www.toehelp.ru

Решение задач по ТОЭ, ОТЦ, Высшей математике, Физике, Программированию ...

/ / / Лекция 26. Линейный поворотный трансформатор

§ 6.4 Линейный поворотный трансформатор

Известно, что синус малого угла равен самому углу. Поэтому с погрешность 0,1% можно считать, что СКПТ обеспечит линейную зависимость U = ka в диапазоне a=±4,5о. Если допустить погрешность 1%, диапазон увеличится до a=±14о. Однако в гораздо более широком интервале углов линейную зависимость U = ka реализует функция

При k = 0,5 ее можно представить в виде степенного ряда

члены которого быстро убывают. С погрешность 1% можно ограничиться только линейным коэффициентом этого ряд в диапазоне углов ±60о.

Рис.6.7. Схема ЛПТ с первичным симметрированием

Подбором коэффициента в пределах k = 0,52¸0,56 точность аппроксимации можно довести до 99, 9% в диапазоне углов ±55о.

Наиболее распространенная схема линейного поворотного трансформатора представлена на рис.6.7, из которой видно, что это схема с первичным симметрированием. Следовательно, можно принять Фq = 0 и при анализе процессов в ПТ учитывать только продольный поток Фd.

Если пренебречь внутренним падением напряжения в обмотках

Отсюда

Выходной сигнал

Из последней формулы видно, что при проектировании СКПТ следует коэффициент трансформации выбирать в пределах 0,52¸0,56.

§ 6.5 Поворотный трансформатор-построитель

Поворотный трансформатор-построитель используется для решения задач, связанных с нахождением гипотенузы по двум катетам, преобразованием декартовых координат в полярные и т.п. Схема установки приведена на рис. 6.8.

Рис.6.8. Схема включения поворотного трансформатора-построителя

Если к обмоткам статора приложить напряжения, пропорциональные катетам треугольника Uа ≡ a и Uв ≡ b, возникнутмагнитные потоки, которые при отсутствии насыщения, также будут пропорциональны этим катетам: Фа≡ a и Фв≡ b. Потоки, складываясь, образуют результирующий поток, очевидно пропорциональный гипотенузе "с" Фрез ≡ с. Этот поток будет индуцировать в роторных обмотках ЭДС. Под действием ЭДС косинусной обмотки исполнительный двигатель придет во вращение и через понижающий редуктор начнет поворачивать трансформатор до тех пор, пока ось косинусной обмотки не станет перпендикулярной результирующему потоку, ибо только в этом положении исполнительный двигатель перестанет получать питание в свою обмотку управления. В таком положении ось синусной обмотки будет совпадать с осью результирующего потока, который и наведет в ней ЭДС пропорциональную гипотенузе треугольника. Если заранее настроить систему должным образом, угол поворота трансформатора будет равен углу треугольника a.

§ 6.6. Погрешности поворотных трансформаторов

Как уже упоминалось выше, поворотные трансформаторы относятся к машинам высокой точности, поэтому вопросы погрешностей здесь приобретают особое значение.

Погрешности ПТ можно разделить на следующие группы:

- погрешности, обусловленные принципом действия;

- погрешности, вызванные конструкцией ПТ как электрической машины;

- технологические погрешности;

- погрешности, определяемые условиями эксплуатации.

Погрешности, обусловленные принципом действия - это погрешности, вызванные падением напряжения в обмотках статора и ротора, несовершенством симметрирования, неточностью аппроксимации в ЛПТ и т.п. причинами. Так при изменении тока возбуждения Iв, особенно в СКПТ с первичным симметрированием, изменяется ЭДС

изменяется поток возбуждения [Фв.m = Eв/(4, 44fWвkо)], а значит и выходное напряжениетрансформатора. Избавиться от этого типа погрешностей практически не возможно.

Конструктивные погрешности - это погрешности от зубчатого строения статора и ротора, нелинейности кривой намагничивания, высших гармоник магнитного поля и других ограничений конструктивного характера.

