Ротор — что это такое

Ротор — что это такое

Ротор – важная составляющая многих машин и механизмов. Наиболее важной деталью, обозначаемой при помощи данного понятия, является так называемый якорь электрического двигателя, генераторов переменного тока. Равно как и колесо, изобретение и использование ротора позволили сделать человечеству огромный шаг навстречу электрификации. Более подробно о том, что такое ротор, в каких механизмах и машинах он применяется, каких видов бывает, будет рассказано в этой статье.

Определение

С точки зрения электротехники, классический ротор – это вращающееся цилиндрическое тело, имеющее следующее строение:

• Вал из прочной инструментальной стали с как минимум двумя подшипниками, расположенными по одному в передней и задней частях;
• Сердечники из толстых металлических пластин;
• Намотанные на собранные из пластин сердечники катушки;
• Коллектор или пара специальных токопроводящих колец.

Для принудительного воздушного охлаждения вращающейся очень часто с большой скоростью детали служит расположенная в одном из его торцов крыльчатка. В генераторах вращение ротору передается от турбины, соединенной с ним через общий вал, или от работающего двигателя при помощи шкива, на который одет гибкий и прочный ремень (клинно-ременная передача).

Так, основная функция ротора – это вращение относительно неподвижной части. В электротехнике такой неподвижной частью является статор. Вместе ротор и статор являются важнейшими составляющими электродвигателей и генераторов переменного тока.

Виды электромеханических устройств

Используют ротор в таких электромеханических устройствах, как двигатели, работающие на постоянном и переменном электрическом токе, генераторы.

Агрегаты, работающие на переменном токе

К таким агрегатам относятся различные электродвигатели. Наиболее распространенная модель данного устройства состоит из следующих частей:

• Алюминиевый или чугунный ребристый корпус с монтажной коробкой для подключения обмоток статора и ротора;
• Статор – неподвижная часть в виде полого цилиндра, расположенная внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар расположенных друг напротив друга намотанных в пазы корпуса катушек из медного изолированного провода
• Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, в которые впаяны обладающие высокой токопроводящей способностью алюминиевые стержни.

Вращается ротор на двух опорных подшипниках, запрессованных на его валу. Охлаждение работающего на больших оборотах электродвигателя происходит, благодаря крыльчатке – небольшому вентилятору, состоящему из множества лопастей и расположенному на одном из концов вала ротора. Также эффективному охлаждению работающего агрегата способствует ребристая структура алюминиевого корпуса.

Принцип работы подобного двигателя заключается в следующем:

1. При подключении тока к агрегату он попеременно проходит через одну из трех пар катушек статора.
2. При протекании по парам статорных катушек электрического тока они создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
3. Попеременно запитываемые пары катушек создают подвижное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции провоцирует появление в неподвижных металлических стержнях ротора электрического тока.
4. Индуцированный ток в роторе приводит к появлению силы, выталкивающей его из магнитного поля статора. Так как частота подачи тока на катушки статора в среднем составляет порядка 30 импульсов в секунду, появившаяся в роторе выталкивающая сила приводит к его вращению с большой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременности вращения ротора и порождающего это движение магнитного поля электрический двигатель переменного тока может быть синхронный (ротор агрегата вращается синхронно с магнитным полем статора) и асинхронный (вращение якоря не синхронизировано с движением магнитного поля статора). Первый вид отличается высокой мощностью и надежностью, в то время как второй характеризуется большим разнообразием конструкций и областей применения.

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный электродвигатель постоянного тока щеточного вида представляет собой электрический агрегат, состоящий из:

• Чугунного корпуса с ребрами охлаждения и специальным монтажным коробом для подключения обмоток агрегата;
• Вала из прочной инструментальной стали с двумя подшипниками;
• Якоря, состоящего из сердечника (набора пластин из специальной электротехнической стали), якорной обмотки (размещенных в пазах сердечника катушек из медного провода);
• Индуктора, состоящего из полюсов возбуждения с намотанными на них катушками из медного провода;
• Коллектора – расположенных на валу медных пластин, к которым подключаются выводы катушек якорной обмотки;
• Подпружиненных графитовых или металлографитовых щеток (щеточной группы).

