Вращающийся трансформатор (резольвер)

Вращающийся трансформатор (рис 4.11) представляет собой электрическую микромашину переменного тока, у которой выходное напряжение является функцией входного напряжения и угла поворота ротора. Зависимость выходного напряжения от входного является линейной, а от угла поворота ротора - синусоидальной. ВТ предназначены для преобразования угла поворота ротора в изменение фазы синусоидального напряжения.

Сила тока холостого хода 43 мА при напряжении 26 В и частоте 400 Гц соответствует входному индуктивному сопротивлению 600 Ом и реактивной мощности около 1 Вт.

По характеру токосъемника ВТ бывают контактные (съем контактными кольцами и гибкими проводниками) и бесконтактными (съем кольцевыми трансформаторами). Контактные более точные, но имеют меньший срок службы.

ВТ состоит из двух основных частей: статора 1 и ротора 3 (рис. 4.12). На статоре и роторе имеются равномерно распределенные пазы, в которых размещено по две обмотки.

Обмотки статора и ротора выполняют обычно одинаковыми, т.е. у них совпадает число витков, схема соединения витков и сечение обмоточного провода.

Статор вращающегося трансформатора (рис. 4.12,в ) имеет две однофазные обмотки С1—С2 и СЗ—С4, сдвинутые на 90° относительно диффузора. Ротор также имеет две обмотки, включенные последовательно (на рисунке для упрощения показана одна обмотка Р1 — Р2). Магнитопровод изготовляют из листов электрической стали или пермоллоя. На роторе и статоре равномерно расположены пазы, в которых размещены взаимно перпендикулярные обмотки. Первичными обмотками вращающегося трансформатора (ВТ) чаще всего являются обмотки статора, а вторичными — обмотки ротора, который связан с перемещающимся элементом. При повороте ротора, который собственно и является первичным датчиком, с него снимается синусоидальное напряжение.

Статорные обмотки питаются переменным током повышенной частоты – 400, 1000, 2000, 4000 Гц и создают вращающееся магнитное поле, скорость которого соответствует частоте питающего напряжения.

Выводы статорных обмоток подводят непосредственно к соединительным панелям, выводы роторных обмоток вращающихся трансформаторов контактного типа выводят через токосъемное устройство: четыре контактных кольца 5 и щетки 6.

При подключении обмоток статора к сети переменного тока образуется вращающееся магнитное поле. Стрелка на рис.4.12,в показывает результирующий магнитный поток, проходящий через ротор в данный момент времени. Магнитное поле вращается со скоростью, соответствующей частоте питания обмоток статора. Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора переменное напряжение, амплитуда которого почти постоянная.

В двухобмоточном кольцевом трансформаторе (рис. 4.12,б) обмотки 5 и 7 расположены, соответственно, на кольцевых магнитопроводах 6 и 8.

При подаче на обмотку возбуждения переменного напряжения в воздушном зазоре возникает пульсирующий магнитный поток Ф_в, который наводит во вторичных обмотках ЭДС, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора.

При повороте ротора, соединенного с ходовым винтом или валом двигателя, фаза ЭДС во вторичных обмотках сдвигается относительно синусоидального входного сигнала на угол, пропорциональный углу поворота вала ротора. По величине сдвига фаз можно определить угол поворота вала и, соответственно, величину линейного перемещения рабочего органа.

Длина бесконтактных вращающихся трансформаторов больше, чем контактных, в связи с необходимостью размещения переходных трансформаторов. Однако существенное повышение надежности окупает этот недостаток.

Основным требованием, предъявляемым к вращающимся трансформаторам, является максимальная точность преобразования угла в напряжение по заданному функциональному закону.

Конструкция вращающихся трансформаторов и технология их изготовления должны обеспечивать при повороте ротора изменение взаимоиндуктивности между обмотками статора и ротора по закону, наиболее близкому к идеальной синусоиде.

Погрешность ВТ оценивается отклонением амплитуды выходного напряжения от синусоиды при вращении ротора. Допустимое отклонение от идеального закона во многих случаях не должно превышать 0,005 %. Отклонению 0,01% соответствует наибольшая угловая погрешность 15^`, которая проявляется при углах поворота ротора кратным 45⁰.

Недостаток обычных ВТ — ограниченный гарантированный срок службы вследствие наличия щеток и контактных колец на роторе. В связи с этим в станках желательно применять бес­контактные ВТ, срок службы которых практически не ограничен.

Индуцированное в обмотке ротора напряжение является выходным сигналом, фаза которого сдвинута относительно синусоидального входного сигнала статора. Этот сдвиг фазы зависит от положения ротора. Если ротор расположен вертикально, то в нем будет индуцироваться положительное максимальное напряжение, тогда и его синусоидальная обмотка будет иметь положительное максимальное возбуждение. В этом случае фазы выходного и входного сигналов совпадают. Таким образом, при повороте вала ротора механический угол вращения преобразуется в электрический, т. е. в сдвиг фаз.