Ротационни трансформатори

Ротационни (ротационни) трансформатори (VT) се използват в различни автоматични и изчислителни устройства за преобразуване на ъгъла на въртене в променливо напрежение, амплитудата на което се променя според даден закон като функция от ъгъла.
Най-широко разпространени са двуполюсните и многополюсните въртящи се трансформатори с две намотки на статора, изместени от електрически ъгъл l/2, и същите намотки на ротора. Роторните трансформатори от този тип имат конструкция, подобна на асинхронен двигател с двуфазни намотки на ротора и статора. Четките и плъзгащите се пръстени се използват за подаване на напрежение към намотките на ротора, а с ограничен ъгъл на въртене и гъвкави проводници. В "безконтактни" въртящи се трансформатори роторните намотки се захранват от два междинни пръстеновидни трансформатора (CT), показани на фиг. 50.5.
За да може въртящият се трансформатор да изпълнява функциите си, взаимната индуктивност между намотките на статора и ротора трябва да се променя в зависимост от електрическия ъгъл на въртене a съгласно синусоидален или косинусов закон. За да се постигне висока точност при възпроизвеждане на функциите sina и cosa, те се стремят да получат формата на магнитните полета на намотките възможно най-близо до синусоидалната. За тази цел се използват така наречените синусови намотки, при които броят на завъртанията в прорезите се променя съответно. Освен това, за да се получат еднородни магнитни свойства, те прибягват до вентилаторна сглобка от листове с магнитни сърцевини, измествайки всеки следващ слой по отношение на предишния с една или няколко назъбени деления.

"Безконтактен" въртящ се трансформатор:
1 - въртяща се магнитна верига KT; 2 - въртяща се намотка CT; 3 - фиксирана CT намотка; 4 - стационарна магнитна верига KT; 5 - VT намотка на статора; b - магнитна сърцевина на статора VT; 7 - магнитна сърцевина на VT ротора; 8 - VT намотка на ротора

За да се намали ЕМП, индуцирано от по-високите хармонични полета, роторните отвори са скосени с едно назъбено разделение. Много внимание се отделя и на намаляването на грешките, свързани с неточност на производството: ексцентричност на статорните и роторните повърхности, обърнати към процепа, асиметрия на магнитната верига, неточност на скоса на браздата. Благодарение на всички тези мерки, максималната грешка при възпроизвеждане на sin a и cos a функции във високоточна BT не надвишава 0,01-0,02%.

В многополюсния VT периодът на промяна в изходното напрежение съответства на въртенето на ротора под ъгъл 2k/p и има p периоди на промяна на напрежението за един оборот на ротора. Следователно грешката при възпроизвеждане на изходното напрежение, отнасяща се до геометричния ъгъл на въртене на ротора, намалява p пъти в сравнение с грешката, посочена към електрическия ъгъл. В многополюсните VT с висока прецизност броят на периодите p достига 60-1. Намотките в такива VT са сглобени. За да се подобри точността на възпроизвеждане на функциите sin a и cos a, се избира оптималната ширина на зъбите и се прилага скосяването на жлебовете за едно разделяне на зъбите. Схемите за превключване и захранване на VT намотките зависят от функциите, които изпълнява.
Синусоинус VT (фиг. 2b) е предназначен да преобразува ъгъла на въртене a в две променливи напрежения Ua и Ub, амплитудите на които са пропорционални на cos a и sin a, съответно. Намотката на статора/е намотката за възбуждане. Захранва се от напрежена стабилизирана променлива мрежа. Пулсиращото магнитно поле, генерирано от тази намотка, индуцира EMF Ea в роторната намотка a, пропорционална на cos a, и в роторната намотка b EMF Eb, пропорционална на sin a. Когато към намотките на ротора е свързан товар под формата на съпротивления ZHQ и ZHb, в тях се появяват токове и се образува вторично магнитно поле. За да се избегне изкривяване от вторичното поле на косинус или синусова зависимост на EMF Ea и Eb от ъгъла a, те прибягват до така нареченото вторично и първично балансиране на ротационния трансформатор.

Фигура: 2. Синусоинус въртяща се трансформаторна верига
Фигура: 3 Линейна въртяща се трансформаторна верига

За изпълнението на вторично балансиране се избират същите съпротивления на натоварване на роторните намотки ZHa = ZHb. Първичното балансиране се извършва чрез затваряне на квадратурната намотка на статора към съпротивлението ZHk, което е равно по стойност на вътрешното съпротивление на източника на мощност на намотката. В този случай в веригите на намотките към и /, които компенсират вторичните потоци със същия интензитет, се индуцират токове.
Линейният VT (фиг. 3) е предназначен да преобразува ъгъла на въртене a в променливо напрежение Ub, амплитудата на което е пропорционална на ъгъла a. В линейната въртяща се трансформаторна верига статорната намотка I и косинусовата намотка на ротора а са свързани последователно и свързани към мрежата с променлив ток, квадратурната намотка към е късо съединение. Изходното напрежение Ub се отстранява от синусовата намотка 6, свързана към съпротивлението на товара.
В такава схема компонентът на вторичния поток по оста на късо съединението на намотката k е почти напълно амортизиран от индуцирания в него ток. Следователно, когато се анализира работата на въртящ се трансформатор, напречният компонент на потока по оста на намотката k може да бъде игнориран и може да се приеме, че ЕМП се индуцира само от надлъжното поле.