2.4.1.Общая характеристика и классификация ВТ

Вращающийся трансформатор (ВТ) представляет собой индукционную машину с неявно выраженными полюсами

Основное свойство ВТ состоит в том, что коэффициент взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при повороте последнего изменяется по закону синуса или косинуса, вследствие чего и э.д.с., наводимые в роторных обмотках, также изменяются по этим законам.

Вращающиеся трансформаторы, в зависимости от характера вырабатываемой ими функции, разделяются на линейные (ЛВТ) и синусно-косинусные (СКВТ). Кроме того, имеется ряд типов масштабных вращающихся трансформаторов (МВТ), отличающихся от других ВТ тем, что у них на передней крышке имеется приспособление для фиксации положения ротора.

Вращающиеся трансформаторы указанных типов имеют одинаковую конструкцию, но различную схему включения обмоток статора и ротора.

Типы вращающихся трансформаторов друг от друга отличаются следующим:

1) сопротивлением холостого хода;

2) коэффициентом трансформации, т.е. отношением максимального вторичного напряжения к напряжению питания;

3) характером съема тока с обмоток ротора.

В МСН применяются вращающиеся трансформаторы типов ВТ-5 и ВТ-7. Принцип действия их одинаков, различие лишь в габаритах и обмоточных данных.

ВТ-5: наружный диаметр -55 мм, вес – 0,65 кг;

ВТ-7: наружный диаметр – 75 мм, вес – 1,6 кг.

Общий вид ВТ-5 показан на рис. 2.22а, а ВТ-7 – на рис. 2.22б.

 а)                                          

б)

в)

Рис. 2.23. Вращающиеся трансформаторы (а – общий вид ВТ-5, б – общий вид ВТ-7, в – ВТ-5 в разобранном виде)

Данные типы трансформаторов являются точными электромеханическими приборами, служащими для получения на выходе напряжений, пропорциональных углу поворота ротора, а также для решения ряда других задач в схемах автоматики и счетно-решающих устройств.

Вращающийся трансформатор ВТ-5 показан на рис. 2.22в. Статор ВТ состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого запрессован пакет 2, набранный из отдельных штампованных листов пермаллоя. В пазах статора уложены две первичные взаимно-перпендикулярные обмотки. Обмотка С₁С₂ статора называется обмоткой возбуждения, другая С₃С₄, ей перпендикулярная, называется квадратурной обмоткой.

Ротор ВТ состоит из пакета 3, набранного из листов пермаллоя и запресованного на валике 4. На окружности ротора равномерно распределены скошенные пазы, в которых уложены две взаимно-перпендикулярные обмотки – синусная Р₁Р₂ и косинусная Р₃Р₄. На крышке 5 укреплена клеммная колодка 6. Концы статорных обмоток подведены к клеммной колодке непосредственно, а концы роторных обмоток – через переходное контактное устройство, выполняемое в двух вариантах в зависимости от характера использования ВТ. Если угол поворота ротора неограничен, то ВТ имеет кольца и щётки. Если угол поворота ротора ограничен (±1,5 оборота), то напряжение с обмоток ротора снимается с помощью спиральных пружин 7, изготовленных из листовой бронзы и извитых несколькими витками на секционный барабан 8. При вращении ротора пружины свободно навиваются на барабан, не касаясь друг друга.

На вращающихся трансформаторах типа ВТ-5, ВТ-7 применен магнитопровод с улучшенными магнитными характеристиками, а корпус и крышки ВТ изготавливаются из титана. Кроме того, у этих ВТ применены специальный тип и расположение обмоток, устранены радиальные и осевые люфты. Всё это и обеспечивает высокую точность их работы.

ВТ относятся к типу электромеханических счетно-решающих устройств и рассчитаны на питание от источника однофазного переменного тока 40 В 500 Гц для ВТ-5, а для ВТ-7 -110 В 400 Гц или 110 В 500 Гц.  

Работа ВТ в режиме СКВТ

Принцип работы СКВТ основан на использовании ЭДС, индуцируемой в синусной и косинусной обмотках магнитным потоком обмотки возбуждения. Электрическая схема СКВТ показана на рис. 2.23.

Обмотка возбуждения С₁С₂ и квадратурная обмотка С₃С₄, имеющие пространственный сдвиг между магнитными осями, равный 90°, уложены в пазах статора.

Рис. 2.23. Электрическая схема СКВТ

В пазах ротора размещены две однофазных обмотки - синусная обмотка Р₁Р₂ и косинусная обмотка Р₃Р₄, имеющие сдвиг между магнитными осями, равный 90°.

На обмотку возбуждения подается переменное напряжение            U_в = 40 В. Пульсирующий ток, протекающий по обмотке, создает магнитный поток возбуждения Ф_В. Если магнитная ось синусной или косинусной обмотки совпадает с направлением вектора Ф_В, то в соответствии с законом электромагнитной индукции, в соответствующей обмотке находится максимальная ЭДС.

.                                          (2.11)

Если ротор CKВT развернут относительно нулевого положения на угол α, то по направлениям магнитных осей синусной и косинусной обмоток действуют составляющие вектора Ф_В:   

                           (2.12)

Составляющие магнитных потоков Ф_S, Ф_C индуцируют в роторных обмотках соответствующие ЭДС, а именно:

                                (2.13)

Напряжения на клеммах синусной и косинусной обмоток определяются следующими аналитическими зависимостями:

     (2.14)

где - коэффициент трансформации, который определяется отношением числа витков вторичной и первичной обмоток.

.      (2.15)

Выходная характеристика СКВТ определяется зависимостью напряжения на клеммах синусной и косинусной обмоток от угла поворота ротора, как показано на рис. 2.24.

СКВТ может работать в двух основных режимах – координатора и построителя. По сути оба режима моделируют векторные преобразования. В режиме координатора вектор параметра раскладывается на две составляющие в прямоугольной системе координат. В режиме построителя происходят обратные преобразования – определяется вектор какого-либо параметра по двум его составляющим.

СКВТ в следящих системах непрерывного действия может использоваться в режиме трансформаторных сельсинов для дистанционного введения в приборы заданных входных величин.

Рис. 2.24. Зависимость выходной характеристики СКВТ от угла

Поворота ротора

Элементами-датчиками и элементами-приемниками здесь выступают не сельсины, а СКВТ. Одноотсчетная следящая система на СКВТ самосинхронизируется при рассогласовании роторов приемника и датчика в пределах 360^о.

Выходные напряжения, полученные в соответствии с приведенными выше зависимостями, будут точны только в том случае, если к концам роторных обмоток подключены нагрузки с бесконечно большими сопротивлениями. Для конечных сопротивлений эти зависимости будут искажаться вследствие взаимодействия магнитного потока реакции вторичных обмоток с основным магнитным потоком обмотки возбуждения.

Искажающее влияние вторичных обмоток ВТ устраняется путем их симметрирования, что повышает точность работы вращающегося трансформатора.