| 5979kb. | 04.12.2011 15:26 |
- Смотрите также:
- [ лекция ]
- [ вопрос ]
- [ шпаргалка ]
- [ лекция ]
- [ шпаргалка ]
- [ вопрос ]
- [ документ ]
- [ документ ]
- [ дипломная работа ]
- [ документ ]
- [ лекция ]
- [ лекция ]
Модуль 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. .
Цель модуля – формирование у студентов понимания принципов действия электромашинных преобразователей переменного тока (синхронных и асинхронных электрических машин).
Уровень квалификации студента после изучения модуля позволит ему быть готовым к дальнейшему углублению познаний в области электрических машин переменногоь тока.
Тема 1. Общие сведения о машинах переменного тока.
1.1. В современной промышленности преимущественно применяются многофазные М~Т. Чаще всего число фаз m =3. Действие всех многофазных машин основано на эффекте вращающегося магнитного поля .
ЭМ~Т подразделяются на 3 вида:
- а) синхронные (СМ);
- б) асинхронные (АМ);
- в) коллекторные (КМ).
ротор вращается с той же скоростью
скорость вращения ротора
универсальных
Вращающееся магнитное поле, Поле трехфазного тока, Трехфазная система токов
Направление вращения поля – в сторону оси катушки, в которой ожидается максимум тока. В те моменты времени, когда поле одной из катушек максимально, результирующее поле совпадает с ним по направлению.
порядок следования фаз
Поле двухфазного тока
электрических
Если эти токи протекают по катушкам, содержащим w 1 и w 2 витков и сдвинутым в пространстве на 900 (геометрических ), результат векторного сложения их пульсирующих магнитных полей представляет собой вращающееся поле , частота вращения которого (в пространстве ) равна n 1 , направление вращения поля, как и в предыдущем случае, определяется чередованием максимумов токов в фазах.
Для того, чтобы модуль вектора В вращающегося магнитного поля оставался неизменным, т.е. поле было круговым , необходимо выполнение трех условий:
в пространстве
электрический,
одинаковы
эллиптическое
Обмотки ЭМ~Т
При конструировании машин ~ Т стремятся к тому, чтобы индуцируемые в обмотках ЭДС были синусоидальными. Если эти ЭДС индуцируются вращающимся магнитным полем, то для этого необходимо, чтобы распределение магнитной индукции вдоль зазора было синусоидальным.
однофазная сосредоточенная обмотка на статоре
(коэффициент 1/2 определяется наличием двух воздушных зазоров δ , встречающихся на пути магнитного потока и создающих его прохождению магнитное сопротивление R м δ ).
При изменении тока i к во времени форма кривой распределения не изменяется , изменяется лишь величина НС F к и, соответственно, индукции В , следовательно, при синусоидально изменяющемся во времени токе i к в зазоре машины возникает пульсирующие магнитное поле.
Прямоугольная функция распределения индукции В в зазоре может быть разложена на гармонические составляющие по геометрическому (пространственному) углу α (1-я, 3-я и т.д. нечетные гармоники).
Первая гармоника МДС изображена на рисунке пунктиром.
Чтобы приблизить форму кривой распределения поля в зазоре к синусоидальной, требуется уменьшить состав высших пространственных гармоник с номерами 3, 5, 7 и т.д. Эта задача решается использованием некоторых приемов выполнения обмоток М~Т:
^
Укорочение обмотки
^
^
вращающиеся трансформаторы
О бмотки трехфазных машин между собой обычно соединены «звездой». Однако АД малой мощности часто выпускаются универсальными, т.е. на лобовой щиток выводят как начала, так и концы фазных обмоток. Это позволяет использовать их при двух питающих напряжениях (например, 220 и 380 В, 127 и 220 В), изменяя схему соединения обмоток на «звезду» или на «треугольник» (рисунок ).
^
1. Объясните, как пульсирующую намагничивающую силу (НС) однофазной обмотки можно (аналитическим и графическим методом) разложить на две вращающиеся НС.
