1、1第第7章章 旋转变压器旋转变压器7.1 概概 述述7.2 正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器7.3 线性旋转变压器线性旋转变压器7.5 旋转变压器的误差分析及主要技术指标旋转变压器的误差分析及主要技术指标 7.6 多极旋转变压器和感应同步器多极旋转变压器和感应同步器7.4 数字旋转变压器数字旋转变压器27.1 概概 述述7.1.1旋转变压器的分类旋转变压器的分类 7.1.2旋转变压器的结构特点旋转变压器的结构特点3 旋转变压器是自动控制装置中的一类精密控制微电旋转变压器是自动控制装置中的一类精密控制微电机。从物理本质看，可以认为是一种可以旋转的变压器，机。从物理本质看，可以认为是一种可以旋转的
2、变压器，这种变压器的原、副边绕组分别放置在定子和转子上。这种变压器的原、副边绕组分别放置在定子和转子上。当旋转变压器的原边施加交流电压励磁时，其副边输出当旋转变压器的原边施加交流电压励磁时，其副边输出电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系，从而，从而实实现角度的检测、解算或传输现角度的检测、解算或传输等功能。等功能。 7.1 概概 述述47.1.1旋转变压器的分类旋转变压器的分类 按有无电刷与滑环之间的滑动接触分，可分为按有无电刷与滑环之间的滑动接触分，可分为有刷和无刷有刷和无刷两种。两种。 按电机的极数多少分，可分为按电机的极数多少分，可分为两极式和
3、多极式两极式和多极式。 按输出电压与转子转角间的函数关系，又可分为按输出电压与转子转角间的函数关系，又可分为正余弦旋转变压器、正余弦旋转变压器、线性旋转变压器和比例式旋转变压器线性旋转变压器和比例式旋转变压器等。等。 根据应用场合的不同，旋转变压器又可以分为两大类：一类是根据应用场合的不同，旋转变压器又可以分为两大类：一类是解算用解算用旋转变压器旋转变压器，如利用正余弦旋转变压器进行坐标变换、角度检测等，这已，如利用正余弦旋转变压器进行坐标变换、角度检测等，这已在数控机床及高精度交流伺服电动机控制中得以应用；另一类是在数控机床及高精度交流伺服电动机控制中得以应用；另一类是随动系统随动系统中角度
4、传输用旋转变压器中角度传输用旋转变压器，这与控制式自整角机的作用相同，也可以分为，这与控制式自整角机的作用相同，也可以分为旋变发送机、旋变差动发送机和旋变变压器等，只是利用旋转变压器组成旋变发送机、旋变差动发送机和旋变变压器等，只是利用旋转变压器组成的位置随动系统，其角度传送精度更高，因此多用于高精度随动系统中。的位置随动系统，其角度传送精度更高，因此多用于高精度随动系统中。 57.1.2旋转变压器的结构特点旋转变压器的结构特点 旋转变压器的基本结构与隐极转子的控制式自整角机相似。旋转变压器的基本结构与隐极转子的控制式自整角机相似。图图7-1旋转变压器定、转子绕组结构示意图旋转变压器定、转子绕
5、组结构示意图 结构示意图结构示意图 绕组原理图绕组原理图S1-S2定子励磁绕组，定子励磁绕组，S3-S4定子交轴绕组，定子交轴绕组，R1-R2转子余弦输出绕组，转子余弦输出绕组，R3-R4转子正弦输出绕组。转子正弦输出绕组。隐极结构，定转隐极结构，定转子均为二相对称子均为二相对称绕组。绕组。67.2 正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器7.2.1工作原理工作原理7.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 7.2.3应用应用77.2 正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器输出绕组的电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。正余弦旋转变压器输出绕组的电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。7.2.1正余弦