Охлаждается такой двигатель, как и аналог, работающий от переменного тока, – расположенной на валу крыльчаткой.

Важно! В отличие от электродвигателя переменного тока частотой вращения ротора в таком силовом агрегате управляет специальный блок, который при помощи установленного на валу датчика Холла определяет положение ротора и его скорость.

Работает подобный агрегат следующим образом:

1. На обмотку возбуждения подается напряжение, создавая тем самым постоянное магнитное поле;
2. Через щетки и коллектор напряжение подается на катушки сердечника якоря – возникающее при этом магнитное поле отталкивается от такого же, образованного индуктором, вследствие чего двигатель начинает вращаться («запускается»);
3. Впоследствии при вращении через щетки запитываются остальные катушки якорной обмотки, что приводит к равномерному вращению якоря с определённой скоростью.

Останавливают вращение такого агрегата прекращением подачи напряжения на щеточную группу.

Помимо описанных выше электромоторов, к машинам, работающим на постоянном токе, относится также роторный стартер – устройство, необходимое для запуска бензиновых и дизельных автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Типы роторов

В зависимости от области применения и строения, роторы бывают следующих типов:

• Фазный – якоря данного типа представляют собой совокупность намотанных на сердечник катушек, расположенных относительно друг другу под углом 1200. Концы проводов катушек выводятся к пластинам коллектора и запитываются при помощи щёточного узла.
• Короткозамкнутый –ротор такого типа состоит из цельного цилиндра с пазами, в которые укладываются стержни из электролитической меди или алюминия. Концы таких стержней соединяются между собой кольцом. Коллектора и щеточного узла в агрегатах, оборудованных подобным якорем, не имеется.

Двигатели с фазным типом якоря отличаются большими размерами и весом, но при этом обладают прекрасным пуском и регулировкой. Агрегаты с короткозамкнутыми роторами имеют меньшие размеры, меньшую подверженность поломкам, простоту в эксплуатации.

Разобравшись в том, что такое собой представляют ротор и статор, можно получить не только полезные теоретические знания, но и практические навыки: зная устройство агрегатов, работающих на постоянном и переменном токе, можно при наличии неисправности проверить работоспособность их основных узлов, определить, виноваты ли в поломке намотка якоря, статор, щеточный или коллекторный узел.

Также ответив на вопрос «ротор что это такое» и углубившись в устройство данной детали, можно производить перемотку сгоревших обмоток самостоятельно, что, в свою очередь, является достаточно востребованной и высокооплачиваемой работой.

Видео

Линейные двигатели нового поколения

Приводы подач всех современных металлообрабатывающих станков с ЧПУ, в том числе и электроэрозионных (ЭЭ) строятся по традиционной схеме. Так, в одном из типажей ЭЭ станков перемещения рабочего органа РО (каретки подач) осуществляется от двигателя постоянного тока через ременную передачу на ходовой винт. Через шариковую гайку (она скреплена с РО пружинами механизма защиты от соударений) вращение винта трансформируется в продольное перемещение РО.

Ременный привод станков

Более надежные и современные приводы выполнены без ременной передачи. В этих приводах высокомоментный двигатель переменного тока непосредственно соединен с ходовым винтом.

Непосредственный привод

Недостатки указанных видов приводов достаточно известны и очевидны:

• большое количество промежуточных элементов от источника энергии до РО;
• громадная инерционность этих элементов, особенно в крупногабаритных станках;
• наличие зазоров в передающих устройствах;
• >трение во множестве сопрягаемых деталей (резко изменяющееся при переходе системы из состояния покоя в состояние движения);
• температурные и упругие деформации практически всех передающих звеньев;
• износ сопрягаемых элементов в процессе эксплуатации и потеря исходной точности;
• погрешности в шаге ходового винта и накопленная погрешность по длине.

