ (СКВТ) нередко используется и еще один режим — линейный (ЛВТ, рис. 8.7).

Рис. 8.7. Варианты схем ЛВТ

Следует сразу отметить, что это наименование достаточно условно. Так же, как в режиме СКВТ, режим ЛВТ обеспечивает формирование периодического сигнала, т.е. за один полный оборот ротора выходное напряжение ВТ меняется в пределах одного периода.

При этом напряжение на выходе ЛВТ пропорционально углу поворота ротора в пределах от -60 до +60° в окрестностях точки пересечения кривой с осью абсцисс и определяется выражением:

где К — коэффициент трансформации (обычно составляет 0,5. 0,55).

Отличие схем, приведенных на рис. 8.7, а и б заключается в том, что первая из них использует обмотку возбуждения в качестве сетевой, а квадратурная обмотка включается последовательно с синусной; при этом косинусная обмотка закорачивается.

Во второй схеме, наоборот, закорачивается квадратурная обмотка, а синусная включается последовательно с обмоткой возбуждения; выходной сигнал снимается с косинусной обмотки.

Применение ВТ в режиме ЛВТ предполагает последовательно-встречное включение обмотки статора с одной из обмоток ротора (см. рис. 8.7). Несмотря на различие включения обмоток обе схемы дают одинако

Рис. 8.8. Сравнение режимов СКВТ и ЛВТ

вый результат. Сравнение выходных сигналов в режимах СКВТ и ЛВТ (в пределах одного периода) приведено на рис. 8.8.

Поскольку выходное напряжение вращающихся трансформатор ров должно строго подчиняться закону синуса или косинуса угла поворота ротора, то приходится прибегать к так называемому симметрированию, т.е. устранению погрешности от поперечной реакции выходных обмоток путем компенсации этой реакции.

Применяют первичное и вторичное симметрирование. При первичном симметрировании вращающегося трансформатора используется коротко- замкнутая квадратурная обмотка, что позволяет обеспечить практически синусоидальную форму выходного сигнала.

Вторичное симметрирование обеспечивается выравниванием значения сопротивлений нагрузки в синусной и косинусной обмотках. При выполнении условия вторичного симметрирования входное сопротивление вращающегося трансформатора не зависит от угла поворота ротора.

ВТ отличаются высокой точностью, малыми габаритами и массой. Конструктивные параметры: диаметр корпуса — от 25 до 70 мм, масса — от 0,12 до 2 кг.

Для повышения точности измерения были разработаны многополюсные вращающиеся трансформаторы, среди которых наиболее часто применяются многополюсные индукционные редуктосины и индуктосины. Принцип работы этих приборов здесь не рассматривается.

Вращающийся трансформатор

Враща́ющийся трансформа́тор — электрическая микромашина переменного тока (информационная электрическая машина) [1] , (резольвер), предназначенная для преобразования угла поворота в электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна или является функцией (чаще всего, синус или косинус) угла или самому углу.

Вращающиеся трансформаторы применяются в аналого-цифровых преобразователях, системах передачи угла высокой точности, в качестве датчиков обратной связи в следящих системах, бортовой аппаратуре.

Содержание

Устройство

Вращающиеся трансформаторы являются двухполюсными (в основном) или многополюсными электрическими машинами. По конструкции аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором. Статор и ротор набираются из листов электротехнической стали. В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки. Вращающиеся трансформаторы подразделяются на контактные и бесконтактные, с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора.

Для систем точного отсчёта и синхронно-следящих систем применяются дисковые приёмники и датчики — индуктосины [2] , состоящие из плоских статора и ротора, многослойные обмотки которых выполнены в виде печатных проводников (обмотка ротора однофазная, статора — двухфазная).

Режимы работы

В зависимости от схемы включения обмоток возможны следующие режимы работы (вращающиеся трансформаторы):

• синус-косинусные (выходное напряжение одной из обмоток трансформатора пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой — косинусу);
• линейные (выходное напряжение пропорционально углу поворота);
• масштабные (выходное напряжение пропорционально входному с коэффициентом пропорциональности (масштабом), определяемым углом поворота ротора);
• датчики и приёмники систем передачи угла (выполняют функции, аналогичные трансформаторным сельсинам);
• первичные преобразователи для индукционных фазовращателей
  и др.

Работа вращающихся трансформаторов в системах синхронной связи аналогична работе сельсинов. Вращающиеся трансформаторы обеспечивают более высокую точность, но для их работы необходимы дополнительные усилительные устройства с большим коэффициентом усиления, так как их выходная мощность меньше, чем у сельсинов [2] .

См. также

Примечания

1. ↑ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.
2. ↑ 12 Электротехнический справочник: В 3-х т Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред профессоров МЭИ (Гл. ред. И.Н. Орлов) и др. — 7-е, испр. и доп. — М .: Энергоатомиздат, 1986. — Т. 2. — С. 437—440. — 712 с. — 90 000 экз.