6、旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理1空载运行空载运行 图7-2旋转变压器的工作原理 设设S1-S2轴线与轴线与R1-R2轴线的夹角为轴线的夹角为 。输出绕组输出绕组R1-R2和和R3-R4以及定子交轴以及定子交轴绕组绕组S3-S4开路，在励磁绕组开路，在励磁绕组S1-S2施施加交流励磁电压，将在气隙中将产生加交流励磁电压，将在气隙中将产生一个脉振磁场一个脉振磁场 ，该脉振磁场的轴，该脉振磁场的轴线在定子励磁绕组线在定子励磁绕组S1-S2的轴线上。的轴线上。 fB8励磁磁通在励磁绕组励磁磁通在励磁绕组S1-S2、正弦绕组、正弦绕组R3-R4和余弦和余弦R1-R2中感应电势分别为中感应
7、电势分别为 sin44.4)90cos(44.4cos44.444.4mW22mW22smW22cmW11fkfNkfNEkfNEkfNEW11kNW22kN为定子绕组的有效匝数；为定子绕组的有效匝数；为转子绕组的有效匝数。为转子绕组的有效匝数。 W11W22ukNkNK 旋转变压器的变比旋转变压器的变比cossinfucfusEKEEKEcossinfucfusUKEUKE忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则ffUE 7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理输出电动势与转子转角呈严格的正、余弦关系。输出电动势与转子转角呈严格的正、余弦关系。 92负载
8、运行负载运行 图7-3正弦绕组接负载LZ 正弦输出绕组正弦输出绕组R3-R4带上负带上负载以后，其输出电压不再是转角载以后，其输出电压不再是转角的正余弦函数，这种的正余弦函数，这种输出特性偏输出特性偏离正余弦规律的现象称为输出特离正余弦规律的现象称为输出特性的畸变。性的畸变。 在正弦绕组中感应电势作用与空载相同cossinsssqssdsBBBBBI7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理102ms2s2W222sW222sW22sqW22sqscoscos)(2cos44. 4cos44. 4cos44. 4xIIkNfFkfNkfNkfNE2W22m)(2kNfx为绕
9、组电抗，为绕组电抗，为磁路的磁导。为磁路的磁导。 7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为ssLssqssZIUEE式中式中LsLsZIU为正弦输出绕组负载时的输出电压，为正弦输出绕组负载时的输出电压，sZ为为正弦绕组正弦绕组的漏阻抗的漏阻抗sq 将在其中感应电动势将在其中感应电动势 11LsLsZIU2msLsscosjxZZEI得：sinfusUKE 2Lmfu2LmLsfuLscos1sincos1sinZxjUKZxjZZUKU将 和 代入2mssqscosxI jEssLssqssZIU
10、EE 可以看出，负载时由于交轴磁场的存在，在输出电压中多出可以看出，负载时由于交轴磁场的存在，在输出电压中多出 项，项，使旋转变压器的输出特性不再是转角的正弦函数，而是发生了畸变。并且负使旋转变压器的输出特性不再是转角的正弦函数，而是发生了畸变。并且负载阻抗越小，畸变愈严重。载阻抗越小，畸变愈严重。 2LmcosZxj7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理 图7-4输出特性的畸变127.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 1 二次侧补偿的正余弦旋转变压器二次侧补偿的正余弦旋转变压器 畸变的原因是交轴磁场的畸变的原因是交轴磁场的存在。存在。 当正余弦旋转变压器一当正余弦旋
11、转变压器一个输出绕组工作，另一个输个输出绕组工作，另一个输出绕组作补偿时，称为二次出绕组作补偿时，称为二次侧补偿。侧补偿。 图7-5副边补偿正余弦旋转变压器 若若 和和 所产生的交轴分量所产生的交轴分量 互相抵消时，则旋转变压器中就互相抵消时，则旋转变压器中就不存在交轴磁通，也就消除了由不存在交轴磁通，也就消除了由交轴磁通引起的输出特性的畸变。交轴磁通引起的输出特性的畸变。 sBcB13 要达到完全补偿，正、余弦输出绕组中感应电动势的大小和相位要达到完全补偿，正、余弦输出绕组中感应电动势的大小和相位应与空载时一样，即应与空载时一样，即 cossinfucfusUKEUKEZZUKZZEIZZU
12、KZZEIcfucccLsfuLssscossin在正、余弦绕组中产生的磁场分别为在正、余弦绕组中产生的磁场分别为 ZZUKKBBZZUKKBBsincossincossincoscfuccqLsfussq7.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 此时，转子绕组中的电流此时，转子绕组中的电流 和和 分别为分别为sIcI14ZZUKKZZUKKcossinsincosLsfucfu完全补偿应满足完全补偿应满足 LscZZZZ所以应使所以应使scZZ LZZ 要达到完全补偿必须保证在任何条件下两输出绕组的负载阻抗总是相等，要达到完全补偿必须保证在任何条件下两输出绕组的负载阻抗总是相等，当负载阻抗当负
13、载阻抗 变化时，补偿阻抗变化时，补偿阻抗 也应跟着作相应的变化，这在实际也应跟着作相应的变化，这在实际使用中存在一定难度，这是二次侧补偿存在的缺点。使用中存在一定难度，这是二次侧补偿存在的缺点。 LZZ7.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 15 2一次侧补偿的正余弦旋转变压器一次侧补偿的正余弦旋转变压器 7.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 图图7-6 一次侧补偿的正余弦旋转变压器一次侧补偿的正余弦旋转变压器 3S3S3S定子交轴绕组定子交轴绕组 对交轴磁通来说对交轴磁通来说是一个阻尼线圈。因为交轴磁通在绕是一个阻尼线圈。因为交轴磁通在绕组组 中要产生感应电流，根据楞中要产生感应电流，根据
14、楞次定律，该电流所产生的磁通是反对次定律，该电流所产生的磁通是反对交轴磁通变化的，因而对交轴磁通起交轴磁通变化的，因而对交轴磁通起去磁作用，从而达到补偿的目的。去磁作用，从而达到补偿的目的。 43SS 43SS 0i ZZ 为励磁电源的内阻抗。为励磁电源的内阻抗。iZ163一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器7.2.2输出特性的补偿输出特性的补偿 图图7-7 一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器 采用一、二次侧同时采用一、二次侧同时补偿，副边接不变的阻抗，补偿，副边接不变的阻抗，负载变动时副边未补偿的负载变动时副边未补偿的
15、部分由原边补偿，从而达部分由原边补偿，从而达到 全 补 偿 的 目 的 。到 全 补 偿 的 目 的 。 177.2.3正余弦旋转变压器的应用正余弦旋转变压器的应用 1用一对旋转变压器测量差角用一对旋转变压器测量差角 图图7-8 用一对旋转变压器测量差角的原理图用一对旋转变压器测量差角的原理图旋变发送机转子绕组加交旋变发送机转子绕组加交流励磁电压，旋变发送机流励磁电压，旋变发送机和旋变变压器的定子绕组和旋变变压器的定子绕组对应联接。在旋变变压器对应联接。在旋变变压器的转子绕组的转子绕组 两端两端输出一个与两转轴的差角输出一个与两转轴的差角 的正弦函数成的正弦函数成正比的电动势，当差角较正比的电
