Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - специальные электрические машины - файл Лекции - Информационные машины.doc


Лекции - специальные электрические машины
скачать (642.5 kb.)

Доступные файлы (1):

Лекции - Информационные машины.doc1650kb.30.10.2008 20:50скачать

содержание

Лекции - Информационные машины.doc

  1   2   3   4
Информационные машины


1. Поворотный трансформатор

1.1. Синусно – косинусный поворотный трансформатор.

1.2. Линейный поворотный трансформатор

2. Сельсины

2.1. Сельсины с одной обмоткой синхронизации.

2.2. Дифференциальные сельсины.

3. Магнесины

4. Трехфазные сельсины

5. Асинхронный тахогенератор



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

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:

, (1.1)

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. 1).



Рис. 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 Фd, пульсирующий во времени с частотой сети. При холостом ходе в обмотках ротора S и С этот поток будет наводить ЭДС Еs0 и Ec0, частота которых равна частоте сети f1, а действующее значение будет зависеть от положения ротора относительно статора (рис. 2а).
а) б)





Рис. 2. Схематический разрез поворотного трансформатора (а) и график распределения индукции вдоль окружности его статора и ротора (б).
Предположим, что магнитный поток Фd распределен в воздушном зазоре синусоидально; в этом случае индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности статора и ротора по закону (рис. 2б):

, (1.2)

где

Вср – индукция в воздушном зазоре по оси обмотки В.

В обмотке статора В поток Фd индуктирует ЭДС:

, (1.3)

где

Фdm – максимальное значение потока:

(1.4)

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:

, (1.5)

а ЭДС, индуцированная в этой обмотке

, (1.6)

где

– число витков обмотки ротора.

Из соотношения

,

выходное напряжение косинусной обмотки при холостом ходе

. (1.7)

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

. (1.8)

Обмотка К с потоком Фd 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.


^

1.1. Синусно – косинусный поворотный трансформатор.



При подключении к синусной обмотке S нагрузки , по ней будет проходить ток:

, (1.9)

где

– сопротивление обмотки S, которое будем считать постоянным.

Ток IHS создает НС ротора, максимальное значение которой

(1.10)





Рис. 3. Векторная диаграмма НС при подключении нагрузки к синусной обмотке.
Как видно из рис. 3 ось этой НС совпадает с осью фазы S, поэтому ее можно представить в виде векторной суммы двух составляющих: продольной Fsd=Fssinα и поперечной Fsq=Fscosα. Продольная составляющая Fsd создает в обмотке возбуждения В компенсирующий ток, НС которого FB , так же, как и в обычном трансформаторе, компенсирует действие Fsd . Результирующий продольный поток Фd индуцирует в обмотке S ЭДС

(1.11)
Поперечная составляющая Fsq создает в поворотном трансформаторе поперечный поток Фq , максимальное значение которого

(1.12)

где

- магнитное сопротивление магнитопровода машины.

По отношению к поперечному потоку Фq обмотка S является косинусной и, следовательно, в ней индуцируется ЭДС

. (1.13)

ЭДС Еsq можно представить в виде:

(1.14)

где

(1.15)

- реактивное сопротивление обмотки ротора.

Таким образом, при нагрузке в синусной обмотке S продольным и поперечным потоками индуктируется результирующая ЭДС

(1.16)

Следовательно, ЭДС, индуцированная в синусной обмотке будет иметь вид:

(1.17)

Решив это уравнение относительно ,получим

, (1.18)

где

- некоторый комплексный коэффициент.

Аналогично можно получить выражение для ЭДС, индуцированной в косинусной обмотке:

, (1.19)
где

- комплексный коэффициент,

и – сопротивление косинусной обмотки и подключенной к ней нагрузки.
Таким образом, при наличии тока нагрузки и нарушаются требуемые синусоидальная и косинусоидальная зависимости изменения ЭДС Es и Ec , а, следовательно, и выходных напряжений Us и Uc от угла поворота α и возникает определенная погрешность. Относительная погрешность для синусной и косинусной обмоток:

(1.20)
(1.21)

где

и - максимальные значения напряжений и .

Действительная часть комплексов и принимается за амплитудную погрешность, мнимая – за фазовую погрешность (изменение фазы выходного напряжения синусной или косинусной обмотки по отношению к фазе или при холостом ходе). Из выражений для и следует, что для уменьшения погрешностии необходимо уменьшить величины комплексов и, т.е. увеличить сопротивления нагрузки и . Наименьшая амплитудная погрешность соответствует активной нагрузке; наименьшая фазовая погрешность – индуктивной и емкостной нагрузкам.