Литература

• Арменский Е. В., Фалк Г. Б. Электрические микромашины: Учебн. пособие для студентов электротехнических специальностей вузов. — 3-е, перераб и доп. — М .: Высшая школа, 1985. — 231 с. — 22 000 экз.
• Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред профессоров МЭИ (Гл. ред. И.Н. Орлов) и др. — 7-е, испр. и доп. — М .: Энергоатомиздат, 1986. — Т. 2. — С. 437—440. — 712 с. — 90 000 экз.

• Добавить иллюстрации.
• Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).

• Информационные электрические машины

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Вращающийся трансформатор» в других словарях:

вращающийся трансформатор — Информационная электрическая машина, амплитуда выходного напряжения которой является функцией входного напряжения и углового положения ротора. [ГОСТ 27471 87] вращающийся трансформатор [Лугинский Я. Н. и др. Англо русский словарь по… … Справочник технического переводчика

линейный вращающийся трансформатор — Вращающийся трансформатор, на однофазной выходной обмотке которого вырабатывается напряжение с амплитудой, линейно зависящий от углового положения ротора. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в целом Обобщающие термины… … Справочник технического переводчика

масштабный вращающийся трансформатор — Вращающийся трансформатор, ротор которого может быть зафиксирован в требуемом положении. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в целом Обобщающие термины информационные электрические машины … Справочник технического переводчика

синусно-косинусный вращающийся трансформатор — Вращающийся трансформатор, содержащий две выходные однофазные обмотки, на одной из которых вырабатывается напряжение с амплитудой, пропорциональной синусу угла поворота ротора, на другой косинусу. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические… … Справочник технического переводчика

Трансформатор Теслы — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil)  единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий выс … Википедия

вращающийся сварочный трансформатор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN rotary welding transformer … Справочник технического переводчика

Трансформатор Тесла — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла, также катушка Тесла[1] (англ.  … Википедия

Бесщёточный синхронный генератор — У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений). Для поиска иллюстраций можно: попробовать воспользоваться инструментом … Википедия

Бесщеточный синхронный генератор — Бесщеточный синхронный генератор синхронная машина, работающая только в генераторном режиме, ротор которой не имеет коллекторно щеточного узла, а ток в обмотке возбуждения (в роторе) индуцируется за счет переменного магнитного поля, создаваемого … Википедия

блок — 23.02.13 блок* [block]: Часть текста, определенная пользователем, с которой проводят операции обработки текста. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 2382 23 2004: Информационная технология. Словарь. Часть 23. Обработка текста … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы предназначены для получения переменного напряжения, значение которого зависит от угла поворота ротора. По назначению вращающиеся трансформаторы относятся к информационным электрическим машинам и применяются в системах автоматического регулирования в качестве элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между двумя вращающимися осями. Вращающийся трансформатор конструктивно представляет собой электрическую машину индукционного типа малой мощности. Наибольшее применение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки и wK (CI—С2 и СЗ—С4) расположены на статоре; обмотки ги2и щ (Р1 — Р2 и РЗ — Р4) — на роторе (рис. 1).

Обмотка возбуждения (CI—С2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка СЗ —С4 замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называют вторичными: синусная PI — Р2 и косинусная РЗ — Р4. Электрический контакт с обмотками ротора осуществляется либо с помощью контактных колец и щеток (аналогично контактным сельсинам), либо посредством спиральных пружин. В последнем случае угол поворота ротора вращающегося трансформатора ограничивается максимальным углом закручивания спиральных пружин.
Принцип работы вращающихся трансформаторов основан на взаимной индуктивности между обмотками статора и ротора, которая изменяется в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Рис. 1. Принципиальная схема вращающегося трансформатора

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.
В зависимости от графика функциональной зависимости ЭДС вторичной обмотки от угла поворота ротора вращающиеся трансформаторы разделяют на следующие типы:
синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) — напряжение U2 на выходе обмотки w2 находится в синусной зависимости от угла поворота ротора а, а напряжение U3 на выходе обмотки — в косинусной зависимости от угла поворота ротора а;
линейный вращающийся трансформатор (ЛBT) — выходное напряжение U2 находится в прямолинейной зависимости от угла а;
вращающийся трансформатор-построитель (ПВТ) предназначен для решения геометрических задач.
Кроме того, вращающиеся трансформаторы могут применяться в качестве масштабных трансформаторов (МВТ) для согласования напряжений отдельных каскадов автоматического устройства, фазовращателей, электрических машин синхронной связи в трансформаторных системах дистанционной передачи угла.

Рис. 2. Схемы и диаграммы синусно-косинусного вращающегося трансформатора в синусном (о, б) и синусно-косинусном (в, г, д) режимах

Рис. 3. Трансформаторная система дистанционной передачи угла на вращающихся трансформаторах
Линейные вращающиеся трансформаторы делятся на три класса точности и характеризуются допустимыми показателями, приведенными ниже.

Что такое вращающийся трансформатор

Назначение. Вращающимися трансформаторами* называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора θ в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям. В зависимости от закона изменения напряжения на выходе их подразделяют на следующие типы:

а) синусно-косинусный трансформатор, позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sin θ, а другое — cos θ;

б) линейный вращающийся трансформатор, выходное напряжение которого пропорционально углу θ;

в) вращающийся трансформатор-построитель, выходное напряжение которого имеет связь с подаваемыми первичными напряжениями U 1 и U 2 в виде закона U вых = C√ U 1 2 + U 2 2 , где С — постоянная.

