Что такое первичное симметрирование вт

СКВТ. Первичное симметрирование.

П е р в и ч н о е симметрирование выполняется со стороны статора и заключается в

замыкании компенсационной обмотки на какое-то сопротивление или накоротко (рис.

6.4). Условием первичного симметрирования является равенство (симметрия) полных

сопротивлений цепи обмотки возбуждения и цепи компенсационной обмотки: Zис+ Zв= Zк

выливается в равенство Zис= Zкн. Если принять, что внутренне сопротивление мощного

источника равно нулю Zис = 0, то и Zкн= 0, т.е. первичное симметрирование сводится к

замыканию компенсационной обмотки накоротко.

Сущность первичного симметрирования состоит в том, что поперечный поток Фsq,

пульсируя по оси компенсационной обмотки, индуцирует в ней ЭДС и ток, который

создает магнитный поток Фк, направленный встречно потоку Фsq (рис.6.4,б). В результате

поток Фsqи его искажающее действие в значительной мере уменьшаются.

Источник

Вращающиеся трансформаторы

В системах, где нужно точное измерение угловой координаты вместо сельсинов используют вращающие трансформаторы.

Вращающийся трансформатор (резольвер) – электрическая микромашина переменного тока, предназначенная для преобразования угла поворота в электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна или является функцией (чаще всего, синус или косинус) угла или самому углу.

В зависимости от схемы включения вращающиеся трансформаторы могут использоваться в качестве:

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.

Наибольшее применение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки w₁ и w_K (C1–С2 и СЗ–С4) расположены на статоре; обмотки w₂ и w₃ (Р1 – Р2 и РЗ – Р4) – на роторе (рисунок 2.29).

Принцип работы вращающихся трансформаторов основан на взаимной индуктивности между обмотками статора и ротора, которая изменяется в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

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.

Вращающиеся трансформаторы подразделяются на контактные и бесконтактные, с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора.

В зависимости от схемы включения обмоток возможны следующие режимы работы:

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.

Важнейший показатель работы системы дистанционной передачи угла – точность отработки угла, заданного на датчике. Точность системы будет тем выше, чем меньше погрешность примененных в ней вращающихся трансформаторов. Показателем точности системы дистанционной передачи угла является погрешность следования, представляющая собой разность угловых положений системы. В зависимости от погрешности следования трансформаторные системы с вращающимися трансформаторами делят на 11 классов точности в диапазоне от +0,1 до +30 мин.

В отличие от трансформаторной системы на сельсинах система на вращающемся трансформаторе обеспечивает более высокую точность, что объясняется большей точностью вращающихся трансформаторов по сравнению с сельсинами. Однако мощность на выходе ВТ-приемника меньше мощности на выходе сельсина-приемника, поэтому для трансформаторных систем на вращающемся трансформаторе требуются усилители мощности с более высоким коэффициентом усиления.

Промышленность изготовляет вращающиеся трансформаторы, предназначенные для включения в сеть переменного тока обычно частотой 400 и 2 тыс. Гц.

Синус–косинусные вращающиеся трансформаторы в синусном режиме

В этом режиме синус-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) используется лишь одна (синусная) обмотка ротора w₂ (рисунок 2.30 а). При включении в сеть обмотки возбуждения w₁ в ней появляется ток I₁, который наводит магнитный поток Ф₁.

Сцепляясь с вторичной обмоткой, этот поток индуктирует в ней ЭДС E₂, величина которой зависит от положения вторичной обмотки относительно обмотки возбуждения, т. е. от угла поворота ротора α. При холостом ходе на выходе ВТ появляется напряжение

где U_2M – наибольшее значение напряжения, соответствующее α=90°.

При подключении нагрузки Z_H к зажимам вторичной обмотки P1 – Р2 в ее цепи появляется ток I₂. Созданный этим током магнитный поток Ф₂ можно разложить на две составляющие: составляющую Ф_2d=Ф_2sinα, направленную по продольной оси ВТ встречно магнитному потоку возбуждения, и составляющую Ф_2q=Ф_2sinα, направленную по поперечной оси ВТ, т. е. перпендикулярно обмотке возбуждения, и вызывающую искажение магнитного поля ВТ (рисунок 2.30 б).

Размагничивающее влияние составляющей Ф_2d уравновешивается увеличением тока в обмотке возбуждения.

ЭДС самоиндукции, наводимая составляющей Ф_2q в обмотке w₂, нарушает синусоидальную зависимость напряжения U₂ от угла α и вызывает значительную погрешность вращающегося трансформатора, которая возрастает с увеличением нагрузки (тока I₂).

Магнитный поток Ф_2q, сцепляясь с компенсационной обмоткой, наводит в ней ЭДС E_K. Так как обмотка замкнута накоротко, то в ней появляется ток I_K, который создает в магнитной цепи машины магнитный поток компенсационной обмотки Ф_K. Этот поток в соответствии с правилом Ленца, направлен против потока Ф_2q (поток Ф_2q является причиной возникновения E_K и потока Ф_K). В результате поток Ф_2q окажется в значительной степени скомпенсированным потоком Ф_K, и погрешность ВТ, вызванная нагрузкой, значительно уменьшится.