2. Объясните возникновение вращающегося магнитного поля в трехфазной машине.
3. Опишите, какие процессы происходят в трехфазном и объясните, почему скорость вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля.
4. Объясните возникновение вращающегося магнитного поля в двухфазной машине.
5. Перечислите и поясните устройство обмоток статора машин переменного тока.
Тема 2 Устройство и принцип действия асинхронных машин переменного тока, Устройство асинхронного двигателя (АД)
Неподвижная часть – статор , вращающаяся – ротор . Сердечники статора и ротора набираются из листовой стали (см. раздел 1, вихревые токи) .
контактных колец
еличьей клетки»
лопастями вентилятора воздушного охлаждения
Часто АМ выполняют со скосом пазов ротора или статора для снижения высокочастотных зубцовых пульсаций, как и в М=Т.
Принцип действия АМ
Магнитный поток Ф 1 , создаваемый током i 1 c частотой f 1 обмотки статора, при своем вращении со скоростью n 1 (в пространстве внутри машины) пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС. Если обмотка ротора замкнута, в ней возникают токи i 2 , частота которых при неподвижном роторе совпадает с частотой f 1 (в машинах переменного тока принято всем электрическим, магнитным и механическим величинам, относящимся к статору, присваивать индекс «1», а относящимся к ротору – «2» (за исключением механической скорости вращения ротора, обозначаемой всегда буквой «n» без индекса); соответствующим индексом обозначаются скорости вращения магнитных полей – иногда ( n 2 =n) они совпадает с механической скоростью вращения ротора n, иногда – нет ).
В трехфазной обмотке ротора ток i 2 – так же, как и в статоре, трехфазный, с той же частотой. Этот ток создает вращающийся поток ротора Ф 2 , направление и скорость вращения n 2 которого при неподвижном роторе такие же, как и у потока статора:
общий вращающийся магнитный поток
В результате взаимодействие токов ротора и созданного ими магнитного потока Ф 2 с потоком статора Ф1 возникают механические силы и вращающий момент М. Несколько облегчает понимание этого явления представление возникающего механического момента как аналогии взаимодействия двух постоянных магнитов: два полюса одного из них (магнитное поле статора) вращаются относительно магнитных полюсов другого (магнитное поле ротора), пытаясь увлечь «магнит» ротора за собой.
реактивного характера сопротивлений обмоток
На рисунке показаны две ситуации: в первой ЭДС ротора е 2 и ток ротора i 2 совпадают по фазе (φ2 = 0).
При φ2 = 0 все силы F i , действующие на проводники обмотки ротора, направлены в сторону вращения поля, а суммарный электромагнитный момент, действующий на проводники и, соответственно, на удерживающий их ротор радиусом r a ,
.
При φ 2 =90º силы F i действуют в противоположные стороны, и суммарный их момент ^ тока ротора.
Цепь ротора АД всегда имеет определенное активное сопротивление, поэтому при пуске (механическая скорость вращения ротора n = 0) возникает пусковой момент M п > 0, и если М п > М в (статический тормозящий момент на валу , создаваемый полезной нагрузкой АД), ротор придет во вращение в направлении вращающегося поля с некоторой скоростью n < n 1 , т.е. будет вращаться с некоторым отставанием (скольжением ) относительно поля статора.
скольжением
,
или .
При пуске АД S =1, n =0. При синхронном вращении (скорость вращения поля статора и механическая скорость вращения ротора одинаковы, т.е. n 1 = n ) скольжение S = 0.
Но при n=n 1 магнитное поле статора относительно ротора становиться неподвижным, и токи в роторе индуцироваться не будут, следовательно, вынуждающий ротор вращаться момент становится равным нулю – начинается торможение).
Поэтому такой скорости (синхронной ) АД достичь не может, и в режиме двигателя всегда выполняются соотношения: 0 < n < n 1 , а 1 > S > 0.