16、动势，当差角较小时，该输出电动势近似小时，该输出电动势近似正比于差角。因此，一对正比于差角。因此，一对旋转变压器可以用来测量旋转变压器可以用来测量差角。差角。 43RR21187.2.3旋转变压器的应用旋转变压器的应用 2用旋转变压器检测转子位置用旋转变压器检测转子位置 图图7-9 永磁交流同步伺服电动机速度控制系统框图永磁交流同步伺服电动机速度控制系统框图197.3 线性旋转变压器线性旋转变压器 将正、余弦旋转变压器的定子和转子绕组进行改接，将正、余弦旋转变压器的定子和转子绕组进行改接，就可变成线性旋转变压器。就可变成线性旋转变压器。线性旋转变压器输出绕组的线性旋转变压器输出绕组的输出电压与
17、转子转角成线性关系。输出电压与转子转角成线性关系。 7-10线性旋转变压器原理图线性旋转变压器原理图 207.3 线性旋转变压器线性旋转变压器若不计若不计S1-S2和和R1-R2绕组的漏阻抗压降，根据电动势平衡关系可得绕组的漏阻抗压降，根据电动势平衡关系可得 )cos1 (cosuffuffKEEKEU因输出绕组的电压为因输出绕组的电压为 sinfusLEKEUcos1sin)cos1 (sinuuuffufLKKKEEKUU所以旋转变压器输出绕组的电压为所以旋转变压器输出绕组的电压为fuuLcos1sinUKKU21 7-11 线性旋转变压器输出特性曲线线性旋转变压器输出特性曲线 7.3 线
18、性旋转变压器线性旋转变压器 若要求线性误差在若要求线性误差在0.1%的范围内，则的范围内，则 范围内其输范围内其输出电压可以看成是随转角的线性函数出电压可以看成是随转角的线性函数 。3/60或可绘制出输出电压可绘制出输出电压 与转子转角与转子转角 的关系曲线，的关系曲线，ku 的最佳值是的最佳值是0.55，一般选在一般选在0.540.57之间。之间。LU0.16% 0.07% 0.04% 0.0980 0.0654 0.0491 sin/32 /48 /64 误差227.4 数字式旋转变压器数字式旋转变压器7.4.1概述概述 7.4.2 AD2S83芯片芯片237.4.1概述概述 旋转变压器应
19、用于计算机控制的数字伺服系统中，需要一定的接旋转变压器应用于计算机控制的数字伺服系统中，需要一定的接口电路，通常把应用数字接口电路的旋转变压器称为数字式旋转口电路，通常把应用数字接口电路的旋转变压器称为数字式旋转变压器。变压器。与其他位置传感器相比，数字式与其他位置传感器相比，数字式旋转变压器旋转变压器既具有普通旋转变压既具有普通旋转变压器器坚固耐用、抗冲击性能好、抗干扰能力强、成本低坚固耐用、抗冲击性能好、抗干扰能力强、成本低的特点的特点，又又能构直接输出数字信号、分辨率高，能构直接输出数字信号、分辨率高，因而广泛应用于许多自动控因而广泛应用于许多自动控制系统中。制系统中。旋转变压器的接口电
20、路，或者称为分解器数字变换器，实现了模旋转变压器的接口电路，或者称为分解器数字变换器，实现了模拟信号到控制系统数字信号的转换。分解器是旋转变压器的另一拟信号到控制系统数字信号的转换。分解器是旋转变压器的另一种叫法，因为旋转变压器输出正弦信号和余弦信号，其实就是一种叫法，因为旋转变压器输出正弦信号和余弦信号，其实就是一种信号正交分解的形式。分解器数字变换器的英文名称为种信号正交分解的形式。分解器数字变换器的英文名称为Resolver-to-Digital Converter，简称为，简称为RDC。目前，。目前，RDC单片单片集成电路已有多种，如集成电路已有多种，如AD2S83、AD2S90等。等