Синус-косинусные вращающиеся трансформаторы в синусно-косинусном режиме

В этом режиме в схему СКВТ включают обе обмотки ротора – w₂ и w₃, смещенные в пространстве относительно друг друга на 90° (рисунок 2.31 а). Зависимость напряжения обмотки w₂ от угла поворота ротора α определяется выражением:

а напряжение на выходе обмотки w₃.

Из выражения видно, что напряжение U₃ при повороте ротора на угол α изменяется пропорционально косинусу этого угла.

Обмотки w₂ и w₃ обычно имеют одинаковые параметры, а поэтому наибольшие значения напряжений U_2m и U_3m также одинаковы:

где U₁– напряжение на входе ВТ, т. е. на зажимах обмотки возбуждения w₂.

Таким образом, выражения напряжений на выходе СКВТ могут быть записаны иначе:

Полная взаимная компенсация поперечных составляющих потоков обмоток ротора происходит при равенстве нагрузочных сопротивлений в синусной и косинусной цепях вращающегося трансформатора.

Если же нагрузочные сопротивления Z´_H и Z´´_H не равны, то вторичное симметрирование получается неполным, так как поперечные составляющие и Ф3q взаимно компенсируются лишь частично, и в магнитной цепи ВТ появляется магнитный поток, направленный по поперечной оси:

Этот поток наводит в роторных обмотках ЭДС самоиндукции, что ведет к искажению заданных функциональных зависимостей выходных напряжений. Магнитный поток Ф_q при Z´_H=Z´´H может быть скомпенсирован за счет первичного симметрирования, т. е. за счет потока Ф_К, создаваемого током I_К короткозамкнутой компенсационной обмотки.

Линейные вращающиеся трансформаторы

При определённой схеме соединения обмоток и коэффициенте трансформации на выходе вращающегося трансформатора можно получить линейную зависимость амплитуды напряжения от угла поворота ротора.

Принцип работы вращающегося трансформатора в линейном режиме основан на том, что на его выходе можно получить функцию:

Данная функция при k = 0,54 даёт наилучшее приближение к линейной зависимости в пределах α от –60° до +60° (рисунок 32 в). Для получения зависимости выходного напряжения от угла поворота можно использовать две схемы включения вращающегося трансформатора (рисунок 32 а и б ). Рассмотрим кратко первую схему. В ней обмотка возбуждения и косинусная обмотка соединены последовательно и подключены к источнику питания, а к синусной обмотке подключена нагрузка Z_н. Поперечный поток компенсируется путём первичного симметрирования и при анализе может не учитываться.

Это выражение не учитывает собственных сопротивлений обмоток, поэтому в реальных машинах коэффициент трансформации находится в пределах 0,56…0,58.

В схеме с вторичным симметрированием (рисунок 2.32 б) источник питания подключён к обмотке возбуждения, а к соединенным последовательно квадратурной и синусной обмоткам подключена нагрузка. Симметрирование выполнено путём замыкания косинусной обмотки на сопротивление Z_b.

Выходное сопротивление линейного вращающегося трансформатора в схеме с вторичным симметрированием зависит от угла поворота ротора, что значительно ограничивает возможность её применения. Поэтому на практике главным образом используют схему включения с первичным симметрированием.

Литература

Источник

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Исследование синусно-косинусного вращающегося трансформатора

Приложение к стенду СВТ-1

ОГЛАВЛЕНИЕ

2. Теоретические сведения

3. Порядок выполнения работы

4. Контрольные вопросы

В настоящее время для определения углового положения различных механизмов традиционно применяют синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ). Применение СКВТ наиболее оправданно в аналоговых системах измерения угла поворота или высокоточных цифровых системах с аналоговым входом. По сравнению с цифровыми датчиками углового положения применение СКВТ позволяет достичь большей точности преобразования углового перемещения в электрический сигнал. В зависимости от назначения СКВТ могут работать как в режиме поворота в пределах заданного угла, так и в режиме непрерывного вращения.

Основным свойством ВТ является то, что при повороте его ротора взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора с высокой степенью точности изменяется по закону синуса или косинуса угла поворота. Вследствие этого эффективные значения ЭДС взаимоиндукции вторичных обмоток СКВТ строго следует этим зависимостям.

Изучение режимов работы и основных характеристик вращающихся трансформаторов.

Выполнение лабораторной работы позволяет закрепить знания в области теории информационной электрической машины – синусно–косинусного вращающегося трансформатора, овладеть методами экспериментального исследования данных устройств и определения точности преобразования угла поворота ротора в электрический сигнал. В ходе лабораторной работы определяются сравнительные качества синусных, косинусных обмоток синусно–косинусных трансформаторов.

Проведение опытов позволяет сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оценить погрешности.