частота пересечения полем Ф проводников ротора
.
Подставляя в это соотношение (см. выше), получим
.
поля ротора относительно самого ротора
,
поля ротора относительно статора
.
поля ротора относительно статора
Если ротор АМ привести во вращение с помощью внешней силы по направлению вращения поля, причем создать скорость ротора больше, чем скорость вращения поля статора, направления электромагнитных сил и момента М изменятся на противоположные. Момент М , действующий на ротор асинхронной машины, при этом будет тормозящим, а машина переходит в режим генератора и отдает мощность в сеть: при скольжение .
Если ротор асинхронной машины вращать в направлении, противоположном направлению вращения поля статора ( n < 0), то электромагнитный момент М будет действовать на ротор в сторону вращения поля статора, но будет тормозящим . Это – режим электромагнитного тормоза (n < 0, S > 1).
Контрольные вопросы
1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.
2. Объясните возникновение вращающегося магнитного поля в трехфазной машине.
3. Опишите, какие процессы происходят в трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором и объясните, почему скорость вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля.
4. Объясните возникновение вращающегося магнитного поля в двухфазной машине.
^
Устройство СМ
Статор СМ устроен так же, как и АМ. Обмотка статора называется еще обмоткой якоря . Ротор СМ имеет обмотку возбуждения, питаемую через 2 контактных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника. Часто этим источником является маломощный Г=Т, устанавливаемый на валу этой же СМ. Назначение ОВ — создание в машине первичного магнитного поля.
явнополюсные
Маломощные СМ иногда имеют обращенную конструкцию (индукторы (полюсы) располагают на статоре, а обмотки якоря размещают на вращающемся роторе (рис. ).
В таком случае электрическая связь с этой обмоткой осуществляется через 3 контактных кольца (аналог коллектора ЭМ=Т) со щетками.
Неявнополюсное исполнение ротора СМ используется в крупногабаритных машинах при больших скоростях вращения (соображения механической прочности ротора и крепления его полюсов и обмоток возбуждения).
Принцип действия СМ
Если ротор СМ привести во вращение со скоростью n об/сек и возбудить его (подать через контактные кольца ток в его обмотку), созданный этим током поток возбуждения Ф будет пересекать проводники обмотки статора, и в фразах последней будет индуцироваться ЭДС электромагнитной индукции с частотой
.
режиме генератора
Протекание переменных токов в трехфазной обмотке статора вызывает появление в СМ вращающегося магнитного поля, как и у АМ. Это поле статора вращается в направлении вращения ротора со скоростью , т.е. n 1 =n (скорость вращения поля статора равна скорости вращения ротора) .
подвести к обмотке статора
^
Механическая характеристика (МХ)
МХ — это зависимость скорости вращения ротора n от развиваемого момента на валу () при постоянном напряжении и частоте питающей обмотки статора сети ( U 1 =const и f 1 =const).
Часто эту зависимость представляют как M=f (S ) (рисунок ).
На МХ можно отметить ряд характерных точек: пусковой момент М п , скорость идеального ХХ (синхронная скорость n c , номинальная скорость n н , максимальный развиваемый АД момент.
реостатных МХ
4.2 Пуск АД
При пуске АД должны удовлетворяться следующие основные требования (как и при пуске Д=Т):
пусковой момент
пускового тока
в) схема пуска должна быть максимально простой.
^
прямой пуск
при пониженном напряжении на статоре;
пускового реостата в цепи ротора
Первый способ применяется обычно при пуске АД малой мощности с КЗ ротором. При проектировании таких АД учитывают условие б).
Увеличение скорости ротора n происходит по естественной механической характеристике от точки П (пуск) до точки Р (рабочий режим).
К недостаткам такого способа относится малая величина М п , а также наличие броска тока при пуске — в 5 – 7 раз превышает номинальный ток I н .
