Вращающиеся (поворотные) трансформаторы (ВТ) применяются в различных автоматических и вычислительных устройствах для преобразования угла поворота в переменное напряжение, амплитуда которого изменяется по заданному закону в функции от угла.
Наибольшее распространение получили двухполюсные и многополюсные вращающиеся трансформаторы с двумя обмотками на статоре, смещенными на электрический угол л/2, и такими же обмотками на роторе. Вращающиеся трансформаторы этого типа имеют конструкцию, подобную асинхронному двигателю с двухфазными обмотками на роторе и статоре. Для подведения напряжения к обмоткам ротора используются щетки и контактные кольца, а при ограниченном угле поворота также гибкие проводники. В «бесконтактных» вращающихся трансформаторах обмотки ротора питаются с помощью двух промежуточных кольцевых трансформаторов (КТ), показанных на рис. 50.5.
Для выполнения вращающимся трансформатором своих функций взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора должна меняться в зависимости от электрического угла поворота а по синусоидальному или косинусоидальному закону. Чтобы добиться высокой точности в воспроизведении функций sina и cosa, стремятся получить форму магнитных полей обмоток возможно более близкой к синусоидальной. С этой целью применяют так называемые синусные обмотки, в которых числа витков в пазах изменяются соответствующим образом. Кроме того, для получения однородных магнитных свойств прибегают к веерной сборке листов магнитопроводов, смещая каждый следующий слой по отношению к предыдущему на одно или несколько зубцовых делений.
«Бесконтактный» вращающийся трансформатор:
1 — вращающийся магнитопровод КТ; 2 — вращающаяся обмотка КТ; 3 — неподвижная обмотка КТ; 4 — неподвижный магнитопровод КТ; 5 — обмотка статора ВТ; б — магнитопровод статора ВТ; 7 — магнитопровод ротора ВТ; 8 — обмотка ротора ВТ
Для уменьшения ЭДС, индуктированных высшими гармоническими поля, делают скос пазов ротора на одно зубцовое деление. Большое внимание обращают также на уменьшение погрешностей, связанных с неточностью изготовления: эксцентриситетом поверхностей статора и ротора, обращенных к зазору, асимметрией магнитопровода, неточностью скоса паза. Благодаря всем этим мерам максимальная погрешность воспроизведения функций sin а и cos а в ВТ высокого класса точности не превышает 0,01—0,02%.
В многополюсных ВТ период изменения выходного напряжения соответствует повороту ротора на угол 2к/р и на один оборот ротора приходится р периодов изменения напряжения. Поэтому погрешность воспроизведения выходного напряжения, отнесенная к геометрическому углу поворота ротора, уменьшается в р раз по сравнению с погрешностью, отнесенной к электрическому углу. В многополюсных ВТ высокой точности число периодов р достигает 60—1 Обмотки в таких ВТ выполняются сосредоточенными. Для повышения точности воспроизведения функций sin а и cos а выбирается оптимальная ширина зубцов и применяется скос пазов на одно зубцовое деление. Схемы включения и питания обмоток ВТ зависят от выполняемых им функций.
Синусно-косинусный ВТ (рис. 2б) предназначается для преобразования угла поворота а в два переменных напряжения Ua и Ub, амплитуды которых пропорциональны соответственно cos а и sin а. Обмотка статора /является обмоткой возбуждения. Она питается от сети переменного тока со стабилизированным напряжением. Пульсирующее магнитное поле, образуемое этой обмоткой, индуктирует в обмотке ротора а ЭДС Еа, пропорциональную cos а, и в обмотке ротора b ЭДС Еь, пропорциональную sin а. При подключении к обмоткам ротора нагрузки в виде сопротивлений ZHQ и ZHb в них появляются токи и образуется вторичное магнитное поле. Во избежание искажения вторичным полем косинусной или синусной зависимости ЭДС Еа и Еь от угла а прибегают к так называемым вторичному и первичному симметрированиям поворотного трансформатора.
Рис. 2. Схема синусно-косинусного вращающегося трансформатора
Рис. 3 Схема линейного вращающегося трансформатора
Для осуществления вторичного симметрирования выбирают одинаковые сопротивления нагрузок обмоток ротора ZHa = ZHb. Первичное симметрирование производится путем замыкания квадратурной обмотки статора к на сопротивление ZHk, равное по значению внутреннему сопротивлению источника питания обмотки. При этом в контурах обмоток к и / индуктируются токи, компенсирующие вторичные потоки с одинаковой интенсивностью.
Линейный ВТ (рис. 3) предназначается для преобразования угла поворота а в переменное напряжение Ub, амплитуда которого пропорциональна углу а. В схеме линейного вращающегося трансформатора обмотка статора /и косинусная обмотка ротора а включаются последовательно и присоединяются к сети переменного тока, квадратурная обмотка к замыкается накоротко. Выходное напряжение Ub снимается с синусной обмотки 6, включенной на сопротивление нагрузки.
В такой схеме составляющая вторичного потока по оси коротко-замкнутой обмотки к почти полностью демпфируется индуктированным в ней током. Поэтому, анализируя работу вращающегося трансформатора, поперечную составляющую потока по оси обмотки к можно не учитывать и считать, что ЭДС индуктируются только продольным полем.