2 Теоретические сведения

2.1 Основные понятия

В настоящее время наибольшее распространение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы, изготовленные аналогично двухфазным асинхронным двигателям с фазным ротором и контактными кольцами. Пакеты стали статоров и роторов таких вращающихся трансформаторов (ВТ) изготовляют из тщательно изолированных листов электротехнической стали, изготовленных с высокой точностью. В пазах статора и ротора располагаются двухфазные обмотки, сдвинутые на 90 эл. град. друг от друга (рис. 1а, б).

Рис 1. Устройство вращающегося трансформатора:

У большинства вращающихся трансформаторов концы обмотки ротора присоединяются к контактным кольцам, по которым скользят щетки. Кольца и щетки обычно изготовляются из сплавов серебра. В некоторых ВТ, предназначенных для работы с ограниченным углом поворота ротора, кольца и щетки заменяются спиральными пружинами из латуни (аналогично токосъему в измерительных приборах). В ряде случаев бесконтактные ВТ изготавливаются с кольцевыми трансформаторами (по типу сельсинов).

Четырехобмоточные ВТ, имеющие по две обмотки на статоре и роторе, используются в схемах автоматики и вычислительной техники в качестве измерителей рассогласования, трансформаторных сельсинов, фазовращателей, преобразователей координат.

Один и тот же ВТ практически может выполнить различные функции в зависимости от схемы соединения обмоток.

2.2 Синусный вращающийся трансформатор

б – эквивалентная схема, в – векторная диаграмма

где E_Am – максимальная ЭДС обмотки А, наводимая в ней в случае совпадения осей обмоток A и S ( a =90 ° ).

Как и в обычном трансформаторе

(2)

причем w_A / w_S – максимальный коэффициент трансформации.

С учетом (2) выражение ЭДС (1) при холостом ходе имеет вид:

; (3)

Если не учитывать падения напряжения на обмотке возбуждения S

(4)

(5)

Продольный поток Ф _ad вторичной обмотки, как в обычном трансформаторе, компенсируется возрастающим током первичной обмотки I ₃. Суммарный поток по продольной оси как при холостом ходе, так и при нагрузке остается практически постоянным (Ф _d » Ф _{S 0}= const ). Этот поток наводит в обмотке A («продольных витках») ЭДС самоиндукции E_AM , приблизительно равную ЭДС холостого хода:

(6)

(7)

где (8)

Таким образом, ЭДС Обмотки A может быть определена как сумма ЭДС взаимоиндукции и ЭДС самоиндукции :

(9).

Из-за наличия погрешности такие ВТ применяются лишь в тех случаях, когда режим их работы близок к холостому ходу. Чаще всего применяются СКВТ.

2.3 Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы

(10),

а ток, как и (5) равен:

(11).

Рис 4. Схема включения синусно-косинусного вращающегося трансформатора (а) и векторная диаграмма его магнитных потоков (б)

;

;

;

(12)

Из диаграммы (рис.4б) видно, что поперечные потоки Ф _Aq и Ф _Bq направлены встречно. Это значит, что при наличии двух обмоток суммарный поперечный поток будет меньше, чем при наличии одной обмотки. Выполняя определенные условия ( ) можно устранить вызванную этими потоками погрешность.

2.4 Симметрирование синусно-косинусных вращающихся трансформаторов

Согласно рис. 4 а,б имеем:

или, выражая токи через ЭДС и сопротивления, получим:

(13),

(14).

(15).

Особенностью вторичного симметрирования является то, что входное сопротивление и потребляемый из сети ток при постоянном напряжении не зависит от угла поворота и равен соответственно:

(16),

Однако при вторичном симметрировании выходное сопротивление зависит от угла поворота, что ограничивает применение СКВТ со вторичным симметрированием.

Метод вольтметра основан на том, что при вторичном симметрировании отсутствует поперечный поток, то есть ЭДС квадратурной обмотки, а, следовательно, и показания вольтметра, при этом равны нулю (в пределах погрешности).

В этом случае, если СКВТ питается от источника большой мощности, сопротивление которого равно Z _ист =0, то и Z_KH =0, то есть для осуществления первичного симметрирования необходимо замкнуть накоротко квадратурную обмотку.

На практике, там, где это возможно, применяют и первичное, и вторичное симметрирование,

2.5 Погрешности вращающихся трансформаторов

Основным требованиям, предъявляемым к ВТ, является точность воспроизведения тех или иных функциональных зависимостей. ВТ, как и любые другие информационные машины, имеют погрешности, которые в зависимости от физической природы делятся на четыре группы:

1) погрешности, вытекающие из принципа действия;

2) погрешности от конструктивных ограничений;

3) погрешности от неточности изготовления;

4) погрешности, определяемые условиями эксплуатации.

Так как погрешности ВТ связаны друг с другом, точность ВТ оценивают по нескольким показателям:

1) по величине максимальной погрешности синусной зависимости, которая определяется в процентах от максимального значения выходного напряжения;

2) по максимальной асимметрии нулевых точек;

3) по максимальному значению остаточной ЭДС;

4) по максимальной разности коэффициентов трансформации.

Источник