21、。247.4.2 AD2S83芯片芯片1. AD2S83芯片的引脚功能及特点芯片的引脚功能及特点ENABLEINHIBIT引脚号引脚号名称名称功能功能1DEMOD O/P解调器输出解调器输出2REFERENCE I/P参考信号输入，输入范围参考信号输入，输入范围+12-12V3AC ERROR O/P比率乘法器输出比率乘法器输出4COS余弦信号输入，输入范围余弦信号输入，输入范围+12-12V5ANALOG GND电源地电源地6SIGNAL GND旋转信号地旋转信号地7SIN正弦信号输入，输入范围正弦信号输入，输入范围+12-12V8+Vs正电源，正电源，+12V1025DB1DB16并行数据
22、输出并行数据输出26+VL逻辑电源，逻辑电源，+5V27逻辑高逻辑高-数据输出脚呈高阻状态数据输出脚呈高阻状态逻辑低逻辑低-数据脚输出有效数据数据脚输出有效数据28BYTE SELECT逻辑高逻辑高-最高有效位送最高有效位送DB1DB8逻辑低逻辑低-最低有效位送最低有效位送DB1DB830逻辑低禁止向输出锁存器送数据逻辑低禁止向输出锁存器送数据ENABLEINHIBITAD2S83芯片的引脚功能芯片的引脚功能25LOADDATA COMPLEMENT31DIGITAL GND数字地数字地3233SC2SC1选择转换器的分辨率选择转换器的分辨率34逻辑低逻辑低-DB1DB16为输入为输入逻辑高逻
23、辑高-DB1DB16为输出为输出35低电平有效低电平有效36BUSY转换忙信号，高电平时数据无效转换忙信号，高电平时数据无效37DIRECTION表示输入信号旋转方向的逻辑值表示输入信号旋转方向的逻辑值38RIPPLE CLOCK正脉冲表示输出数据从全正脉冲表示输出数据从全“1”变变到全到全“0”或相反或相反39-Vs负电源，负电源，-12V40VCO I/P压控振荡器输入压控振荡器输入41VCO O/P压控振荡器输出压控振荡器输出42INTEGRATOR O/P积分器输出积分器输出43INTEGRATOR I/P积分器输入积分器输入44DEMOD I/P解调器输入解调器输入LOADDATA
24、COMPLEMENTAD2S83芯片的引脚功能芯片的引脚功能（续）（续）7.4.2 AD2S83芯片芯片267.4.2 AD2S83芯片芯片AD2S83芯片芯片的的特点：特点：（1）提供）提供10、12、14和和16位的分辨率位的分辨率供用户选择供用户选择。（2）通过三态输出引脚输出并行二进制数）通过三态输出引脚输出并行二进制数。（3）采用跟踪比率转换方式，能连续输出数据而没有转换延迟，）采用跟踪比率转换方式，能连续输出数据而没有转换延迟，具有较强的抗干扰和远距离传输能力。具有较强的抗干扰和远距离传输能力。（4）用户可以通过外围阻容元件的选择来改变带宽、最大跟踪速）用户可以通过外围阻容元件的选
25、择来改变带宽、最大跟踪速度等动态性能。度等动态性能。（5）具有很高的跟踪速度，）具有很高的跟踪速度，10位分辨率时，最大跟踪速度可达位分辨率时，最大跟踪速度可达1040r/s。（6）能产生与转速成正比的模拟信号，输出范围为）能产生与转速成正比的模拟信号，输出范围为8VDC，通，通常线性度可达常线性度可达0.1%，回差小于，回差小于0.3%，可代替传统的测速，可代替传统的测速发电机，提供高精度的速度信号。发电机，提供高精度的速度信号。277.4.2 AD2S83芯片芯片2. AD2S83芯片的典型外围电路配置芯片的典型外围电路配置图图7-12 AD2S83芯片外围电路的典型配置芯片外围电路的典型
26、配置 分辨率分辨率：12位位参考频率参考频率：5kHz带宽带宽：520Hz最大跟踪速度最大跟踪速度：260r/s287.4.2 AD2S83芯片芯片3. AD2S83的工作过程的工作过程正弦电压信号接入正弦电压信号接入SIN引脚引脚7，余弦电压信号接入，余弦电压信号接入COS引脚引脚4，励磁，励磁绕组的电压信号接入绕组的电压信号接入REFERENCE I/P引脚引脚2。旋转变压器的两个接。旋转变压器的两个接地端均接入地端均接入SIGANAL GND引脚引脚6。变换器的数据输出变换器的数据输出DB1DB16通过外部锁存器接单片机的数据总线通过外部锁存器接单片机的数据总线或预留的或预留的IO口，输
