2tom199

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 400

—    konstrukcję trójkąta prostokątnego;

—    tworzenie precyzyjnych iączy synchronicznych typu selsynowych;

—    wytwarzanie sygnału o stałym module i o fazie proporcjonalnej do kąta położenia wirnika (TPK — przesuwnik fazowy).

Błędy odwzorowania są obliczane jako największa różnica rzędnych napięcia wyjściowego i idealnego przebiegu (np. idealnej sinusoidy) w odniesieniu do amplitudy przebiegu odwzorowywanego. W wykonaniach standardowych mieszczą się one w granicach 0,01 -^0,25%, co odpowiada błędom kątowym 15"5', przy czym najmniejsze błędy mają TPK wielobiegunowe. Wymagają więc najlepszych materiałów i najwyższej precyzji wykonania.

Klasyczne konstrukcje mają użłobkowane pakiety slojana i wirnika z permaloju (poniżej progu nasycenia) lub niskostratnej blachy transformatorowej. W żłobkach slojana i wirnika są rozłożone sinusoidalne uzwojenia symetryczne dwupasmowe (p = l) parami identyczne i o osiach wzajemnie prostopadłych. Uzwojenie wirnika może być wyprowadzone przez: pierścienie i szczotki, transformator pierścieniowy (TPK bezzes-tykowy) lub przewodem giętkim przy ograniczonym kącie obrotu.

Rys. 5.134. Schemat transformatora położenia kątowego    Rys. 5.135. Schemat połączeń transformatora

sinusowo-kosinusowego    położenia kątowego liniowego

1,2 — uzwojenia pierwotne; 3, 4 uzwojenia wtórne

Na rysunku 5.134 przedstawiono schemat tzw. transformatora sinusowo-kosinusowego. Przy zasilaniu uzwojenia wzbudzenia 1 napięciem przemiennym w uzwojeniach wirnika idealnego nienasyconego i nieobciążonego TPK są indukowane napięcia

U_i3 = riM, cos z,)

⁵    [    (5.158)

U1₄ = n_srU_x sina, J

przy czym: n„ — przekładnia zwojowa, a, — kąt położenia wirnika.

Napięcia wyjściowe obciążonego TPK różnią się od przebiegów sinusoidalnych, m.m-wskutek odkształcenia przebiegu pola wzbudzenia przez oddziaływanie strony wtórnej. W celu przywrócenia dokładności odwzorowania potrzebna jest kompensacja skutków' oddziaływania. Jako naturalny narzuca się sposób kompensacji polegający na jednoczesnym obciążeniu obu identycznych wyjściowych uzwojeń TPK takimi samymi impedanc-janii. Jest to tzw. kompensacja wtórna.

Oddziaływanie prądów obciążenia można również zminimalizować wykorzystując mo 2 uzwojenia stojana przez włączenie w jego obwód takiej impcdancji, aby płynący vv nim prąd znosił strumień oddziaływania poprzecznego. Jeżeli uzwojenie wzbudzenia jest zasilane z sieci sztywnej (Z._h = 0), to dla równości impedancji obwodów pasma 1 i 2, obwód nasma poprzecznego 2 powinien być zwarty. Jest to warunek tzw. kompensacji pierwotnej. Najkorzystniejsze ze względu na dokładność odwzorowania jest oczywiście jednoczesne stosowanie obu sposobów kompensacji.

W transformatorach położenia kątowego najwyższej klasy stosuje się również kompensację wpływu temperatury na rezystancję wzbudzenia. Sygnał sprzężenia zwrotnego o wartości równej spadkowi napięcia w uzwojeniu jest dodawany do napięcia zasilania, wskutek czego napięcia indukowane w uzwojeniu wtórnym nie zależą od rezystancji uzwojenia wzbudzenia.

Najważniejsze przyczyny błędów skompensowanych TPK są następujące:

_niesymetrie magnetyczne związane z technologią wykonania i niejednorodnością

materiałów magnetycznych, powodujące nieprostopadłość osi magnetycznych;

—    pojawienie się tzw. napięć szczątkowych;

—    dyskretny (nie zaś ciągły) rozkład uzwojeń;

—    istnienie żłobków — wywołujące odkształcenie przebiegu od idealnego.

Przez odpowiednie połączenie TPK sinusowo-kosinusowego można uzyskać tzw. transformator położenia kątowego liniowy, który w zakresie kątów obrotu wirnika —60° ^ a, < 60° daje sygnał napięciowy proporcjonalny do położenia z błędem względnym odzworowania liniowego nie przekraczającym 0,1%. Na rysunku 5.135 przedstawiono jeden z takich sposobów połączenia uzwojeń.

Przy pracy sygnałowej uzwojenia sinusowego (Z_obc4 = oo) napięcie jest wyrażone wzorem

C/,4 = nJUi

l+n_CTcosa,

(5.159)

Przy n_9r = 0,5361 napięcie wyjściowe będzie się zmieniać liniowo ze wzrostem oc_r w podanym wyżej zakresie kątów. Dla spotykanych w praktyce wartości parametrów uzwojenia i obciążeń (rzędu miliamperów) wartości przekładni zwojowej wypadają nieco większe (n_ST = 0,565).

Jeżeli oba pasma uzwojenia stojana TPK zasilić z symetrycznego źródła napięcia dwufazowego, to zostanie spełniony warunek powstania wirującego pola kołowego. W pasmach uzwojenia wirnika będą indukowały się napięcia rotacji o stałej amplitudzie ¹ o fazie zależnej od położenia kątowego wirnika. Taki transformator nosi nazwę przesuwnika fazowego. W wykonaniach praktycznych ma on tylko jedno uzwojenie wirnika.

Zwiększenie dokładności określenia położenia kątowego zapewniają transformatory położenia kątowego wielobiegunowe. W takich przetwornikach położenia jednemu obrotowi wału wejściowego odpowiada p okresów zmian sygnału wyjściowego. Przy założeniu kształtu napięcia wyjściowego identycznego z uzyskanym w TPK dwubiegunowych określenie położenia wału wejściowego w TPK wielobicgunowych jest teoretycznie p razy dokładniejsze.

Jednakże w TPK o bardzo dużej liczbie par biegunów' nie można wykonać często (wobec skończonej liczby żłobków i skończonego wymiaru średnicy maszyny) uzwojenia sinusoidalnego, co oczywiście utrudnia uzyskanie sinusoidalnego rozkładu pola w szczeli-^nie- Dlatego te transformatory wielobiegunowe mają najczęściej kształt pierścieni ⁰ dużych średnicach i małych długościach i są przystosowane do wbudowania (wykonywane są bez wału i łożysk).

26

Poradnik inżyniera elektryka tom 2