на холостом ходу
реакторный пуск
активных сопротивлений
автотрансформаторный пуск
переключением обмоток
с фазным ротором
Несмотря на большие возможности этого способа, он требует более сложной конструкции ротора, и АД с фазным ротором обладают более высокой стоимостью. Поэтому такой способ используется при тяжелых условиях пуска, где требуется развить максимально возможный пусковой момент.
КЗ АД с повышенным пусковым М
Для повышения пускового момента АД применяются две конструктивные разновидности КЗ роторов:
двойной беличьей клеткой
глубокие пазы
беличьи клетки
Индуктивное
^
По мере разгона ротора частота тока f 2 уменьшается, поэтому изменяется и распределение токов между клетками: реактивные сопротивления уменьшаются и становятся незначительными по сравнению с активными, ток переходит в рабочую клетку, поскольку R p << R п .
Глубокопазный двигатель, Регулирование скорости вращения АД, Частота вращения
n = n 1 (1 — S ) = f 1 (1-S )/p ,
где р – число пар полюсов обмотки статора. Отсюда вытекают три принципиально возможных метода регулирования скорости АД:
- изменение частоты f 1 ;
числа пар полюсов
скольжения
Частотное регулирование
переменной частоты
Развиваемый АД М макс пропорционален (U 1 /f 1 )2 , поэтому для поддержания неизменной т.н. перегрузочной способности двигателя, т.е. отношения М макс /М в , необходимо при изменении частоты f 1 одновременно изменять и напряжение питания статора U 1 так, чтобы отношение U 1 /f 1 = const, если момент нагрузки на валу М в не зависит от скорости вращения n , или по другим законам , определяемым зависимостью М в =f (n ).
Изменение числа пар полюсов
ступенчатое
- в пазах статора АД укладываются несколько обмоток, имеющих разное число пар полюсов;
- при каждом значении скорости работает (подключена к сети) только одна из них;
— используется специальная обмотка, позволяющая получить разное число пар полюсов путем изменения (переключения) схемы соединения. Здесь при любой из возможных скоростей используются все обмотки статора (на рисунке приведена схема переключения обмоток АД, позволяющая реализовать число пар полюсов р 1 или 2).
Недостаток такого способа регулирования скорости – увеличенные габариты, масса и стоимость, сложность коммутационных устройств.
Регулирование изменением скольжения, Для АД с КЗ ротором
Рис. 45-4. Механические характеристики при регулировании частоты вращения ротора.
^ – при различных напряжениях U
изменение величины питающего напряжения U
Очевидно, что данный способ может использоваться и для АД с фазным ротором. Для регулирования питающего напряжения U 1 используются автотрансформатор в первичной цепи или реостат. При таком способе регулирования снижается КПД, поэтому он применяется для регулирования маломощных АД.
^
^
а) включение реостата в цепь ротора. Схема – та же, что и при реостатном пуске АД с фазным ротором. При увеличении сопротивления регулировочного реостата R p механическая характеристика становится более мягкой , и скольжение S при неизменном моменте нагрузки на валу М в увеличивается (скорость n уменьшается ).
^
введение добавочной ЭДС
^
1. Приведите механическую характеристику трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором n = f(М). Укажите и поясните характерные точки семейства характеристик при различных активных сопротивлениях в цепи фаз ротора этого двигателя..
2. Перечислите и укажите особенности способов регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором.
3. Перечислите основные способы пуска трехфазных асинхронных двигателей (с фазным и короткозамкнутым ротором).
Укажите достоинства и недостатки этих способов.
4. Перечислите основные способы регулирования скорости вращения асинхронных двигателей. Укажите достоинства и недостатки этих способов.
Тема 5. Однофазные асинхронные машины., Общие сведения
беличьей клетки
Однофазный ток i 1 статора однофазного Д создает пульсирующее магнитное поле, а не круговое. Неподвижный пульсирующий поток можно разложить на два идентичных круговых поля , вращающихся в противоположные стороны с одинаковой частотой вращения n 1 (см. рисунок ).