Рис. 4. Зависимость выходного напряжения в синусной обмотке и погрешности от угла поворота ротора. (1-кривая при холостом ходе;2,3- при нагрузке ( и ); 4-зависимость для ; 5- зависимость для).
На рис. 4 показаны зависимости Us=f(α) при холостом ходе (кривая 1) и при нагрузке (кривые 2 и 3), построенные по вышеуказанным формулам. При этом кривые 2 и 3 соответствуют значениям As, равным 0,25 и 1. Из этих кривых следует, что при нагрузке погрешность поворотного трансформатора может быть весьма значительной. Зависимости амплитудной погрешности ΔUs от угла поворота α для указанных значений модуля комплекса As изображены на рисунке кривыми 4 и 5.

Исследование выражений для ипоказывает, что погрешность ΔUs достигает максимального значения при углах α, равных 35о16’, 144o44’ и 215o16’.

Для устранения погрешности поворотного трансформатора, обусловленной поперечным потоком Фq , применяют так называемое симметрирование трансформатора, т. е. компенсацию поперечного потока ротора. Существуют два способа симметрирования: вторичное (со стороны ротора) и первичное (со стороны статора).
^ Вторичное симметрирование. Уменьшить погрешность выходного напряжения, снимаемого с синусной обмотки, можно, если подключить к косинусной обмотке сопротивление (рис. 5a).

В этом случае ток, проходящий по обмотке С, создает намагничивающую силу, максимальное значение которой

. (1.22)

а) б)



Рис. 5. Схема синусно-косинусного трансформатора о вторичным симметрированием (а) и диаграмма МДС, создаваемых обмотками ротора (б).

НС Fc можно представить, как и НС Fs , в виде векторной суммы двух составляющих: продольной Fcd=Fccosα и поперечной Fcq=Fcsinα. Продольная составляющая Fcd совпадает по направлению с Fsd, а поперечная составляющая Fcq направлена против Fsq. При равенстве Fcq =Fsq поперечный поток Фq будет равен нулю. Следовательно, не будет и погрешности, обусловленной этим потоком.

Величину можно определить из условия

(5.1.23)

или

(1.24)

или

. (1.25)

Так как поперечный поток Фq равен нулю, то

(1.26)

Следовательно

(1.27)

Откуда

. (1.28)

Т.е. при равенстве результирующих сопротивлений обеих фаз ротора ток IB в обмотке возбуждения поворотного трансформатора не зависит от угла поворота ротора, т. к. в выражении для результирующей продольной составляющей НС ротора , определяющей величину тока IВ , не входит какая-либо функция угла α:



или

(1.29)

где

; . (1.30)

Недостатком этого метода симметрирования является то, что практически он применим только при неизменном сопротивлении нагрузки.
^ Первичное симметрирование. Если нагрузка подключена только к одной из обмоток ротора, например к обмотке S (рис. 6а), то НС ротора по поперечной оси не равна нулю.

а) б)




Рис. 6. Схемы синусно – косинусных поворотных трансформаторов с первичным (а) и первичным и вторичным симметрированием (б).
Для уменьшения поперечного потока компенсационную обмотку К статора замыкают на какое-либо малое сопротивление или накоротко. В этом случае по поперечной оси будет действовать результирующая НС

, (1.31)

где

(1.32)

- НС, создаваемая компенсационной обмоткой.

Так как обмотка К по отношению к поперечному потоку Фq представляет собой замкнутую накоротко вторичную обмотку трансформатора, то результирующая НС будет значительно меньше НС первичной обмотки. Поэтому поперечный поток Фq и вызванная им погрешность резко уменьшается. При изменении нагрузки, подключенной к обмотке ротора, НС изменяется приблизительно пропорционально НС , вследствие чего степень компенсации поперечного потока остается практически неизменной. Это является достоинством данного метода симметрирования. Однако при изменении угла поворота ротора α изменяется ток в обмотке возбуждения, что является нежелательным, т.к. при заданном напряжении в этом случае будет изменяться ЭДС . В результате появляется дополнительная погрешность в величине выходных напряжений и на зажимах синусной и косинусной обмоток. Поэтому в поворотных трансформаторах обычно применяют одновременно первичное и вторичное симметрирование ( рис. 6б).

Рассмотренные методы компенсации поперечного потока Фq могут быть применены при использовании в качестве рабочей обмотки как синусной, так и косинусной обмоток. Поэтому поворотный трансформатор, подключенный по схеме рис. 6б, называют синусно – косинусным.

  1   2   3   4



Скачать файл (642.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации