Вращающимися трансформаторами (ВТ) называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота в напряжение, находящееся в функциональной зависимости от этого угла.
Вращающиеся трансформаторы — это индукционные преобразователи с неограниченным углом поворота вала, у которых выходное напряжение является функцией двух аргументов: входного напряжения и угла поворота ротора.
При этом зависимость выходного напряжения от входного линейная, а зависимость выходного напряжения от угла поворота — по синусному или косинусному закону:
где и — угол поворота,
где щ 2 — число витков косинусной или синусной обмотки, щ1 — число витков обмотки возбуждения.
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 ).
В зависимости от расположения обмоток возбуждения, ВТ могут быть с питанием со стороны статора или ротора и с напряжением возбуждения постоянной или переменной амплитуды.
Рисунок 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 их подразделяют на следующие типы:
- а) синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), позволяющий получать на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sin и, а другое — cos и;
- б) линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ), выходное напряжение которого пропорционально углу и;
в) масштабный вращающийся трансформатор (МВТ), который отличается от СКВТ только наличием стопора, позволяющего фиксировать ротор в нужном положении
Датчики угла поворота
... выходной обмотки соединены встречно. Один оборот ротора соответствует одному шагу винтового выступа, а распределение магнитной индукции зависит от угла q поворота ротора. 2.3 Датчик трансформаторный угла поворота с цилиндрическим ротором, Формула изобретения. отличающийся тем Датчик трансформаторный ...
г) вращающийся трансформатор-построитель, выходное напряжение которого имеет связь с подаваемыми первичными напряжениями U1 и U2 в виде закона
где С — постоянная.[1]
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.[2]
Вращающиеся трансформаторы применяют в аналого-цифровых преобразователях «угол — амплитуда — код» и «угол — фаза — код» цифровых следящих систем и систем программного управления промышленными роботами и автоматами; в системах дистанционной передачи угла повышенной точности и в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат.
Вращающиеся трансформаторы в основном являются двухполюсными машинами. Однако в аналого-цифровых преобразователях «угол — код» и системах дистанционной передачи угла повышенной точности применяют и многополюсные вращающиеся трансформаторы. Двухполюсные вращающиеся трансформаторы по конструкции и наличию скользящего контакта можно разделить на контактные и бесконтактные (рис. 2).
Рисунок 2 Контактный вращающийся трансформатор
На рисунке 2 показана конструктивная схема контактного вращающегося трансформатора. Магнитопроводы статора 1 и ротора 3 собирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Обмотки статора 2 выполняют обычно одинаковыми, т.е. у них совпадает число витков, схема соединения витков и сечение обмоточного провода. Одинаковыми изготавливают и роторные обмотки 4. Выводы статорных обмоток подводят непосредственно к соединительным панелям, выводы роторных обмоток вращающихся трансформаторов контактного типа выводят через токосъемное устройство: четыре контактных кольца 5 и щетки 6.
В бесконтактных вращающихся трансформаторах напряжения с обмоток ротора можно снимать (подавать) с помощью переходных кольцевых трансформаторов, которые располагаются на месте колец и щеток.
Ремонт силовых трансформаторов
... испытаниям по определенной программе. При текущем ремонте трансформаторов, При капитальном ремонте трансформаторов, Таблица 1., Характерные повреждения трансформаторов. Элементы трансформатора Повреждение Возможные причины Обмотки ... специализация его. Профилактические испытания включают испытания изоляции трансформаторного масла, проверку воздушного зазора между статором и ротором в электрических ...
Длина бесконтактных вращающихся трансформаторов больше, чем контактных, в связи с необходимостью размещения переходных трансформаторов. Однако существенное повышение надежности окупает этот недостаток. Конструкция вращающихся трансформаторов и технология их изготовления должны обеспечивать при повороте ротора изменение взаимоиндуктивности между обмотками статора и ротора по закону, наиболее близкому к идеальной синусоиде. Допустимое отклонение от идеального закона во многих случаях не должно превышать 0,005 %.
Принципиальные погрешности СКВТ — это отклонение выходных характеристик от синусоидальной и косинусоидальной вследствие неточности симметрирования. У ЛВТ принципиальной погрешностью является отклонение выходной характеристики от линейной вследствие неточности аппроксимации.
Конструктивные погрешности вызываются в основном несинусоидальностью распределения магнитодвижущей силы обмоток вдоль окружности машины, изменением магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие наличия пазов на поверхности статора и ротора, нелинейностью кривой намагничивания и явлением гистерезиса. Уменьшение этих погрешностей достигается путем применения специальных “ синусных” схем обмоток, за счет скоса пазов статора и ротора.
Основными источниками технологических погрешностей являются эксцентриситет расточек статора и ротора, асимметрия магнитопровода, неточность расположения и скоса пазов, наличие короткозамкнутых витков в обмотках и листов в магнитопроводе, ошибки при выполнении обмотки.
К эксплуатационным погрешностям относятся, например, температурная погрешность, связанная с изменением активных сопротивлений обмоток при изменении температуры.
