Трансформатори, що обертаються
Обертаючі (поворотні) трансформатори (ВТ) застосовуються в різних автоматичних і обчислювальних пристроях для перетворення кута повороту в змінну напругу, амплітуда якого змінюється за заданим законом функції від кута. Найбільшого поширення набули двополюсні і багатополюсні трансформатори, що обертаються, з двома обмотками на статорі, зміщеними на електричний кут л/2, і такими ж обмотками на роторі. Трансформатори цього типу, що обертаються, мають конструкцію, подібну до асинхронного двигуна з двофазними обмотками на роторі і статорі. Для підведення напруги до обмоток ротора використовуються щітки та контактні кільця, а при обмеженому куті повороту також гнучкі провідники. У «безконтактних» трансформаторах, що обертаються, обмотки ротора живляться за допомогою двох проміжних кільцевих трансформаторів (КТ), показаних на рис. 50.5. Для виконання трансформатором, що обертається, своїх функцій взаємна індуктивність між обмотками статора і ротора повинна змінюватися в залежності від електричного кута повороту а за синусоїдальним або косинусоїдальним законом. Щоб досягти високої точності у відтворенні функцій sina і cosa, прагнуть отримати форму магнітних полів обмоток можливо ближче до синусоїдальної. З цією метою застосовують так звані синусні обмотки, у яких числа витків у пазах змінюються відповідним чином. Крім того, для отримання однорідних магнітних властивостей вдаються до віялової збірки листів магнітопроводів, зміщуючи кожен наступний шар по відношенню до попереднього на одне або кілька зубчастих поділів.
Для зменшення ЕРС, індуктованих вищими гармонійними полями, роблять скіс пазів ротора на один зубцевий поділ. Велику увагу звертають на зменшення похибок, пов'язаних з неточністю виготовлення: ексцентриситетом поверхонь статора і ротора, звернених до зазору, асиметрією магнітопроводу, неточністю скосу паза. Завдяки всім цим заходам максимальна похибка відтворення функцій sin і cos а в ВТ високого класу точності не перевищує 0,01-0,02%. У багатополюсних ВТ період зміни вихідної напруги відповідає повороту ротора на кут 2к/р і на один оборот ротора припадає р періодів зміни напруги. Тому похибка відтворення вихідної напруги, віднесена до геометричного кута повороту ротора, зменшується в р разів порівняно з похибкою, що віднесена до електричного кута. У багатополюсних ВТ високої точності число періодів р досягає 60-1 Обмотки в таких ВТ виконуються зосередженими. Для підвищення точності відтворення функцій sin і cos вибирається оптимальна ширина зубців і застосовується скіс пазів на один зубцевий поділ. Схеми включення та живлення обмоток ВТ залежать від виконуваних ним функцій. Синусно-косинусний ВТ (рис. 2б) призначається для перетворення кута повороту а два змінних напруги Ua і Ub, амплітуди яких пропорційні відповідно cos а і sin а. Обмотка статора є обмоткою збудження. Вона живиться від мережі змінного струму зі стабілізованою напругою. Пульсуюче магнітне поле, утворене цією обмоткою, індукує в обмотці ротора а ЕРС Еа, пропорційну cos а, і в обмотці ротора b ЕРС Еь, пропорційну sin а. При підключенні до обмоток роторанавантаження як опорів ZHQ і ZHb у яких виникають струми і утворюється вторинне магнітне полі. Щоб уникнути спотворення вторинним полем косинусної або синусної залежності ЕРС Еа і Еь від кута а вдаються до так званих вторинного та первинного симетрування поворотного трансформатора.
Для здійснення вторинного симетрування вибирають однакові опори навантажень обмоток ротора ZHa = ZHb. Первинне симетрування проводиться шляхом замикання квадратурної обмотки статора на опір ZHk, рівне за значенням внутрішньому опору джерела живлення обмотки. При цьому в контурах обмоток до та/індуктуються струми, що компенсують вторинні потоки з однаковою інтенсивністю. Лінійний ВТ (рис. 3) призначається для перетворення кута повороту а змінну напругу Ub, амплітуда якого пропорційна куту а. У схемі лінійного трансформатора, що обертається, обмотка статора /і косинусна обмотка ротора а включаються послідовно і приєднуються до мережі змінного струму, квадратурна обмотка до замикається накоротко. Вихідна напруга Ub знімається з синусної обмотки 6, включеної на опір навантаження. У такій схемі складова вторинного потоку по осі коротко-замкнутої обмотки майже повністю демпфується індуктованим в ній струмом. Тому, аналізуючи роботу трансформатора, що обертається, поперечну складову потоку по осі обмотки до можна не враховувати і вважати, що ЕРС індуктуються тільки поздовжнім полем.