Каждое из этих полей, взаимодействуя с током ротора, создает при неподвижном роторе равные по величине, но противоположные по направлению моменты (М пр и М обр ) – прямой и обратный .
При вращении
При пуске (n = 0) М пр = М обр , и результирующий момент М , действующий на ротор, равен нулю. Если же каким-то образом привести ротор во вращение, в ту или иную сторону, то один из моментов будет преобладать. Если при этом М > М в , двигатель разгонится до определенной скорости вращения.
^ – при включенной пусковой обмотке; 2
Таким образом, ОАД, в отличие от трехфазного АД, обладает следующими свойствами:
- М п = 0, и его якорь вращается в том направлении , в которое приводится внешней силой (моментом);
- частота вращения ОАД на ХХ меньше , чем у трехфазного из-за наличия тормозящего момента , создаваемого обратным полем .
Разновидности ОАД
не развивает пускового момента
^
П
Рис. 47-10. Схема асинхронного конденсаторного двигателя при круговом поле
осле разгона Д ПО отключают, и АД работает как однофазный (см. рисунок ).
Направление вращения определяется направлением пускового момента, созданного вращающимся полем «квазидвухфазного» тока.
Поскольку ПО работает кратковременно (только в период пуска), ее изготавливают из провода меньшего сечения, чем у рабочей обмотки, и укладывают в меньшее число пазов.
эллиптическое
асинхронный конденсаторный Д
В таком однофазном двигателе на статоре также имеется вторая обмотка, но она подключена к сети постоянно — и при пуске , и при работе . Обе обмотки здесь имеют одинаковые параметры. Для увеличения пускового момента часто используют увеличенную емкость при пуске . Для этого на время пуска параллельно рабочей емкости С подключают пусковой конденсатор С П , после разгона его отключают.
вигатель с экранированными
сосредоточенной
Магнитный поток машины Ф можно представить в виде суммы двух составляющих, представляющих собой магнитные потоки двух частей каждого полюса,
Ф = Ф П1 + Ф П2 .
в пространстве
вращающееся магнитное поле
Для увеличения пускового момента применяют ряд способов: устанавливают магнитные шунты между полюсами; увеличивают воздушный зазор под частью полюса, не охваченной КЗ витком; используют различенные конфигурации отдельных частей полюса.
К недостаткам ОАД относятся низкий М п , большие габариты, низкий КПД. Достоинства же их — простота конструкции, отсутствие зубцов на статоре и, как следствие, минимальные высокочастотные пульсации.
^
1. Объясните, как пульсирующую намагничивающую силу (НС) однофазной обмотки асинхронной машины можно (аналитическим и графическим методом) разложить на две вращающиеся НС.
2. Опишите устройство, принцип действия и характерные особенности однофазного асинхронного двигателя.
3. Опишите устройство и принцип работы однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами.
4. Перечислите основные способы регулирования скорости вращения асинхронных двигателей. Укажите достоинства и недостатки этих способов.
5. Перечислите способы создания пускового момента однофазных асинхронных двигателей и приведите соответствующие схемы включения.
6. Начертите схему включения асинхронного конденсаторного двигателя и объясните условия получения кругового вращающегося поля для этого двигателя.
Тема 6. Асинхронные исполнительные двигатели. Асинхронный тахогенератор., Асинхронные исполнительные двигатели (АИД)
сигнала управления
обмотка возбуждения
Частоту вращения n ИД регулируют путем изменения амплитуды и (или) фазы напряжение управления. При этом изменяется форма вращающегося магнитного поля – от кругового до пульсирующего, т.е. в общем случае является эллиптическим . Различные сочетания прямой и обратной составляющей момента эллиптического поля изменяют вид механической характеристики, вследствие чего изменяется и частота вращения ротора.