* В технической литературе иногда употребляют термин «поворотные трансформаторы».

Для получения вращающихся трансформаторов различных типов можно использовать одну и ту же машину с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при различных способах их включения. Эти трансформаторы применяют в автоматических и вычислительных устройствах, предназначенных для решения геометрических и тригонометрических задач, выполнения различных математических операций, построения треугольников, преобразования координат, разложения и построения векторов и пр. В системах автоматического регулирования их используют в качестве измерителей рассогласования, фиксирующих отклонение системы от некоторого заданного положения.

Устройство. Вращающийся трансформатор (рис. 5.23) выполняют так же, как асинхронный двигатель с фазным ротором. На статоре и роторе размещают по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, сдвинутые между собой в пространстве на 90°. Магнитопровод изготовляют из листов электротехнической стали или пермаллоя, изолированных друг от друга.

Вращающийся трансформатор может работать в режиме поворота ротора или в режиме вращения. При работе в режиме поворота положение ротора относительно статора задается поворотным механизмом (исполнительным двигателем с редуктором). При этом одну из обмоток статора — обмотку возбуждения В (рис. 5.24) — присоединяют к сети переменного тока, а другую — компенсационную обмотку К — подключают к некоторому сопротивлению или замыкают накоротко. В некоторых случаях обе статорные обмотки получают независимое питание переменным током. Обмотки статора В и К можно выполнять разделенными или включать по мостовой схеме (см. рис. 5.21,б). Обмотки ротора S (синусная) и С (косинусная) присоединяют к контактным кольцам *. Для уменьшения числа контактных колец концы двух обмоток ротора присоединяют к одному общему кольцу и через щетку подводят к общему зажиму; кольца и щетки выполняют обычно из сплава серебра. Начала обмоток выводят через соответствующие кольца и щетки к двум другим зажимам. Применяют также токосъем, осуществляемый с помощью спиральных пружин, но в этом случае поворот ротора ограничен и составляет не более 1,8—2 оборотов.

Рис. 5.23. Устройство вращающегося трансформатора:
1 — корпус; 2 — статор; 3 — обмотка статора; 4 — ротор; 5 — обмотка
ротора; 6 — контактные кольца; 7 — щетки

Рис. 5.24. Принципиальная схема четырехобмоточного вращающегося трансформатора

Рис. 5.25. Схематический разрез вращающегося трансформатора и график распределения индукции вдоль окружности его статора
и ротора

При работе вращающегося трансформатора в режиме непрерывного вращения обмотки возбуждения и компенсационную обычно размещают на роторе, а синусную и косинусную — на статоре. В этом случае компенсационную обмотку замыкают накоротко, а обмотку возбуждения подключают к сети переменного тока с помощью двух контактных колец.

При рассмотрении теории работы вращающихся трансформаторов будем считать, что обмотки В и К расположены на статоре, а обмотки S и С — на роторе *.

Принцип действия. При подключении обмотки возбуждения В к сети переменного тока в машине возникает продольный магнитный поток Ф d (рис. 5.25, а), пульсирующий во времени с частотой сети. При холостом ходе в обмотках ротора S и С этот поток индуцирует ЭДС E S0 и E С0 , частота которых равна частоте сети f 1 , а действующее значение зависит от положения ротора относительно статора.

Допустим, что магнитный поток Ф d распределен в пространстве синусоидально (рис. 5.25,б); в этом случае индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности статора и ротора по закону

В х = В 0 cos (πx/τ)sin ωt,

Е в = 4,44f 1 w 1 k o61 Ф dm ,

Предположим, что ось обмотки С ротора сдвинута относительно оси обмотки статора на некоторый угол θ = πx 0 /τ (рис. 5.25, а). В этом случае максимальное значение потока, сцепленного с обмоткой С,

Ф сm = Ф dm cos θ,

E С0 = 4,44f 1 w 2 k o62 Ф dm cos θ,

Из соотношения E С0 /Е в = [w 2 k o62 /(w 1 k o61 )]cosθ = k cosθ выходное напряжение косинусной обмотки при холостом ходе

E С0 = kЕ в cos θ.

Обмотка S ротора сдвинута относительно обмотки С на угол π/2, следовательно, выходное напряжение в этой обмотке

E S0 = 4,44w 2 k o62 Ф dm cos (θ — π/2) = kЕ в cos (θ — π/2) = kЕ в sin θ.

Обмотка статора К с потоком Ф d не связана, а следовательно, он не индуцирует в ней ЭДС. Эту обмотку используют для компенсации поперечных потоков, создаваемых обмотками ротора при нагрузке вращающегося трансформатора. Таким образом, в обмотках ротора при холостом ходе индуцируются ЭДС, пропорциональные синусу или косинусу угла поворота ротора относительно соответствующего потока. Применяя различные схемы включения обмоток статора и ротора, можно получить и другие функциональные зависимости, а также уменьшить погрешности, вызываемые током нагрузки.