Поскольку эти недостатки определяют основные качественные характеристики приводов (точность и равномерность хода РО, величину мертвого хода при реверсе, допустимые ускорения и скорости РО), конструкторская мысль станкостроителей давно пытается как-то уменьшить их влияние на работу приводов и оборудования в целом. Например, в соединении ходового винта с гайкой для уменьшения трения уже давно используют дорогое и сложное шариковинтовое соединение; для ликвидации зазоров в соединение винта с гайкой вводятся специальные устройства натяга соединения; ходовые винты особо точных станков изготавливают по классу эталонных; погрешности шага винтов пытаются скомпенсировать системами компенсаторов; в борьбе с температурными деформациями создаются изощрённые системы охлаждения и т.д. Проблемы, проблемы, проблемы. И уже давно ясно, что проблемы приводов с ходовыми винтами не решить никогда из-за их физико-технической сущности и построенного типа, как такового.

Архаичность рассмотренных приводов давно очевидна и передовая конструкторская мысль уже много лет работала над задачей кардинальной замены типовых приводов в металлообрабатывающем оборудовании на какие-то другие, более совершенные. Как говорят, гениальное — просто. И таким гениальным решением было использовать в качестве приводов подач станков линейные двигатели.

Электромагнитная система

Принцип линейного двигателя (ЛД) не нов и, в общем, известен даже школьнику, поскольку прототипом ЛД является простейшая электромагнитная система. Такая система состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Как видим, от источника энергии к РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, сразу возможно осуществление главной задачи — продольного движения РО. Гениальность решения, естественно, сразу была оценена по достоинству. На рассмотренном принципе уже десятилетия работают все элементы электроавтоматики, системы электротормозов, системы защиты, специальное оборудование ударного типа и т.д. Громадный опыт использования электромагнитных систем четко выявил их потрясающие достоинства: удивительная простота конструкции и применения, почти мгновенная остановка, мгновенный реверс, сверх быстрота срабатывания, большие усилия, простота настройки. Но не было только одного — возможности регулировать скорость РО в электромагнитной системе и обеспечивать тем самым регулируемое поступательное движение РО (сердечника). А без этой возможности применить электромагнитный привод (несмотря на его гениальность), как движитель в оборудовании, было невозможно.

Линейный электродвигатель

Потребовались многие годы работы ученых и конструкторов в разных странах, прежде чем был достигнут успех. Особенно интенсивно велись работы в Японии, где электромагнитный привод (уже как линейный привод) был впервые успешно использован как движитель для сверхскоростных поездов. Там же были попытки создания линейных приводов для металлообрабатывающих станков, но они имели существенные недостатки: создавали сильные магнитные поля, грелись, а главное не обеспечивали равномерности в движении РО. Лишь на пороге нового тысячелетия начался серийный выпуск станков (пока в основном электроискровых (электроэрозионных)) с принципиально новыми линейными двигателями, в которых решены все проблемы по обеспечению равномерным движением РО станков со сверхвысокой точностью, с большим диапазоном регулирования скорости, с громадными ускорениями, мгновенным реверсом, с простотой обслуживания и наладки и др.

В принципе, конструкция ЛД изменилась не сильно. Собственно двигатель состоит всего из 2 (!) элементов: электромагнитного статора и плоского ротора, между которыми лишь воздушный зазор. Третий обязательный элемент – оптическая или другая измерительная линейка с высокой дискретностью (0,1 мкм). Без нее система управления станка не может определить текущие координаты. И статор, и ротор выполнены в виде плоских, легко снимаемых блоков: статор крепится к станине или колонне станка, ротор — к рабочему органу (РО). Ротор элементарно прост: он состоит из ряда прямоугольных сильных (редкоземельных) постоянных магнитов. Закреплены магниты на тонкой плите из специальной высокопрочной керамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше чем у гранита. Использование керамики совместно с эффективной системой охлаждения решило многие проблемы линейных приводов, связанные с температурными факторами, с наличием сильных магнитных полей, с жесткостью конструкции и т.п.