Конструкция АИД
Существуют четыре основные разновидности АИД, различающиеся по способу выполнения ротора:
беличьей клетки
полый немагнитный ротор
полый ферромагнитный ротор
моментные АИД
Первая разновидность — обычный АД с КЗ ротором.
АИД типа б) имеет внешний и внутренний статоры (см. похожую конструкцию исполнительного Д=Т), между которыми вращается полый тонкостенный ротор из алюминиевого сплава.
магнитопровода
не вращается
Способы управления АИД
К ИД предъявляются следующие требования:
а) отсутствие самохода , т.е. необходимость самоторможения ИД после снятия напряжения возбуждения ^
б) устойчивая работа во всем диапазоне скоростей вращения;
управляемость
линейность
пусковой момент
мощность управления
быстродействие
надежность
к) низкие габариты и вес .
Выполнение требований а), б) и г) достигается за счет выбора большого активного сопротивления обмотки ротора (высокоомный материал «беличьей клетки»), так что S кр = 3 – 4. При этом механические характеристики принимают вид, показанный на рисунке при r=r»’ .
При снятии управляющего напряжения U у АИД становится однофазным , и момент на его валу М = М пр – М обр становится отрицательным, т.е. тормозящим (см. п. а)).
Из принципа действия АИД вытекают три способа управления (регулирования скорости вращения) АИД:
амплитудный
б) фазовый ;
амплитудно-фазовый
Амплитудное управление
^
Амплитудно-фазовое управление
^
На рисунке U y 1 > U y 2 (sin 2 > sin 1 ).
Наиболее близки к линейным механические характеристики АИД с фазовым управлением , они имеют приблизительно одинаковую жесткость при различных β .
^
Начальные участки всех характеристик (при малых n ) близки к линейным для всех видов управления. Поэтому на них обычно и работают, используя повышенные частоты напряжения питания АИД, следовательно, большие значения синхронной скорости.
Асинхронный тахогенератор (АТг)
напряжение
При неподвижном роторе наличие U в приводит к появлению в машине пульсирующего потока возбуждения Ф в , вследствие чего в токопроводящем роторе возникает трансформаторная ЭДС Е тр.рот . , под действием которой в КЗ роторе начинает протекать переменный ток I тр . Наличие переменного тока вызывает появление пульсирующего потока Ф тр , направление которого согласно правилу Ленца (см. раздел 1) противоположно потоку Ф в .
результирующий
При вращении ротора со скоростью n в роторе индуктируется ЭДС вращения , и под ее действием возникает ток I вр . Направления ЭДС и токов в витках ротора показаны на внешних проводниках.
Как известно, Е вр =c Е ·n ·Ф . При переменном результирующем потоке Ф ЭДС Е вр является функцией n и пульсирует с частотой f 1 (частота тока обмотки возбуждения и потока Ф ).
Ток I вр ротора, вызванный этой ЭДС, вызывает появление потока Ф вр . Этот поток направлен по оси генераторной обмотки и индуцирует в ней трансформаторную ЭДС Е г . Частота ЭДС Е г совпадает с частотой f 1 и не зависит от скорости вращения ротора. Это свойство является преимуществом АТг по сравнению с другим типом Тг переменного тока — синхронным Тг.
В реальном АТг величина Ф , а следовательно, и Е г , несколько уменьшается с ростом скорости вращения ротора n из-за появления в проводниках ротора дополнительной ЭДС вращения, вызванной потоком Ф вр : наличие потока Ф вр вызывает появление в роторе добавочной ЭДС Е вр.доб и добавочного тока I вр.доб , а тот, в свою очередь, порождает поток Ф вр.доб , направленный по оси ОВ навстречу Ф в .
фазовая погрешность
^
высокая точность
- полый немагнитный ротор АТг изготавливают из материалов с большим , чем у АД, удельным сопротивлением ;
согласование
калибровка
^
1. Перечислите требования, предъявляемые к асинхронным исполнительным двигателям, и объясните, как они выполняются.