Класс точности вращающихся трансформаторов устанавливается для нормальных условий эксплуатации. При определении класса точности учитываются следующие показатели:
1) погрешность отображения функциональной зависимости, определяемая по отношению к наибольшей выходной ЭДС; у СКВТ различных классов погрешность допускается от 0.005 до 0,2 %, у ЛВТ — от 0,02 до 0,2 %.
2) асимметрия нулевых положений ротора ВТ, под которой понимается отклонение действительных нулевых положений ротора от теоретических 0°, 90°, 180° и 270°; у СКВТ различных классов асимметрия допускается от 10» до 6′ 40»;
3) ЭДС квадратурной обмотки, определяемая по отношению к напряжению возбуждения; у СКВТ различных классов допускается от 0,04 до 1,2%;
4) остаточная ЭДС, определяемая по отношению к наибольшей выходной ЭДС; у СКВТ различных классов допускается от 0,03 до 0,1 %; у ЛВТ — от 0,02 до 0,3 %;
5) разность коэффициентов трансформации выходных обмоток, определяемая по отношению к наибольшему из этих коэффициентов; у СКВТ различных классов допускается от 0,005 до 0,2 %.
Класс точности устанавливается по наихудшему из параметров.[3]
Пример контактного вращающегося трансформатора.
В качестве примера контактного вращающегося трансформатора рассмотрим трансформатор типа ВТ-2А (рис.3, 4)
Рисунок 3 Трансформатор типа ВТ-2А
Рисунок 4 Габаритные и установочные размеры трансформатора типа ВТ-2А
Вращающиеся трансформаторы 2.5 ВТ предназначены для работы в электромеханических счетно-решающих устройствах, следящих системах, а также в качестве первичного датчика в цифровых преобразователях.
Погрешность измерений. Точность и достоверность результатов измерений
... А и истинным значением А 0 : ∆=А-А 0 . относительную погрешность - как отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению: δ=Δ/А0 Так как А 0 =Аn , то на практике ... наблюдений, а измерения называют статистическими. В зависимости от точности оценки погрешности различают измерения с точным или с приближенным оцениванием погрешности. В последнем случае учитывают нормированные данные ...
Трансформатор ВТ-2А вращающийся представляет собой контактную двухполюсную четырехобмоточную машину.
Крепление — за упорный буртик.
Режим работы — СКВТ, ЛВТ, МВТ.
Прибор трансформатор ВТ-2А вращающийся бывает нескольких разновидностей (например, ВТ-2А ЛШ3.010.046, ВТ-2А ЛШ3.010.047, ВТ-2А ЛШ3.010.048 и т.д.), которые имеют следующие характеристики:
- Полное входное сопротивление холостого хода — 950 Ом-4100 Ом;
- Номинальное напряжение питания — 110В;
- Номинальная частота напряжения возбуждения прибора ВТ-2А- 500Гц;
- Диапазон рабочих частот напряжения возбуждения — 380Гц-510Гц;
- Коэффициент трансформации прибора — 0,540-0,960;
- Частота вращения вала — 6 об/мин;
- 15 об/мин;
- Рабочий диапазон — 104,5В-115,5В;
- Изменение коэффициента трансформации при изменении температуры окружающей среды на 40°С — 0,1%;
Момент статического трения — 22·10 -3 Нм;
Вращающиеся трансформаторы ВТ-2А подразделяются на классы точности:
- трансформатор ВТ-2А 0 класс точности (0 кл. т.) имеет характеристики:
- ЭДС квадратурной обмотки — 0,365%;
- Асимметрия нулевых положений ротора — ±1,5угл.мин;
- Погрешность отображения синусной зависимости — ±0,06%;
- трансформатор ВТ-2А 1 класс точности (1 кл. т.) имеет характеристики:
- ЭДС квадратурной обмотки — 0,545%;
- Асимметрия нулевых положений ротора — ±3,0угл.мин;
- Погрешность отображения синусной зависимости — ±0,1%;
- Погрешность отображения линейной зависимости — ±0,11%;
- трансформатор ВТ-2А 2 класс точности (2 кл. т.) имеет характеристики:
- ЭДС квадратурной обмотки — 0,727%;
- Асимметрия нулевых положений ротора — ±1,5угл.мин;
- Погрешность отображения синусной зависимости — ±0,06%;
- Погрешность отображения линейной зависимости — ±0,22%;
Гарантийная наработка при частоте вращения:
- 6об/мин — 7000ч;
- 15об/мин — 1500ч;
- Габаритные размеры — 145Ч80мм.
Масса прибора — 2кг.[4]
Заключение
трансформатор контактный ротор
В представленной работе были рассмотрены принципы действия и конструкция контактных вращающихся трансформаторов. Вращающиеся трансформаторы — это индукционные электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения — угла поворота ротора — в электрический сигнал — выходное напряжение, амплитуда которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.
Вращающиеся трансформаторы используются в трансформаторной системе дистанционной передачи угла, аналогично сельсинам. 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.
Принцип работы трансформаторов
... погрешность преобразования используют витковую коррекцию. Трансформатор напряжения - трансформатор, питающийся от источника напряжения. Трансформатор напряжения, замерный трансформатор ... работают основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при конструировании и ... различающуюся особенными критериями работы, характером перегрузки либо режимом работы. трансформаторы особого назначения ...
