Синусно-косинусний обертовий трансформатор

Синусно-косинусний обертовий трансформатор у синусному режимі. У цьому режимі роботи використовується тільки одна обмотка ротора — синусна w2 ( рис.2.3, а). При включенні в мережу обмотки збудження w1 у ній з’являється струм І1, що створює магнітний потік збудження ФВ.

image003

Рис.2.3.Схеми і діаграми СКОТ в синусному (а, б) і синусно — косинусному (в, г, д) режимах

Зчіплюючись із вторинною обмоткою w2 , потік Фв створює у ній ЕРС Е2 , величина якої залежить від кута повороту ротора a. У режимі холостого ходу (І2=0) напруга на виході синусної обмотки

U2=U2 max sina, (2.1)

де U2 max - максимальне діюче значення напруги на виході синусної обмотки, що відповідає куту повороту ротора a=90°. При підключенні навантаження ZH до затискачів Р1 — Р2 синусної обмотки в її ланцюзі з’явиться струм I2. Створений струмом магнітний потік Ф2 можна розкласти на складові: по подовжній осі, спрямованій зустрічно потокові збудження Ф2d = Ф2 sina, і по поперечній осі Ф2q= Ф2 cosa, що викликає перекручування магнітного потоку збудження (рис. 2.3,6).

Розмагнічувальний вплив , що складає потік по подовжній осі Ф2d компенсується збільшенням струму в обмотці збудження І1. Порушення магнітного потоку збудження, викликане дією поперечної складової потоку Ф2q, порушує синусоїдальну залежність напруги U2 синусної обмотки w2 від кута повороту ротора і вносить похибку в роботу СКОТ, що зростає зі збільшенням струму навантаження I2. Усунення цього небажаного явища здійснюється шляхом симетрування обертового трансформатора.

У синусному режимі роботи СКОТ, коли використовується тільки одна вторинна обмотка, застосовується первинне симетрування, засноване на застосуванні компенсаційної обмотки wê. З цією метою обмотку wê замикають на резистор опором

Zк = Zi + Zпр, (2.2)

де Z³ і Znp — відповідно внутрішній опір джерела змінного струму й опір проводів, що з’єднують обмотку w1 i із цим джерелом.

Опір проводів Znp » 0, тоді Zк = Z³. У більшості випадків обмотку w1 підключають до джерела великої потужності, розрахованого для споживання декількох споживачів постійного струму. У цьому випадку внутрішній опір джерела Z³ » 0 і первинне симетрування СКОТ здійснюється замиканням накоротко обмотки wê.

Складова магнітного потоку ротора по поперечній осі Ф2q, зчіплюючись із компенсаційною обмоткою, наводить ЕРС EK. Так як обмотка замкнута, то ЕРС EK створює в ній струм Ik до, що створює

МРС компенсаційної обмотки FK, напрямлену за правилом Ленца зустрічно потокові Ф2q, (потік Ф2q є причиною МPС FK). В результаті потік по поперечній осі Ф2q, буде в значній мірі ослаблений (компенсований) і похибка, обумовлена навантаженням СКОТ, набагато зменшиться.

Синусно-косинусний обертовий трансформатор у синусно-косинусному режимі. У цьому режимі використовуються обидві вторинні обмоткиw2 ³w3 , зміщені в просторі відносно один одного на 90° ( рис2.3, в). Залежність напруги U2 на виході обмотки w2 від кута повороту ротора визначається (2.1), а залежність напруги на виході обмотки, w3 визначається виразом, що враховує кутовий зсув цієї обмотки щодо обмотки w2 на 90°:

U3=U3maxsin(900+a)=U3maxcosaimage004 (2.3)

де U3max — максимальне діюче значення напруги в обмотці w3 при її співосному становищі з обмоткою збудження w1.

З (2.1) і( 2.3 ) випливає, що на виході СКОТ одержують дві напруги, одна з яких пропорційно sin a, а інше cos a (рис.2 3, г).

Обмотки w2 і w3 мають однакові параметри, тому максимально діючі значення напруг цих обмоток також однакові:

U2maz =U3max=( w2/w1.)U1 (2.4)

де U1 — напруга на вході СКОТ, тобто на обмотці збудженняw1.

Таким чином, з огляду на(2.4), вираз (2.1) і( 2.3 ) запишемо у вигляді

U2 =U1 (w2 /w1.)sin a; (2.5)

U3 =U1 ( w3/w1.)cos a

Розглянемо роботу СКОТ при нерівності навантажень на затискачах синусної і косинусної обмоток, тобто ZН=ZH. При підключенні навантажень у ланцюгах вторинних обмоток з’являться струми I2 і I3, що створюють магнітні потоки Ф2, Ф3 ( рис.2.3,д). Поперечні складові цих потоків Ф2q= Ф2 cos a, Ф3q= sin a спрямовані в протилежні сторони і частково взаємно компенсуються. Повна взаємна компенсація буде тільки при рівності МДС синусної і косинусної обмоток по поперечній осі:

l2 w2 kîá2 cos a= I3 image006w3 kобз sin a, (2.6)

де kîá2 і kобз - обмоточні коефіцієнти вторинних обмоток.

Струми у вторинних обмотках СКОТ, що відповідають повній компенсації,

I2=image008 image010 (2.7)

I3=image012, (2.8)

де Z2 і Z3 - повні опори вторинних обмоток. Після підстановки (2.7) і ( 2.8) у (2.6 ) отримаємо

image014. (2.9)

Синусну і косинусну обмотки роблять однаковими по числу витків і діаметру обмоточного проводу, тому обмотки мають однакові параметри :

w2 = w3; kоб2=kоб3; Z2=Z3 .