2. Опишите конструктивные разновидности, принцип действия и способы управления асинхронными исполнительными двигателями.
3. Опишите устройство и принцип действия асинхронного тахогенератора.
4. Назовите причины возникновения погрешностей тахогенератора и укажите способы их снижения.
5. Перечислите основные способы регулирования скорости вращения однофазных асинхронных двигателей. Укажите достоинства и недостатки этих способов.
6. Перечислите способы создания пускового момента однофазных асинхронных двигателей и приведите соответствующие схемы включения.
^
Цель модуля – формирование у студентов понимания принципов действия электромашинных преобразователей переменного тока (синхронных и асинхронных электрических машин).
Уровень квалификации студента после изучения модуля позволит ему быть готовым к дальнейшему применению познаний в области электрических машин переменногоь тока. при проектировании и эксплуатации электромеханических и мехатронных систем.
^
Устройство и типы ВТ.
Вращающимися трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота в напряжение, находящееся в функциональной зависимости от этого угла.
Вращающийся трансформатор выполняется так же, как асинхронный двигатель с фазным ротором. 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 ( С 1 —С 2 ) называется обмоткой возбуждения, другая (С 3 —С 4 ) – компенсационной. Обмотка ротора Р 1 —Р 2 называется синусной, другая обмотка (Р 3 —Р 4 ) – косинусной. Отсчет угла поворота ротора производится от оси компенсационной обмотки статора (С3-С4) до оси синусной обмотки ротора (Р 1 —Р 2 ).
Рис. 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 ВТ разделяют на следующие типы:
- синусно-косинусные ВТ (СКВТ), выходные напряжения которых на синусной (U s ) и косинусной обмотках (Uc ) определяются соотношениями
^
k =w р /w с – коэффициент трансформации ВТ (w р ,w с – число витков обмоток ротора и статора);
- линейные вращающиеся трансформаторы (ЛВТ), выходное напряжение которых изменяется пропорционально углу поворота ротора ;
- ВТ-построители, реализующие другие зависимости.
Для получения ВТ различных видов может быть использована одна и та же машина с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при различных способах их включения.
Основные параметры наиболее распространенных ВТ:
-
напряжение обмотки возбуждения и компенсационной обмотки 40, 60 и 110 В с частотой 50, 400 500 и 1000 Гц;
-
коэффициент трансформации k = 0,2 0,96;
Класс точности ВТ определяется относительной погрешностью U, выраженной в процентах, т. е. разностью ординат в любой точке действительной кривой U =f() и идеальной синусоидальной кривой Ui = f() , отнесенной к максимальному напряжению синусной обмотки U max (при =90о ).
В зависимости от значения U ВТ подразделяют на четыре класса точности: нулевой (U до 0,05%); первый (U=0,05 0,1%); второй(U =0,1 0,25%); третий (U >0,25%).
Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических устройствах, маломощных следящих системах (в качестве измерителей рассогласования), в вычислительной технике, в схемах разверток радиолокационных установок и т. д. ВТ также используют в качестве построителей для решения геометрических и тригонометрических задач.
При этом, в зависимости от назначения ВТ, в автоматических устройствах они могут работать как в режиме поворота ротора в пределах определенного ограниченного угла, так и при непрерывном вращении со скоростью до 3000 об/мин .
Режим СКВТ
Рассмотрим принцип действия и поведение машины, используемой в качестве синусного ВТ. В этом режиме обмотка возбуждения С 1 —С 2 присоединена к источнику переменного тока с действующим значением напряжения U 1 неизменной величины (U 1 – напряжение возбуждения, обычно равное 110 В).
К синусной обмотке ротора Р 1 —Р 2 подключено сопротивление нагрузки Z н3 (рис. 2, а ).
Компенсационная С 3 —С 4 и косинусная Р 3 —Р 4 обмотки разомкнуты и на рисунке не показаны.
а б