Точная и равномерная подача РО во всем диапазоне скоростей и нагрузок обеспечивается двумя техническими решениями:

• крепление постоянных магнитов под определенным фиксированным углом, который был открыт в ходе длительных экспериментов;
• реализация высокоэффективной 6-ти фазной импульсной системы управления (система SMC).

Компания «СОДИК» организовала на своих заводах серийный выпуск широкой гаммы ЛД с характеристиками: с ходом подач от 100 до 2220 мм, с максимальной скоростью перемещения РО до 180 м/мин с ускорениями до 20G (. ) при точности исполнения заданных перемещений (в нормальном режиме работ) равной 0,0001мм (0,1 мкм). Нагрев этих ЛД при работе не превышает + 2° С от температуры помещения. Обеспечивается практически мгновенная остановка РО, реверс, моментальная реакция привода на команды системы ЧПУ и т.д. На один и тот же рабочий орган монтируется (например, для увеличения мощности) несколько линейных двигателей. Так, в частности, устроен привод оси Z всех ЭЭ прошивочных станков «СОДИК».

Как указывалось, и статор, и ротор ЛД предельно просты. Статор исполнен в виде прямоугольного блока и крепится несколькими болтами к несущей конструкции станка. В приводе оси Z — два статора. Они размещены по обе стороны вертикального ползуна. К каждому статору крепятся два патрубка системы охлаждения статора и кабели подвода энергии и управления. Пластина ротора жестко крепится болтами к подвижной каретке (РО ). Так как в приводе оси Z два ЛД, то на каретке крепятся, соответственно, два ротора , каждый напротив своего статора. Система специальных направляющих и пневмопротивовес обеспечивают исключительную легкость хода каретки, практически без усилий. Приводы по осям X, Y прошивочных станков и в приводах X, Y, U, V проволочно-вырезных станков проще — в них всего по одному ЛД.

Особенно следует отметить простоту обслуживания ЛД, простоту периодической чистки (при необходимости), профилактики и ремонта. Так, чтобы заменить ротор ЛД, достаточно открутить несколько болтов, крепящих ротор к РО. Для замены статора помимо болтов нужно лишь снять две трубки системы охлаждения статора и отсоединить кабель. Сравните эти действия, например, с комплексом работ по снятию шаровой гайки или замене подшипника ходового винта.

Эффективность применения новых приводов сразу же нашло убедительное подтверждение. Новая серия ЭЭ станков с ЛД имеет резко повышенные технико-технологические и эксплуатационные характеристики по сравнению с аналогичными станками, имеющими традиционные приводы. Так, производительность ЭЭ прошивных станков с ЛД выше, чем у станков с обычными приводами как минимум в 2 раза, а ЭЭ проволочно-вырезных – на 50%. Повысилась точность станков, расширились диапазоны параметров обрабатываемых деталей и т.д. Для объяснения этого необходимо рассматривать определенные тонкости ЭЭ технологий и работы ЭЭ оборудования, а это уже тема другая.

Нижеследующая таблица позволяет зрительно сопоставить рассматриваемые привода.

Назад

Вперед

Автор статьи — к.т.н. Серебреницкий П.П., БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова

Подпишитесь на наши новости

Получайте первыми актуальную информацию от ООО «Электропривод»

Особенности крановых электродвигателей

Типы крановых электродвигателей

Крановые электродвигатели это агрегаты, которые приводят в движение механизм крана. В зависимости от условий, крановые двигатели подразделяются на двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором. С фазным ротором двигатели МТН и МТКН с короткозамкнутым.

Эти агрегаты выполняют следующие функции:

1. Перемещение крана по рельсам
2. Перемещение тележки механизма перпендикулярно рельсам
3. Непосредственно подъем груза

Конструкция и характеристики

У них простая конструкция: щеточный механизм, держатель, встроенный механизм нажатия, который служит для запуска электродвигателя. Так же этот механизм снижает вероятность несчастного случая на производстве. Щеткодержатель гарантирует безопасность при эксплуатации двигателя, и дополнительно служит его тормозом. Более всего, распространены электродвигатели с фазным ротором. Это объясняется тем, что по условиям работы кранового механизма, в большинстве случаев присутствует сопротивление при запуске электродвигателя. Особенностью эксплуатации крановых двигателей является необходимость регулировать обороты в процессе работы механизма.

Крановые фазные электродвигатели МТН

Преимуществом двигателей с фазным ротором МТН (MTF) является высокий стартовый крутящий момент и низкий пусковой ток. Особенностью фазного ротора является его строение, в фазный ротор добавлены обмотки трех фаз, соединенных в звезду и концы этих обмоток выведены на контактные кольца. По кольцам скользят щетки, которые подсоединяют обмотки с питающей электрической цепи. Плавный разгон электродвигателя с фазным ротором обеспечивается специальным устройством, контакторы которого включаются последовательно через фиксированный временной промежуток, формируемый реле времени. Для перемещения моста крана часто используют два электродвигателя по обоим концам моста, при этом они работают синхронно и их характеристики и параметры идентичны.

Монтажные крепления крановых двигателей МТН и МТКН

Монтажные крепления этих агрегатов имеют отличия от стандартных креплений общепромышленных асинхронных электродвигателей. Они заключаются в исполнении вала агрегата, они бывают или цилиндрическими или коническими, при чем, у мощных двигателей идет конический вал. Так же широко распространены двигатели с двумя выходными валами, и такое исполнение является основным в отличие от основных монтажных креплений общепромышленных двигателей.

Режимы работы агрегатов МТН и МТКН

Крановые двигатели в своем большинстве работают в повторно-кратковременном режиме работы с разными условиями включений. В основном это режим работы S3, процессы включения которого: ПВ 15, 25, 40 и 60%. Подробнее про режимы работы электродвигателей читайте в этой статье.

Вращающиеся трансформаторы

В системах, где нужно точное измерение угловой координаты вместо сельсинов используют вращающие трансформаторы.

Вращающийся трансформатор (резольвер) – электрическая микромашина переменного тока, предназначенная для преобразования угла поворота в электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна или является функцией (чаще всего, синус или косинус) угла или самому углу.

В зависимости от схемы включения вращающиеся трансформаторы могут использоваться в качестве:

• датчиков углового положения, реализующих синусную и/или косинусную зависимость от угла поворота ротора, а также, в ограниченных пределах, линейную зависимость;
• устройств масштабирования (согласования) напряжений;
• системах передачи угла высокой точности;
• фазовращателей;
• построителей, позволяющих производить преобразования систем координат (вращение и преобразование декартовой системы в полярную);
• аналого-цифровых преобразователях;
• датчиков обратной связи в следящих системах.

Вращающиеся трансформаторы являются двухполюсными (в основном) или многополюсными электрическими машинами. По конструкции аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором. Статор и ротор набираются из листов электротехнической стали. В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки.

Наибольшее применение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки w₁ и w_K (C1–С2 и СЗ–С4) расположены на статоре; обмотки w₂ и w₃ (Р1 – Р2 и РЗ – Р4) – на роторе (рисунок 2.29).

Обмотка возбуждения (C1-С2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка С3-С4 замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называют вторичными: синусная P1 — Р2 и косинусная Р3 — 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.

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.

Вращающиеся трансформаторы подразделяются на контактные и бесконтактные, с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора.