27、出数字信号为口，输出数字信号为5V电平。电平。 ：读取数据时，：读取数据时，施加低电平信号，阻止内部的输出数据锁施加低电平信号，阻止内部的输出数据锁存器刷新，当被置为低电平并延迟存器刷新，当被置为低电平并延迟600ns后才能读取有效数据。后才能读取有效数据。读完读完数据后，应立即释放信号，把它置为高电平，以使输出数据锁存器数据后，应立即释放信号，把它置为高电平，以使输出数据锁存器能被刷新。若要快速读取数据，可以将信号始终置为高电平，不再能被刷新。若要快速读取数据，可以将信号始终置为高电平，不再阻止内部的输出数据锁存器刷新，允许即时刷新。阻止内部的输出数据锁存器刷新，允许即时刷新。 ：置为低电平
28、，可读取数据至引脚。若信号始终置为低电置为低电平，可读取数据至引脚。若信号始终置为低电平，始终允许读出数据。平，始终允许读出数据。INHIBITENABLE29BUSY：AD2S83在接入旋转变压器后即自动开始转换，转换结束在接入旋转变压器后即自动开始转换，转换结束后会将引脚置为低电平。读取数据时，可以不断的查询后会将引脚置为低电平。读取数据时，可以不断的查询BUSY引脚引脚信号，当信号，当BUSY信号变为低电平时，触发外部锁存器锁存转角位置信号变为低电平时，触发外部锁存器锁存转角位置数据。此时读取的数据即为最新数据。这种读取方法，只需等待数据。此时读取的数据即为最新数据。这种读取方法，只需等
29、待BUSY信号的改变，大大提高了读取速度。理论上计算，查询信号的改变，大大提高了读取速度。理论上计算，查询BUSY信号的最大等待时间只有信号的最大等待时间只有200ns。307.5 旋转变压器的误差分析及主要技术指标旋转变压器的误差分析及主要技术指标 7.5.1旋转变压器的误差分析旋转变压器的误差分析7.5.2旋转变压器的主要技术指标旋转变压器的主要技术指标317.5 旋转变压器的误差分析及主要技术指标旋转变压器的误差分析及主要技术指标 7.5.1旋转变压器的误差分析旋转变压器的误差分析产生误差的原因主要有以下几点产生误差的原因主要有以下几点 （1）当绕组中流过电流时，由于磁路饱和的影响，它所
30、产生的磁场在）当绕组中流过电流时，由于磁路饱和的影响，它所产生的磁场在 空间为非正弦分布，所以在绕组中要感应谐波电动势。空间为非正弦分布，所以在绕组中要感应谐波电动势。（2）因定、转子铁心的齿槽影响，要在绕组中产生齿谐波电动势。）因定、转子铁心的齿槽影响，要在绕组中产生齿谐波电动势。（3）材料和制造工艺的影响造成定、转子偏心，引起电机中气隙不均）材料和制造工艺的影响造成定、转子偏心，引起电机中气隙不均 匀，造成两套绕组的不对称。匀，造成两套绕组的不对称。（4）实际使用中由于未能达到完全补偿的条件，使电机中存在交轴磁）实际使用中由于未能达到完全补偿的条件，使电机中存在交轴磁 场，造成输出电压的误
31、差。场，造成输出电压的误差。32名名 称称含含 义义范范 围围备备 注注额定电额定电压压UN励磁绕组应加的电压值励磁绕组应加的电压值20V、26V、36V等等额定频率额定频率f励磁电源的频率励磁电源的频率50Hz、400Hz工频使用起来比较方便，但工频使用起来比较方便，但性能会差一些；性能会差一些；400Hz性能性能好，但成本高，选择时注意好，但成本高，选择时注意性价比。性价比。输出端开路时，励磁端的阻输出端开路时，励磁端的阻抗抗20010000,共共9种种在一定的励磁电压下，开路在一定的励磁电压下，开路输入阻抗越大，励磁电流越输入阻抗越大，励磁电流越小，所需电源容量也越小。小，所需电源容量也
32、越小。输入端短路时，输出端的电输入端短路时，输出端的电抗。抗。数十至数百欧数十至数百欧姆姆应与负载阻抗匹配，负载阻应与负载阻抗匹配，负载阻抗应为短路输出阻抗的数百抗应为短路输出阻抗的数百倍，越高越好。倍，越高越好。在规定励磁条件下，最大空在规定励磁条件下，最大空载输出电压的基波分量与励载输出电压的基波分量与励磁电压的基波分量之比。磁电压的基波分量之比。0.152共共7种种应根据所要求的输出电压选应根据所要求的输出电压选择变压比。择变压比。开路输开路输入阻抗入阻抗ciZsoZ短路输短路输出阻抗出阻抗uK变压比变压比表表7-1 旋转变压器的主要技术指标旋转变压器的主要技术指标 7.5.2旋转变压器
33、的主要技术指标旋转变压器的主要技术指标33613正余弦旋转变压器一相励磁绕组额定励磁，正余弦旋转变压器一相励磁绕组额定励磁，另一相短接。在不同转角下，两相输出电另一相短接。在不同转角下，两相输出电压的实际值与理论值之差，对最大理论输压的实际值与理论值之差，对最大理论输出电压之比。出电压之比。0.05%0.2%产生误差主要原因是加工不良，齿槽产生误差主要原因是加工不良，齿槽影响、磁性材料非线性。作计算元件影响、磁性材料非线性。作计算元件用时，影响解算精度。用时，影响解算精度。正余弦旋转变压器一相励磁绕组额定励磁，正余弦旋转变压器一相励磁绕组额定励磁，另一相短接，转子正弦绕组在转子角为另一相短接，
34、转子正弦绕组在转子角为0 0、180时，理论上输出电压为时，理论上输出电压为0 0；余弦绕组；余弦绕组在转子角为在转子角为 90、 270时输出电压为时输出电压为0。实际输出电压最小的位置与理论零位之差。实际输出电压最小的位置与理论零位之差。磁路不对称，定、转子铁心同轴度及磁路不对称，定、转子铁心同轴度及圆柱度差，铁心片间短路，绕组分布圆柱度差，铁心片间短路，绕组分布不对称及匝间短路等，都会产生交轴不对称及匝间短路等，都会产生交轴误差，它影响计算和数据传输系统的误差，它影响计算和数据传输系统的精度。精度。线性旋转变压器在工作转角范围内，不同线性旋转变压器在工作转角范围内，不同转角时，与最大输出
35、电压同相的输出电压转角时，与最大输出电压同相的输出电压的基波分量与理论值之差，对最大理论输的基波分量与理论值之差，对最大理论输出电压之比。出电压之比。0.06%0.22%产生原因除加工不良、磁性材料非线产生原因除加工不良、磁性材料非线性外，还有设计原理误差。最大线性性外，还有设计原理误差。最大线性转角范围一般为转角范围一般为60。旋变发送机、旋变差动发送机、旋变变压旋变发送机、旋变差动发送机、旋变变压器在不同转角位置下，两个输出绕组的电器在不同转角位置下，两个输出绕组的电压比所对应的正切或余切角度与实际转角压比所对应的正切或余切角度与实际转角之差。之差。它是旋转变压器的函数误差、交轴误它是旋转
36、变压器的函数误差、交轴误差、变压比误差及阻抗不对称等的综差、变压比误差及阻抗不对称等的综合误差。电气误差大，使数据传输系合误差。电气误差大，使数据传输系统的精度下降。统的精度下降。转子处于电气零位时的输出电压转子处于电气零位时的输出电压(由与励磁由与励磁电压频率相同，但相位相差电压频率相同，但相位相差90的基波分的基波分量和励磁频率奇数倍的谐波分量组成量和励磁频率奇数倍的谐波分量组成)。额定输出电压的额定输出电压的0.05%0.3%由磁性材料非线性、磁路不对称、气由磁性材料非线性、磁路不对称、气隙不均匀及绕组分布、铁心错位等因隙不均匀及绕组分布、铁心错位等因素所引起。零位电压过高，使放大器素所
37、引起。零位电压过高，使放大器饱和。饱和。在规定励磁条件下，输出电压基波分量与在规定励磁条件下，输出电压基波分量与输入电压基波分量之间的相位差。输入电压基波分量之间的相位差。312由铁损耗及励磁绕组电阻所产生。由铁损耗及励磁绕组电阻所产生。213sc正余弦函正余弦函数误差数误差q交轴误差交轴误差l线性误差线性误差e电气误差电气误差0U零位电压零位电压相位移相位移7.5.2旋转变压器的主要技术指标旋转变压器的主要技术指标347.5.3产品的选择及使用注意事项产品的选择及使用注意事项在使用中主要应注意以下几点在使用中主要应注意以下几点 （1）因旋转变压器要求在接近空载的状态下工作，其开）因旋转变压器