Для уменьшения данного класса погрешностей трансформатор выполняют с большим числом пазов на полюс и фазу q = 5 ÷ 15, что удорожает ПТ, но повышает его точность. Одну пару обмоток (например, статорную) выполняют с шагом y = 2/3t другую - с шагом y = 4/5t, а в особо важных случаях используют специальные "синусные" обмотки (см. далее). Обязательно делают скос пазов (обычно на роторе) при слабонасыщенной магнитной цепи и сравнительно большом воздушном зазоре.

Технологические погрешности - это погрешности, вызванные неточностью изготовления штампов статора и ротора, эксцентриситетом статора и ротора, некачественной изоляцией листов сердечников и обмоток и т.п. Для устранения этих погрешностей необходима тщательная технологическая проработка и высокая культура производства завода изготовителя.

Эксплуатационные погрешности - это погрешности, возникающие вследствие изменения температуры, давления и влажности окружающей среды, недостаточно продуманной схемы включения обмоток трансформатора, использования нестабилизированных источников питания и т.д. Иногда их называют дополнительными в отличии от первых трех, считающимися основными погрешностями.

Различные погрешности ПТ часто связаны между собой и даже обуславливают друг друга. На практике точность работы поворотных трансформаторов оценивают по следующим показателям:

1) максимальной погрешности отображения функциональной зависимости, определяемой в процентах от наибольшего значения выходного напряжения. Эта погрешность находится в пределах: для СКПТ 0, 005÷0, 2%; для ЛПТ 0, 05÷0, 2%;

2) максимальной асимметрией нулевых точек (для СКПТ), которую определяют следующим образом: На обмотки В и К статора поочередно подают напряжения и находят углы, при которых ЭДС обмоток ротора равны нулю или минимальны. Отклонения этих углов от углов, теоретически отстоящих друг от друга на 900, и составляют ошибку асимметрии. В современных СКПТ она лежит в пределах 10"÷6'40";

3) максимальной величине остаточной ЭДС в процента от максимальной ЭДС соответствующей обмотки (0, 003÷0, 1%);

4) максимальной ЭДС компенсационной обмотки в процента от напряжения возбуждения (0, 04÷1, 2%);

5) максимальной разности коэффициентов трансформации. Она не должна превышать 0, 005÷0, 2%.

В зависимости от величины перечисленных погрешностей ПТ делятся на шесть классов точности.

§ 6.7. Многополюсные поворотные трансформаторы

До сих пор мы рассматривали ПТ, не говоря об их полюсности, имея в виду двухполюсное исполнение. Такие трансформаторы обеспечивают высокую точность работы. Однако в прецизионных системах управления этой точности бывает недостаточно главным образом из-за погрешностей, вызванных асимметрией магнитной цепи и эксцентриситетом между статором и ротором. Многополюсные ПТ малочувствительны к этим погрешностям, поэтому точность их работы заметно выше.

Многополюсные трансформаторы выполняются плоскими, т.е. имеющими малую длину и большой диаметр, что позволяет увеличить число пар полюсов. Обычно такие трансформаторы встраиваются непосредственно в прибор, поэтому они не имеют подшипниковых щитов, а роторы размещают на вращающихся частях приборов. Существует большое число различных модификаций ПТ многополюсного исполнении, среди которых особое место занимают индуктосины и редуктосины.

Редуктосин состоит из статора и ротора, которые имеют большое число открытых пазов (рис 6.10). Их соотношение может быть различным: Zс/Zр = 4/3; 4/5; 4/7; 8/7 и т.д. В пазах статора укладывается три обмотки: первичная - обмотка возбуждения (В) и две вторичных - синусная (С) и косинусная (К). Первичная обмотка укладывается в каждом пазу, вторичные обмотки - через паз. Ротор - без обмотки.