З огляду на це,(2.9) запишемо у виді

Z2 + Z’H = Z3+ Z”H або Z’H = Z”H . ( 2.10)

Таким чином, повна взаємна компенсація поперечних складових потоків вихідних обмоток СКОТ відбувається при рівності навантажувальних опорів у синусній і косинусній обмотках. Така компенсація називається вторинним симетруванням.

Якщо навантажувальні опори Z’H і Z”H нерівні, то вторинне симетрування отримується неповним, тому що магнітні потоки Ф2q, і Ф3q взаємно компенсуються тільки частково й у магнітному ланцюзі СКОТ з’являється результуючий магнітний потік по поперечній осі:

Фq = Ф2q + Ф3q (2.11)

Цей потік впливає на магнітний потік збудження, порушує синусоїдальний закон розподілу магнітної індукції в повітряному зазорі СКОТ, що веде до похибок у роботі СКОТ.

Магнітний потік Фq при Z’H= Z”H може бути компенсований шляхом первинного симетрування, тобто за рахунок магнітного потоку компенсаційної обмотки Фк. .

При повному вторинному симетруванні СКОТ вхідний опір на затискачах С1-С2 обмотки збудження ZÂÕ, не залежить від становища ротора ( від кута a). Тому струм і активна потужність, споживані СКОТ, також не залежать від кута a . На цьому заснований метод амперметра, тобто метод добору навантажувальних опорів синусної Z’Н і косинусної Z”H для здійснення повного вторинного симетрування. Суть цього методу полягає в тому, що підбираються такі опори навантажень Z’Н і Z”H , при яких поворот ротора в ту або іншу сторону не викликає зміни показів амперметра А, включеного в ланцюг обмотки збудження ( рис.23, в).

Більш точний метод вторинного симетрування — метод вольтметра. Тому що при повному вторинному симетруванні поперечних складових потоків синусної і косинусної обмоток взаємно врівноважуються, то в компенсаційній обмотці вони не створюють ЭРС. Отже, опори навантаження Z’Н і Z”H підбираються такими, щоб покази вольтметра, включеного на виходи розімкнутої компенсаційної обмотки СЗ-С4, були нульовими у будь-якому становищі ротора

Точність обертового трансформатора в режимі СКОТ визначається наступними показниками: похибкою відтворення синусної (косинусної) залежності; асиметрією нульових точок; електрорушійною силою компенсаційної обмотки; залишкової ЕРС; різницею коефіцієнтів трансформації між обмоткою порушення і вторинними обмотками.

Похибка відтворення синусної ( косинусної) залежності, %,,

eСКВТ = D U 100 / Umf[ , (2.12)

де DU - найбільше середнє відхилення напруги на виході СКОТ від розрахункового синусоїдального ( косинусоїдального) закону залежності вихідної напруги за повні обороти ротора за годинниковою стрілкою і проти годинникової стрілки:

DU = 0,5 (DU1 + DU2 ), (2.13)

DU1 і DU2 — максимальне позитивне і негативне відхилення вихідної напруги від розрахункового; Umax — максимальне діюче значення напруги у вихідній обмотці [ див.( 2.4) ].

Асиметрія нульових точок визначається при споживанні СКОТ із боку кожної з первинних обмоток по формулі

Da0; = 0,5 (Da1 + Da2), (2.14)

деDa1 і Da2 — максимальне позитивне і негативне відхилення ( угл. с) ротора СКОТ від кутів, кратних 90°, що відповідають мінімальним значенням ЕРС вторинних обмоток Е2 і Е3. .

Електрорушійна сила компенсаційної обмотки визначається в процентах від номінальної напруги збудження U1 .

?к = ЕК 100/ U1 , (2.15)

де ЕК - ЕРС компенсаційної обмотки, вимірювана на виходах СЗ-С4 при номінальній напрузі U1 на обмотці збудження.

Залишкова ЕРС у нульових точках визначається в процентах від максимально діючого значення вихідної напруги Umax :

?ЗАЛ = ЕЗАЛ 100 / Umax , (2.16)

де ЕЗАЛ — залишкова ( мінімальна) ЕРС, вимірювана на виходах вторинної обмотки.

Різниця коефіцієнтів трансформації визначає відхилення в параметрах синусної і косинусної обмоток СКОТ, %,

Dk = (kmax - kmin) 100/ kmax , (2.17)

де kmax і kmin - найбільше і найменше значення коефіцієнтів трансформації між обмотками.

image020

Рис.2.4. Статор і ротор багатополюсного ОТ

В схемах автоматики поряд із розглянутими двохполюсними ОТ застосовуються багатополюсні обертові трансформатори. Вони, звичайно, використовуються в пристроях точного відліку, а також у схемах з малим кутом повороту. Такі ОТ виконуються плоскими, з великим діаметром ( рис.2.4 ), що дозволяє застосовувати в них обмотки з великим числом полюсів. Завдяки невеликим габаритним розмірам і спеціальної конструкції ці обертові трансформатори вмонтовуються безпосередньо в автоматичний або вимірювальний пристрій. Статор 1 і ротор 2 багатополюсних ОТ закріплюються на частинах приладу, відносне кутове переміщення яких вони повинні реєструвати.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2

Оставьте комментарий к статье