Поворотных трансформаторов

машины — сельсины, поворотные трансформаторы — преобразуют механические параметры в функционально изменяющееся напряжение в системах синхронной передачи информации.

§ 22.2. ПОВОРОТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Поворотные трансформаторы (ПТ) представляют собой миниатюрные электрические машины переменного тока, поворот ротора которых сопровождается плавным изменением амплитуды выходного напряжения или его фазы по отношению к входному напряжению. При помощи таких машин могут быть решены многие алгебраические, геомет-

рические и тригонометрические задачи; они могут также выполнять функции сельсинов в трансформаторных синхронных дистанционных передачах угловых перемещений. Поэтому поворотные трансформаторы применяют в различных системах автоматики и в счетно-решающих устройствах. Конструктивная схема поворотного трансформатора аналогична схеме асинхронной машины с контактными кольцами.

§ 22.2. Поворотные трансформаторы ........... 500

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы представляют собой асинхронную микромашину с фазным ротором, предназначенную для преобразования угла поворота ротора (или его функцию) в напряжение выхода.

Вращающиеся и поворотные трансформаторы служат для получения на зажимах вторичной обмотки (на выходе) напряжения, величина которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Современное техническое состояние промышленности и транспорта определяется их высокой энерговооруженностью, где решающая роль принадлежит электрическим машинам: практически вся электроэнергия производится на электростанциях турбо- и гидрогенераторами, а большая часть электрической энергии преобразуется в механическую с помощью электродвигателей. Велика роль электрических машин и в устройствах автоматического управления, где применяются различного вида микромашины: сельсины, поворотные трансформаторы, тахогенераторы и др.

поворотные трансформаторы, дающие на выходе напряжение, пропорциональное той или иной функции угла поворота ротора, например синусу или косинусу этого угла или самому углу;

Трансформаторы широко применяют для преобразования напряжения: в системах передачи и распределения электрической энергии (силовые трансформаторы), выпрямительных установках, устройствах связи, автоматики и вычислительной техники, а также при электрических измерениях (измерительные трансформаторы) и функциональных преобразованиях (поворотные трансформаторы).

В технической литературе иногда употребляют термин «поворотные трансформаторы».

Конструктивные и технологические причины погрешностей приводят к нарушению синусоидального характера распределения магнитной индукции в зазоре, необходимого для точной работы поворотного трансформатора. Во многих случаях требуется, чтобы ординаты действительной индукции в зазоре отличались не более чем на 0,05% от ординат идеальной синусоиды. Чтобы обеспечить эти высокие требования, необходимо правильно выбрать типы обмоток. Для ликвидации третьих и пятых гармоник одна пара обмоток (например, статора) делается с укороченным шагом уг = (2/3)t, а другая пара обмоток — с шагом г/2 = (4/s) T- Число пазов на фазу и полюс берется большим (обычно q = 5-f- 15), что удорожает стоимость машины, но повышает точность. Для ликвидации зубцовых гармоник в кривой распределения потока делается скос паза на одно зубцовое деление (обычно на роторе). Технология изготовления синусных поворотных трансформаторов должна быть весьма тщательной (точная штамповка стали, хорошая изоляция между листами, отсутствие эксцентриситета между поверхностями ротора и статора и т. д.). В некоторых случаях сборку листов статора и ротора производят веерным способом с учетом магнитной анизотропии листов. Пропорциональность между МДС и магнитным потоком достигается малым насыщением магнитолровода при сравнительно большом воздушном зазоре. Кроме того, часто для изготовления статора применяют пермаллой, обладающий небольшим нелинейным участком в области малых индукций.

нусного поворотного трансформатора). Для ее определения на обмотки В и /С статора (попеременно) подают питание, после чего находят углы, при которых ЭДС равны нулю (или минимальны). Максимальное отклонение этих углов от углов, кратных 90°, дает ошибку асимметрии, которая для выпускаемых промышленностью поворотных трансформаторов составляет от 0,16 до 8 угл. мин;

Назначение. Электромашинные усилители (ЭМУ) применяют в схемах автоматики для усиления управляющих сигналов, получаемых от различных датчиков, сельсинов, поворотных трансформаторов и других устройств.