Катушки выходных обмоток включаются по дифференциальной схеме, т.е. встречно катушкам возбуждения. При вращении ротора происходит изменение взаимоиндуктивности между статором и ротором, в результате во вторичных обмотках индуцируются две ЭДС, сдвинутые на 90 эл. градусов: Es = Emsin (Zpa) и Ec = Emcos (Zpa).

Часто редуктосины используются для измерения линейных перемещений. В этом случае они выполняются в развернутом виде, как линейные машины. Такие редуктосины применяются в металлорежущих станках с поступательным движением рабочих органов.

Рис. 6.11. Индуктосин

Индуктосин представляет собой машину, состоящую из двух изоляционных дисков, на смежных поверхностях которых нанесены печатные обмотки (рис.6.11). Последние представляют токоведущие пластины, соединенные поочередно то у центра, то у периферии. Разумеется, число таких пластин должно быть четным.

Диски расположены соосно параллельно и могут поворачиваться друг относительно друга. Магнитопровода индуктосин не имеет. Зазор между дисками весьма мал - 0, 1 мм. Синусоидальную зависимость взаимной индуктивности между статором и ротором достигают путем выбора определенного соотношения ширины проводника к полюсному делению, скоса проводников, сокращения шага обмотки. Частота напряжения питания индуктосина 10÷100 кГц. Однако, не смотря на небольшой зазор, коэффициент передачи напряжения составляет всего 0, 005÷0, 01. Тем не менее, при питании обмотки статора переменным током в роторе индуцируется ЭДС, величина которой является функцией угла поворота ротора. Погрешность синхронно-следящей системы с индуктосином очень маленькая - несколько угловых секунд.

§ 6.8. Синусные обмотки

Синусными называются однослойные концентрические обмотки, число проводников которых распределяется по пазам по определенному закону. В результате кривая намагничивающей силы получается весьма близкой к синусоиде.

Используется различное распределение проводников по пазам: треугольное, трапецеидальное. Однако наилучший результат дает синусоидальный закон: ni = wmaxsin (2i-1)p/z, где ni- число витков в i-ом пазу; i-номер паза, считая от оси обмотки; wmax-максимальное число витков фазы. Найдем значение wmaxна примере обмотки ротора ПТ (рис.6.12).

На рис. 6.13 построена кривая распределения НС этой обмотки. Обратите внимание на высоты прямоугольников, составляющих ступенчатую трапецию НС. Они разные, поскольку разные числа витков катушек обмотки. Разложив кривую НС в ряд Фурье, получим амплитуду первой гармоники

Взяв по справочнику значения сумм,

Сравнивая это выражение с общеизвестным выражением НС распределенной однофазной обмотки, получим wmax = 4wэф/z. Здесь wэф- эффективное число витков фазы.

Гармонический анализ кривых НС синусных обмоток показывает, что они содержат гармоники весьма высоких порядков n = zn ± 1 (n = 1, 2,...). Так, например, для поворотного трансформатора с числом пазов на статоре 20 и на роторе 12 порядки гармоник будут:

zc = 20; nc = 19, 21, 39, 41, 59, 61, 79, 81,...

zp = 12; np = 11, 13, 23, 25, 35, 37, 47, 49, 59, 61,...

Видно, что электромагнитная связь между обмотками статора и ротора начинается с 59-й и 61-й гармоник, являющихся общими для них. Учитывая столь высокие порядки, а также значительное ослабление гармоник за счет скоса пазов, можно быть уверенным в высоком качестве кривых НС поворотных трансформаторов с синусными обмотками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Закончив изложение материала, хотелось бы ещераз напомнить читателю, что он ознакомился с микромашинами общепромышленного и специального назначения. Ограниченность объёма конспекта не позволила рассмотреть некоторые вопросы очень подробно, в частности выводы ряда формул, доказательства некоторых положений и некоторые другие. Однако основа для изучения микромашин указанных групп здесь дана, чего должно быть достаточно, чтобы при желании самостоятельно освоить не вошедший в конспект лекций материал.

Далее...

Социальные сети  

Реклама

Социальные сети