Работа ВТ в режиме линейного вращающегося

Трансформатора

Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) служит для преобразования величины, заданной в форме угла a поворота ротора, в пропорциональное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора.

Линейное преобразование можно выполнить с помощью обычного синусного ВТ, так как функция  линейна с точностью до 1%, если угол поворота ротора СКВТ изменяется в пределах a = ± 10°. Но как пределы изменения углов, так и точность линейного преобразования при этом слишком малы.

Как показали исследования, задачу линейного преобразования можно решить с помощью четырех-обмоточного ВТ, если обмотки его включить, как показано на рис.2.25.

В этой схеме обмотка статора  соединена с косинусной обмоткой  последовательно. Ток, проходящий через обмотки  и  будет создавать продольный магнитный поток. Величина этого потока определяется через ампер-витки по формуле:

или

                           (2.16)

В выражении (2.16) член  можно рассматривать как результирующее число витков первичной цепи. При питании первичной цепи, имеющей число витков , напряжением , трансформаторная э.д.с. обмотки  определяется по формуле

или

                            (2.17)

Зависимость выходного напряжения  от угла поворота ротора показана на рис. 2.25, из которого видно, что функция  линейна с точностью до 1% при изменении a в пределах ±60° (при коэффициенте трансформации К _Т =0, 565) и имеет два нулевых положения: истинный нуль при a = 0 (точка 0) и ложный нуль при a= ±180°. Нуль ЛВТ считается истинным, если при повороте ротора ЛВТ от нулевого положения до 120° выходное напряжение ЛВТ возрастает, а возрастание выходного напряжения при повороте ротора на угол ±60° при коэффициентах трансформации до 0, 8 носит линейный характер.

Рис. 2.25. Линейный вращающийся трансформатор

 

 

Рис.2.26. Зависимость выходного напряжения от угла поворота ротора ЛВТ

Рассмотренная характеристика ЛВТ позволяет преобразовывать величины, имеющие знакопеременный характер. Но некоторые воспроизводимые величины в приборах управления не являются знакопеременными (дистанция, скорость и т.д.). В этом случае есть возможность расширить линейный участок работы ЛВТ до 120° путем переноса начала координат в точку (a = -60°, а U₃ = U_см), что достигается включением в выходную цепь ЛВТ смещающего трансформатора (рис. 2.27).

Смещающий трансформатор создает напряжение смещения  компенсирующее напряжение ЛВТ при повороте ротора ЛВТ на угол (–60°). Эта компенсация позволяет перенести нуль выходного напряжения ЛВТ из точки 0₁в точку 0 ₂, т. е. перейти в систему координат a0₂U¢ ₃ (рис.2.28).

Применение ЛВТ со смещенным нулем позволяет вдвое увеличить максимальное выходное напряжение и вдвое увеличить рабочий угол поворота ротора.

 

 

Рис.2.27.  Схема ЛВТ со смещающим трансформатором

 

Рис. 2.28. Выходная характеристика ЛВТ со смещенным нулем

Масштабный вращающийся трансформатор (MВT)

1. МВТ предназначен для приведения к единому масштабу напряжений моделируемых величин, участвующих в операциях сложения (вычитания), умножения, деления.  Электрическая схема МВТ представлена на рис. 2.29, а выходная характеристика – на рис. 2.30.

 

Рис. 2.29. Электрическая схема МВТ

Масштаб определяется отношением максимального напряжения  к максимальному значению навигационного параметра

                                     (2.18)

В отличие от устройства рассмотренных выше ВТ, на роторе МВТ расположена только одна выходная (синусная ) обмотка. На статоре имеется устройство для грубой и точной установки вала ротора на определенный угол. Квадратурная обмотка  закорочена. На обмотку возбуждения  подается масштабируемое напряжение . Изменение масштаба осуществляется путем изменения угла поворота ротора .

Рис. 2.30. Выходная характеристика МВТ

Выходное напряжение определяется зависимостью:

,                          (2.19)

где - масштабный коэффициент.

Масштабный коэффициент изменяет масштаб  в  раз:

 

Симметрирование ВТ

Принцип работы СКВТ был рассмотрен при разомкнутых вторичных обмотках- при холостом ходе. В этом случае зависимость выходного напряжения от входного напряжения и аргумента a для ВТ как электромеханического четырёхполюсника (рис. 2.31) можно представить в следующем виде:

.

Рис. 2.31. Электромеханический четырехполюсник

Если к выходным клеммам подключить сопротивление нагрузки , то по нему потечет ток нагрузки, который можно рассчитать по формуле

где  – выходное сопротивление ВТ.

Тогда выходное напряжение на обмотке вращающегося трансформатора будет равно

                    (2.20)

Так как , то

                          (2.21)

Следовательно, погрешность ВТ (искажение его выходного напряжения) тем меньше, чем больше сопротивление . В пределе (при = ¥ ) имеем режим холостого хода.

Рассмотрим рис. 2.32. При включении нагрузки по обмотке и сопротивлению  потечет ток, пропорциональный напряжению . Он создает магнитный поток реакции , направленный по магнитной оси .