Поворотные трансформаторы. В схемах автоматики, счетно-решающих устройств и следящих систем нашли широкое применение поворотные трансформаторы, у которых статор конструктивно выполнен так же, как и у двухфазных асинхронных двигателей, а ротор отличается тем, что имеет двухфазную обмотку, концы которой выведены на четыре контактные кольца. Такие трансформаторы предназначаются для получения на выходе напряжения, пропорционального углу поворота ротора, синусу и косинусу этого угла. При помощи поворотных трансформаторов можно производить умножение, деление, сложение, вычитание, возведение в степень и извлечение квадратного корня; можно также решать тригонометрические уравнения, производить алгебраические действия с векторными величинами и преобразовывать координаты.

Для повышения точности поворотных трансформаторов необходимо свести к минимуму пространственные и зубцовые гармоники, а также временные гармоники, обусловленные насыщением магнитной цепи.

представляют собой двухфазные двигатели с двухфазной обмоткой ротора, выведенной на контактные кольца. Особенностью их конструкции является тщательное выполнение маг-ниткой системы и обмоток, в результате чего уменьшается число пространственных гармоник, что обеспечивает высокую точность поворотных трансформаторов.

Поворотные трансформаторы используются в качестве синусных поворотных трансформаторов, в которых u=Um sin а; синусно-коси-нусных поворотных трансформаторов, в которых u/i = ?/m sin a, «s=»t/mcosa; линейных поворотных трансформаторов, в которых ?/— **ka.

Из рассмотренных выше этапов проектирования наибольшего объема работ требует первый. На этом этапе необходимо проанализировать научно-техническую литературу, патентный фонд и определить те принципиальные направления, на которых ожидается требуемый результат. В первую очередь нужно выбрать принцип работы ЭМММ и конструктивную схему по каждому направлению (осуществить синтез структуры ЭМММ). Например, требуется спроектировать дистанционную передачу угла с заданной точностью. Известно, что такая задача может быть реализована с помощью сельсинов, поворотных трансформаторов, редуктосинов, микросинов, индуктосинов, оптических преобразователей и т. д. Известны также достигнутый уровень

Для традиционных процессов проектирования ЭМММ характерно использование частных математических моделей, описывающих отдельные типы машин. Так, известны модели и программы для расчетного проектирования асинхронных двигателей, двигателей постоянного тока, шаговых электродвигателей, синхронных и субсинхронных двигателей малой мощности, поворотных трансформаторов, сельсинов, тахогенераторов, редук-тосинов, датчиков положения и др. Анализ расчетных методик показывает, что неадекватность имеющихся моделей колеблется

Например, для двухполюсных корпусных поворотных трансформаторов выделены пять групп [67].

стей ИЭМ является необходимость в учете большого числа различных факторов, среди которых многие имеют случайный характер [65, 68]. Реальные погрешности ИЭМ [65, 67, 68], как правило, не превышают 1 %, технологические разбросы и допуски оцениваются микрометрами и угловыми минутами. Отсюда следует, что математические модели ИЭМ должны быть достаточно чувствительными к малой асимметрии и обеспечивать высокую адекватность фактическим процессам при работе и испытаниях [65]. Выполнить указанные требования с помощью традиционного аналитического аппарата часто не представляется возможным, поэтому основным направлением для решения задач по анализу и расчету погрешностей ИЭМ следует признать математическое моделирование на ЭВМ. Многолетняя практика авторов подтверждает справедливость такого вывода; именно на базе специальных математических моделей, ориентированных на ЭВМ, получены практические рекомендации по повышению точности поворотных трансформаторов, реализованные при разработке серийных машин.