В зависимости от схемы включения обмоток возможны следующие режимы работы:

• синус-косинусные (выходное напряжение одной из обмоток трансформатора пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой – косинусу);
• линейные (выходное напряжение пропорционально углу поворота);
• масштабные (выходное напряжение пропорционально входному с коэффициентом пропорциональности (масштабом), определяемым углом поворота ротора);
• построитель (такие поворотные трансформаторы применяются в автоматических устройствах для решения геометрических или математических задач, в качестве преобразователя пространственных координат);
• датчики и приёмники систем передачи угла (выполняют функции, аналогичные трансформаторным сельсинам);
• первичные преобразователи для индукционных фазовращателей.

Работа вращающихся трансформаторов в системах синхронной связи аналогична работе сельсинов. Вращающиеся трансформаторы обеспечивают более высокую точность, но для их работы необходимы дополнительные усилительные устройства с большим коэффициентом усиления, так как их выходная мощность меньше, чем у 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.

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 2 тыс. Гц.

Синус–косинусные вращающиеся трансформаторы в синусном режиме

В этом режиме синус-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) используется лишь одна (синусная) обмотка ротора w₂ (рисунок 2.30 а). При включении в сеть обмотки возбуждения w₁ в ней появляется ток I₁, который наводит магнитный поток Ф₁.

Сцепляясь с вторичной обмоткой, этот поток индуктирует в ней ЭДС E₂, величина которой зависит от положения вторичной обмотки относительно обмотки возбуждения, т. е. от угла поворота ротора α. При холостом ходе на выходе ВТ появляется напряжение

где U_2M – наибольшее значение напряжения, соответствующее α=90°.

При подключении нагрузки Z_H к зажимам вторичной обмотки P1 – Р2 в ее цепи появляется ток I₂. Созданный этим током магнитный поток Ф₂ можно разложить на две составляющие: составляющую Ф_2d=Ф_2sinα, направленную по продольной оси ВТ встречно магнитному потоку возбуждения, и составляющую Ф_2q=Ф_2sinα, направленную по поперечной оси ВТ, т. е. перпендикулярно обмотке возбуждения, и вызывающую искажение магнитного поля ВТ (рисунок 2.30 б).

Размагничивающее влияние составляющей Ф_2d уравновешивается увеличением тока в обмотке возбуждения.

ЭДС самоиндукции, наводимая составляющей Ф_2q в обмотке w₂, нарушает синусоидальную зависимость напряжения U₂ от угла α и вызывает значительную погрешность вращающегося трансформатора, которая возрастает с увеличением нагрузки (тока I₂).

В синусном режиме СКВТ, когда включена только одна вторичная обмотка, применяется первичное симметрирование , основанное на использовании компенсационной обмотки w_к. Если внутреннее сопротивление источника Z_i, и соединительных проводов Z_л мало (Z_i+Z_л≈0), то обмотка w_к замыкается накоротко. Если же Z_i достаточно велико, что имеет место при питании ВТ от источника небольшой мощности, то обмотка w_к замыкается на резистор сопротивлением Z_К.Н.=Z_i+Z_л.

Магнитный поток Ф_2q, сцепляясь с компенсационной обмоткой, наводит в ней ЭДС E_K. Так как обмотка замкнута накоротко, то в ней появляется ток I_K, который создает в магнитной цепи машины магнитный поток компенсационной обмотки Ф_K. Этот поток в соответствии с правилом Ленца, направлен против потока Ф_2q (поток Ф_2q является причиной возникновения E_K и потока Ф_K). В результате поток Ф_2q окажется в значительной степени скомпенсированным потоком Ф_K, и погрешность ВТ, вызванная нагрузкой, значительно уменьшится.

Синус-косинусные вращающиеся трансформаторы в синусно-косинусном режиме

В этом режиме в схему СКВТ включают обе обмотки ротора – w₂ и w₃, смещенные в пространстве относительно друг друга на 90° (рисунок 2.31 а). Зависимость напряжения обмотки w₂ от угла поворота ротора α определяется выражением:

а напряжение на выходе обмотки w₃.

Из выражения видно, что напряжение U₃ при повороте ротора на угол α изменяется пропорционально косинусу этого угла.