Разложим  на две составляющие - продольную  и поперечную . Продольная составляющая потока  направлена навстречу потоку возбуждения Ф ₁ и компенсируется за счет увеличения тока, потребляемого обмоткой  от сети.

Поперечная составляющая  будет индуктировать во вторичной обмотке , электродвижущую силу самоиндукции , пропорциональную , которая искажает идеальную характеристику ВТ и является причиной погрешностей вращающихся трансформаторов, работающих на нагрузку. Поэтому необходимо предусматривать меры, которые бы исключали влияние нагрузки.

Для устранения влияния нагрузки применяют первичное и вторичное симметрирование вращающихся трансформаторов.

Первичное симметрирование СКВТ. Первичное симметрирование выполняется с помощью второй статорной обмотки  (рис.2.32). Обмотку  называют квадратурной. Для первичного симметрирования ВТ квадратурную обмотку замыкают накоротко или через некоторое симметрирующее сопротивление . Сопротивление  обычно подбирают равным сопротивлению, включенному в цепь обмотки , если таковое имеется.

При первичном симметрировании поперечная составляющая потока реакции  обмотки  наводит в замкнутой квадратурной обмотке э.д.с. Вызванный этой э.д.с. ток квадратурной обмотки создает магнитный поток. Этот магнитный поток направлен навстречу поперечной составляющей потока реакции  и уничтожает его.

При первичном симметрировании продольная составляющая потока реакции не уничтожается, следовательно, входное сопротивление ВТ остается переменным.

Рис. 2.32. Работа ВТ на нагрузку

Вторичное симметрирование СКВТ. Вторичное симметрирование выполняется включением в свободную от нагрузки роторную обмотку  балластного сопротивления , равного сопротивлению нагрузки  (рис. 2.33).

Для пояснения принципа вторичного симметрирования обратимся к векторной диаграмме (рис.2.34). При включенной обмотке  потоки реакции  и  синусной обмотки  и косинусной обмотки  пропорциональны напряжению  и углу поворота ротора a.

Величину магнитного потока реакции можно записать в виде:

(для обмотки );

(для обмотки ),

где - максимальное значение потока реакции.

Разложим потоки реакции  и  на продольную и поперечную составляющие.

Продольные составляющие равны:

;

.

Результирующая продольная составляющая потока реакции вычисляется по формуле:

.   (2.22)

Из выражения (2.22) видно, что продольная составляющая потока реакции постоянна. Следовательно, при вторичном симметрировании входное сопротивление ВТ постоянно.

Рис.  2.33. Векторная диаграмма вторичного симметрирования

Поперечные составляющие потока реакции равны:

Результирующая составляющая поперечных потоков реакции Ф _ПОП определяется как разность Ф ₃ ² и Ф ₄ ²:

Из рис. 2.33 следует, что поперечные составляющие потоков реакции вторичных обмоток ВТ направлены встречно и уничтожают друг друга.

Магнитные потоки реакции и выходное напряжение несимметрированного СКВТ приведены на рисунках 2.34 и 2.35.

Недостатком вторичного симметрирования является необходимость тщательного подбора параметров цепей вторичных обмоток, что значительно осложняется при переменной нагрузке, когда условие выполнить довольно сложно.

 

Рис. 2.34. Магнитные потоки реакции СКВТ

Рис. 2.35. Выходное напряжение несимметрированного СКВТ

Симметрирование ЛВТ. Линейный вращающийся трансформатор в большинстве случаев работает на нагрузку. В некоторых случаях ЛВТ питается от других ВТ. При этом выходное сопротивление запитывающего ВТ оказывается включенным последовательно с первичной обмоткой ЛВТ.

Как увеличение нагрузки на ЛВТ, так и увеличение добавочного сопротивления, соединенного последовательно с первичной цепью ЛВТ, искажают линейную зависимость, уменьшая при больших углах поворота ротора относительно нулевого положения выходное напряжение ЛВТ по сравнению с тем значением, которое оно должно было бы иметь.

В связи с тем, что ЛВТ представляет собой переменную нагрузку, т. е. его входное сопротивление меняется в зависимости от угла поворота, вторичное симметрирование ЛВТ невозможно.

Условие первичного симметрирования для ЛВТ выполняется подбором специального сопротивления в цепи квадратурной обмотки. В изделиях, в которых ЛВТ запитывается от сети, допустимо простое закорачивание квадратурной обмотки статора ЛВТ.

Контрольные вопросы

1. Какие основные конструктивные элементы ВТ?

2. Для чего предназначена клеммная колодка ВТ?

3. Для чего предназначено переходное устройство ВТ? Каковы варианты его исполнения?

4. Как называются обмотки ВТ? Где они расположены? Как обозначаются на схемах?

5. Какие положительные качества ВТ Вы можете назвать?

6. Какие типы ВТ Вы знаете? В чем их различие?

7. Чем отличаются электрические схемы СКВТ, ЛВТ и МТ?

8. В чем отличие выходных сигналов СКВТ, ЛВТ и МТ?

9. Какие режимы работы СКВТ Вы знаете? В чем их особенности?

10. Чем вызвана необходимость симметрирования ВТ?

11. Назовите виды симметрирования ВТ и объясните их суть.

 

 

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: