5. Информационные машины

К числу информационных машин относятся: поворотные трансформаторы, сельсины, магнесины и асинхронные тахогенераторы.

5.1. Поворотный трансформатор

Поворотными трансформаторами называют электрические машины переменного тока, преобразующие угол поворота α в напряжение, пропорциональное некоторым функциям этого угла или самому углу. В зависимости от закона изменения выходного напряжения они подразделяются на следующие типы:

а) синусно - косинусный трансформатор, позволяющий получить на выходе два напряжения, одно из которых пропорционально sinα, а второе cosα;

б) линейный поворотный трансформатор, выходное напряжение которого пропорционально углу α;

в) трансформатор - графопостроитель, выходное напряжение которого связано с подаваемыми первичными напряжениями зависимостью:

где

С - постоянная.

Для получения поворотных трансформаторов различных типов может быть использована одна и та же машина с двумя обмотками на статоре и двумя на роторе при различных способах включения обмоток.

Поворотные трансформаторы широко используются в автоматических и вычислительных устройствах для решения геометрических и тригонометрических задач. В системах автоматического регулирования они используются в качестве измерителей рассогласования.

Конструктивно поворотный трансформатор выполняется так же, как асинхронный двигатель с фазным ротором. На статоре и роторе расположены по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, сдвинутые между собой в пространстве на 90 градусов. Магнитопровод - шихтованный.

Поворотный трансформатор может работать в режиме поворота ротора или в режиме вращения. В первом случае положение ротора относительно статора задается поворотным механизмом (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Принципиальная схема четырехобмоточного поворотного трансформатора

В этом режиме одна из статорных обмоток - обмотка возбуждения В - присоединяется к сети переменного тока, а другая - компенсационная или квадратурная обмотка К - подключается к некоторому сопротивлению или замыкается накоротко. В некоторых случаях обе статорные обмотки получают питание от независимых источников переменного напряжения. Обмотка ротора S (синусная) и С (косинусная) присоединяются к контактным кольцам. Для уменьшения числа колец концы двух обмоток объединяются. Применяется так же токосъем с помощью спиральных пружин; в этом случае угол поворота ротора ограничен 1,8...2 оборотами.

При работе в режиме вращения обмотки возбуждения и компенсации с целью уменьшения числа контактных колец размещают на роторе, а синусную и косинусную - на статоре. При этом компенсационная обмотка замыкается накоротко, а выводы обмотки возбуждения подключаются к двум контактным кольцам.

Принцип действия. При подключении обмотки возбуждения В к сети переменного тока в машине возникает продольный магнитный поток Ф_d, пульсирующий во времени с частотой сети. При холостом ходе в обмотках ротора S и С этот поток будет наводить ЭДС Е_s0 и E_c0, частота которых равна частоте сети f₁, а действующее значение будет зависеть от положения ротора относительно статора (рис. 5.2а).

а)

б)

Рис. 5.2. Схематический разрез поворотного трансформатора (а) и график распределения индукции вдоль окружности его статора и ротора (б)

Предположим, что магнитный поток Ф_d распределен в воздушном зазоре синусоидально; в этом случае индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности статора и ротора по закону (рис. 5.2б):

где

В_ср - индукция в воздушном зазоре по оси обмотки В.

В обмотке статора В поток Ф_d индуктирует ЭДС:

где

Ф_dm - максимальное значение потока:

Здесь

l₁ - продольная длина статора (ротора);

- число витков обмотки статора.

Предположим, что ось фазы С обмотки ротора сдвинута относительно фазы В обмотки статора на некоторый угол . В этом случае максимальное значение потока, сцепленного с обмоткой С:

а ЭДС, индуцированная в этой обмотке

где

- число витков обмотки ротора.

Из соотношения

выходное напряжение косинусной обмотки при холостом ходе

Обмотка ротора S сдвинута относительно обмотки С на угол π/2 , следовательно, выходное напряжение в этой обмотке

Обмотка К с потоком Ф_d не связана и он не индуктирует в ней ЭДС. Она используется для компенсации поперечных потоков, создаваемых обмотками ротора при нагрузке поворотного трансформатора. Если вместо обмотки В присоединить к сети переменного тока обмотку К, то она создаст поперченный поток, по отношению к которому обмотка S будет косинусной, а обмотка С - синусной. Таким образом, в обмотках ротора при холостом ходе индуктируются ЭДС, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора относительно соответствующего потока. Применяя различные схемы включения обмоток статора и ротора, можно получить и другие функциональные зависимости, а так же уменьшить погрешности, вызываемые током нагрузки.