Таким образом, на выходе СКВТ получается два напряжения – U₂ и U₃: первое изменяется пропорционально sinα , а второе – пропорционально cosα (рисунок 2.31 б).

Обмотки w₂ и w₃ обычно имеют одинаковые параметры, а поэтому наибольшие значения напряжений U_2m и U_3m также одинаковы:

где U₁– напряжение на входе ВТ, т. е. на зажимах обмотки возбуждения w₂.

Таким образом, выражения напряжений на выходе СКВТ могут быть записаны иначе:

Полная взаимная компенсация поперечных составляющих потоков обмоток ротора происходит при равенстве нагрузочных сопротивлений в синусной и косинусной цепях вращающегося трансформатора.

Если же нагрузочные сопротивления Z´_H и Z´´_H не равны, то вторичное симметрирование получается неполным, так как поперечные составляющие и Ф3q взаимно компенсируются лишь частично, и в магнитной цепи ВТ появляется магнитный поток, направленный по поперечной оси:

Этот поток наводит в роторных обмотках ЭДС самоиндукции, что ведет к искажению заданных функциональных зависимостей выходных напряжений. Магнитный поток Ф_q при Z´_H=Z´´H может быть скомпенсирован за счет первичного симметрирования, т. е. за счет потока Ф_К, создаваемого током I_К короткозамкнутой компенсационной обмотки.

Линейные вращающиеся трансформаторы

При определённой схеме соединения обмоток и коэффициенте трансформации на выходе вращающегося трансформатора можно получить линейную зависимость амплитуды напряжения от угла поворота ротора.

Принцип работы вращающегося трансформатора в линейном режиме основан на том, что на его выходе можно получить функцию:

Данная функция при k = 0,54 даёт наилучшее приближение к линейной зависимости в пределах α от –60° до +60° (рисунок 32 в). Для получения зависимости выходного напряжения от угла поворота можно использовать две схемы включения вращающегося трансформатора (рисунок 32 а и б ). Рассмотрим кратко первую схему. В ней обмотка возбуждения и косинусная обмотка соединены последовательно и подключены к источнику питания, а к синусной обмотке подключена нагрузка Z_н. Поперечный поток компенсируется путём первичного симметрирования и при анализе может не учитываться.

Это выражение не учитывает собственных сопротивлений обмоток, поэтому в реальных машинах коэффициент трансформации находится в пределах 0,56…0,58.

В схеме с вторичным симметрированием (рисунок 2.32 б) источник питания подключён к обмотке возбуждения, а к соединенным последовательно квадратурной и синусной обмоткам подключена нагрузка. Симметрирование выполнено путём замыкания косинусной обмотки на сопротивление Z_b.

Выходное сопротивление линейного вращающегося трансформатора в схеме с вторичным симметрированием зависит от угла поворота ротора, что значительно ограничивает возможность её применения. Поэтому на практике главным образом используют схему включения с первичным симметрированием.

При полном вторичном симметрировании ВТ входное сопротивление Z_Вх не зависит от положения ротора (угла α ). Поэтому ток и мощность, потребляемые ВТ, также не зависят от угла α . На этом основан метод подбора нагрузочных сопротивлений синусной Z´_H и косинусной Z´´_H обмоток для осуществления полного вторичного симметрирования, называемый методом амперметра (рисунок 2.33). Сущность метода состоит в том, что подбираются такие значения Z´_H и Z´´_H, при которых поворот ротора не вызывает изменения показаний амперметра А, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Более точным методом вторичного симметрирования является метод вольтметра. Так как при полном вторичном симметрировании поперечные составляющие потоков синусной и косинусной обмоток взаимно уравновешиваются, то в компенсационной обмотке ЭДС не наводится. Следовательно, сопротивления Z´_H и Z´´_H подбираются таким, чтобы показание вольтметра V , включенного в цепь компенсационной обмотки, было нулевым во всех положениях ротора.

Литература

Элементы и функциональные устройства судовой автоматики — Авдеев Б.А. [2018]