Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)

СКВТ в синусном режиме. В этом режиме СКВТ используется лишь одна (синусная) обмотка ротора (рис. 3.59, а). При включении в сеть обмотки возбуждения в ней появляется ток , ко­торый наводит магнитный поток Ф₁.

Рис. 3.59. Синусный вращающийся трансформатор

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

, (3.88)

где – наибольшее значение напряжения, соответствующее .

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 а, направленную по продольной оси ВТ встречно магнитному потоку возбуждения, и составляющую , направленную по поперечной оси ВТ, т. е. перпендикулярно обмотке возбуждения, и вызывающую искажение магнитного поля ВТ (рис. 3.59, б).

Размагничивающее влияние составляющей уравновешивается увеличением тока в обмотке возбуждения.

Э. д. с. самоиндукции, наводимая составляющей в обмотке , нарушает синусоидальную зависимость напряжения U₂ от угла и вызывает значительную погрешность вращающегося трансформатора, которая возрастает с увеличением нагрузки (тока I₂). Устранение искажающего действия э. д. с. самоиндукции обычно осуществляется так называемым симметрированием трансформатора. Симметрирование может быть первичным и вторичным.

В синусном режиме СКВТ, когда включена только одна вторич­ная обмотка, применяется первичное симметрирование, основанное на использовании компенсационной обмотки . Если внутреннее сопротивление источника Z_i, и соединительных проводов Z_л мало (Z_i + Z_л ≈ 0), то обмотка замыкается накоротко. Если же Z_i достаточно велико, что имеет место при питании ВТ от источника небольшой мощности, то обмотка замыкается на резистор сопротивлением Z_К.Н. = Z_i + Z_л.

Магнитный поток , сцепляясь с компенсационной обмоткой, наводит в ней э. д. с. 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 (поток является причиной возникновения E_K и потока Ф_K). В результате поток окажется в значительной степени скомпенсированным потоком Ф_K, и погрешность ВТ, вызванная нагрузкой, значительно уменьшится.

СКВТ в синусно-косинусном режиме. В этом режиме в схему СКВТ включают обе обмотки ротора – и , смещенные в прост­ранстве относительно друг друга на 90° (рис. 3.60, а). Зависимость напряжения обмотки от угла поворота ротора определяется выражением (3.88), а напряжение на выходе обмотки

(3.89)

Из выражения (3.89) видно, что напряжение U₃ при повороте ротора на угол изменяется пропорционально косинусу этого угла.

Рис. 3.60. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор

Таким образом, на выходе СКВТ получается два напряжения – U₂ и U₃: первое изменяется пропорционально , а второе – пропорционально (рис. 3.60, б).

Обмотки и обычно имеют одинаковые параметры, а поэтому наибольшие значения напряжений и также одинаковы:

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

Таким образом, выражения напряжений на выходе СКВТ [см. (3.88) и (3.89)] могут быть записаны иначе:

(3.90)

(3.91)

Рассмотрим работу СКВТ в случае неравенства нагрузок:

где – сопротивление нагрузки в цепи синусной обмотки; – сопротивление нагрузки в цепи косинусной обмотки.

При включении этих нагрузок в цепях обмоток ротора появятся токи и , которые создадут в магнитной цепи ВТ магнитные потоки и (рис. 3.60, в). Поперечные составляющие этих потоков и направлены навстречу друг другу и частично взаимно компенсируются. Полная взаимная компенсация поперечных потоков происходит при равенстве м. д. с. синусной и косинусной обмоток по поперечной оси:

(3.92)

где k₂ и k₃ – обмоточные коэффициенты обмоток ротора.

Токи в обмотках ротора при полной компенсации

(3.93)

(3.94)

где Z₂ и Z₃ – полные сопротивления синусной и косинусной обмоток трансформатора.

Подставив выражения токов из (3.93) и (3.94) в равенство (3.92) получим

(3.95)

Синусная и косинусная обмотки делаются одинаковыми, поэтому и . Тогда равенство (3.95) видоизменяется:

или

Таким образом, полная взаимная компенсация поперечных составляющих потоков обмоток ротора происходит при равенстве нагрузочных сопротивлений в синусной и косинусной цепях вращающегося трансформатора, такая компенсация поперечных составляющих потоков реакции вторичных обмоток называется вторичным симметрированием.

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

Этот поток наводит в роторных обмотках э. д. с. самоиндукции, что ведет к искажению заданных функциональных зависимостей выходных напряжений. Магнитный поток при может быть скомпенсирован за счет первичного симметрирования, т. е. за счет потока , создаваемого током короткозамкнутой компенсационной обмотки.

При полном вторичном симметрировании ВТ входное сопротивление не зависит от положения ротора (угла ). Поэтому ток и мощность, потребляемые ВТ, также не зависят от угла . На этом основан метод подбора нагрузочных сопротивлений синусной и косинусной обмоток для осуществления полного вторичного симметрирования, называемый методом амперметра (рис. 3.61). Сущность метода состоит в том, что подбираются такие значения и , при которых поворот ротора не вызывает изменения показаний амперметра А, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Рис. 3.61. Схема настройки симметрирования СКВТ методами амперметра и вольтметра

Более точным методом вторичного симметрирования является метод вольтметра. Так как при полном вторичном симметрировании поперечные составляющие потоков синусной и косинусной обмоток взаимно уравновешиваются, то в компенсационной обмотке э. д. с. не наводится. Следовательно, сопротивления и подбираются таким, чтобы показание вольтметра V, включенного в цепь компенсационной обмотки, было нулевым во всех положениях ротора.