Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы   предназначены для получения переменного напряжения, значение которого зависит от угла поворота ротора. По назначению вращающиеся трансформаторы относятся к информационным электрическим машинам и применяются в системах автоматического регулирования в качестве элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между двумя вращающимися осями. Вращающийся трансформатор конструктивно представляет собой электрическую машину индукционного типа малой мощности. Наибольшее применение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки и wK (CI—С2 и СЗ—С4) расположены на статоре; обмотки ги2и щ (Р1 — Р2 и РЗ — Р4) — на роторе (рис. 1).

Обмотка возбуждения (CI—С2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка СЗ —С4 замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называют вторичными: синусная PI — Р2 и косинусная РЗ — Р4. Электрический контакт с обмотками ротора осуществляется либо с помощью контактных колец и щеток (аналогично контактным сельсинам), либо посредством спиральных пружин. В последнем случае угол поворота ротора вращающегося трансформатора ограничивается максимальным углом закручивания спиральных пружин.
Принцип работы вращающихся трансформаторов основан на взаимной индуктивности между обмотками статора и ротора, которая изменяется в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Рис. 1. Принципиальная схема вращающегося трансформатора

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.
В зависимости от графика функциональной зависимости ЭДС вторичной обмотки от угла поворота ротора вращающиеся трансформаторы разделяют на следующие типы:
синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) — напряжение U2 на выходе обмотки w2 находится в синусной зависимости от угла поворота ротора а, а напряжение U3 на выходе обмотки — в косинусной зависимости от угла поворота ротора а;
линейный вращающийся трансформатор (ЛBT) — выходное напряжение U2 находится в прямолинейной зависимости от угла а;
вращающийся трансформатор-построитель (ПВТ) предназначен для решения геометрических задач.
Кроме того, вращающиеся трансформаторы могут применяться в качестве масштабных трансформаторов (МВТ) для согласования напряжений отдельных каскадов автоматического устройства, фазовращателей, электрических машин синхронной связи в трансформаторных системах дистанционной передачи угла.

Рис. 2. Схемы и диаграммы синусно-косинусного вращающегося трансформатора в синусном (о, б) и синусно-косинусном (в, г, д) режимах

Рис. 3. Трансформаторная система дистанционной передачи угла на вращающихся трансформаторах
Линейные вращающиеся трансформаторы делятся на три класса точности и характеризуются допустимыми показателями, приведенными ниже.

Вращающиеся трансформаторы, аналогично сельсинам, можно использовать в трансформаторной системе дистанционной передачи угла. На рис. 3  показана принципиальная схема такой передачи. В качестве датчика Д и приемника Π применены вращающиеся трансформаторы СКВТ. При подаче напряжения £/, на обмотку возбуждения wia в ВТ-датчике возникает пульсирующий магнитный поток Ф,. Положение обмоток ротора ВТ- датчика зависит от угла ад — поворота ротора относительно оси обмотки w 1Д. Магнитный поток Фь сцепляясь с обмотками ротора w2 и ВТ-датчика, индуцирует в них ЭДС Е2 и Е) , под действием которых в цепи синхронизации системы возникают токи. Проходя по обмоткам ротора ιυ2 и ВТ- приемника, эти токи создают пульсирующий магнитный поток Фп. Пространственное положение вектора этого потока определяется углом поворота ротора ВТ-датчика, т.е. при повороте ротора ВТ датчика на угол ад вектор потока Фп поворачивается на такой же угол. Сцепляясь с обмоткой статора wK П, поток Фп индуцирует в ней ЭДС Евых, величина которой зависит от угла рассогласования системы θ = ад - ап. В остальном работа вращающихся трансформаторов в рассматриваемой системе аналогична работе 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.
Таблица 1. Технические данные вращающихся трансформаторов

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 2000 Гц.
Условия эксплуатации, температура окружающей среды от -60 до +100 °С; относительная влажность воздуха 98 % при 40 °С; вибрационные нагрузки с частотой 1000 Гц и ускорением 75 м/с2.
В табл. 1приведены технические данные вращающихся трансформаторов некоторых типоразмеров, а на рис. 4  показаны габаритные и установочно-присоединительные размеры вращающихся трансформаторов серии МВТ.

Рис. 4. Габаритные и установочно-присоединительные размеры вращающегося трансформатора серии МВТ