38、要求在接近空载的状态下工作，其开 路输入阻抗应远大于旋转变压器的输出阻抗。两者路输入阻抗应远大于旋转变压器的输出阻抗。两者 的比值越大，输出特性的畸变就越小。的比值越大，输出特性的畸变就越小。（2）使用前首先应准确的调整零位，否则误差将加大，）使用前首先应准确的调整零位，否则误差将加大， 精度降低。精度降低。（3）只接一相励磁绕组时，另一相要短接或接一与励磁）只接一相励磁绕组时，另一相要短接或接一与励磁 电源内阻相等的阻抗。电源内阻相等的阻抗。（4）当采用两相绕组同时励磁时，因只能采用副方补偿）当采用两相绕组同时励磁时，因只能采用副方补偿 的方法，两相输出绕组的阻抗应尽可能相等。的方法，两相输
39、出绕组的阻抗应尽可能相等。357.6 多极旋转变压器和感应同步器多极旋转变压器和感应同步器7.6.1多极旋转变压器多极旋转变压器 在角差测量中，用一对在角差测量中，用一对旋转变压器旋转变压器测量，比用一测量，比用一对对自整角机自整角机测量可获得更高的精度，但也只能达到几测量可获得更高的精度，但也只能达到几个角分。随着对系统精度要求越来越高，单靠一组高个角分。随着对系统精度要求越来越高，单靠一组高精度的旋转变压器已无法满足要求。采用多极旋转变精度的旋转变压器已无法满足要求。采用多极旋转变压器可以提高测量差角的精度，可利用两极和多极旋压器可以提高测量差角的精度，可利用两极和多极旋转变压器组成双通道
40、同步随动系统。转变压器组成双通道同步随动系统。 367.6.1多极旋转变压器多极旋转变压器 1.多极旋转变压器的工作原理多极旋转变压器的工作原理 (a)一对极一对极 (b) p图图7-13转变压器的磁场展开图转变压器的磁场展开图 对极对极377.6.1多极旋转变压器多极旋转变压器 由于旋转变压器每转过一对极，即一个正弦波磁场，转子绕组中由于旋转变压器每转过一对极，即一个正弦波磁场，转子绕组中感应电动势变化一个周期。所以当转子转过感应电动势变化一个周期。所以当转子转过 角时，一对极旋转变角时，一对极旋转变压器的转子输出电压为压器的转子输出电压为 sinm(1)2(1)UUp对极的输出电压为对极的
41、输出电压为)sin(m(p)2(p)pUU图图7-14旋转变压器输出电压与转子转角的关系旋转变压器输出电压与转子转角的关系 即失调角相同时，多即失调角相同时，多极旋转变压器可以输极旋转变压器可以输出更高的电压。出更高的电压。38 2多极旋转变压器的应用多极旋转变压器的应用 7.6.1多极旋转变压器多极旋转变压器图图7-15双通道同步随动系统原理图双通道同步随动系统原理图XFS和和XBS是两个一对极是两个一对极的旋转变压器，它们组成的旋转变压器，它们组成粗测通道；粗测通道；XFD和和XBD是是P对极的旋转变压器，它们对极的旋转变压器，它们组成精测通道。直流伺服组成精测通道。直流伺服电动机电动机S
42、Z与两个通道的旋与两个通道的旋转变压器接收机转变压器接收机XBS、XBD的转子同轴连接。两的转子同轴连接。两个通道的输出端通过粗精个通道的输出端通过粗精转换电路接至放大解调器，转换电路接至放大解调器，经放大后的电压控制直流经放大后的电压控制直流伺服电动机，带动负载及伺服电动机，带动负载及XBS、XBD的转子转动。的转子转动。 39sin)sin(m(1)21m(1)2(1)UUU)sin()sin(m(p)21m(p)2(p)pUppUU粗测通道输出电压为粗测通道输出电压为 精测通道输出电压为精测通道输出电压为 7.6.1多极旋转变压器多极旋转变压器图图7-16 粗精通道的输出电压粗精通道的输
43、出电压407.6.2感应同步器感应同步器 1感应同步器的结构特点感应同步器的结构特点 感应同步器基本结构形式为感应同步器基本结构形式为直线式直线式和和圆盘式圆盘式，前者用于测量直线位，前者用于测量直线位移，后者用来测量转角。移，后者用来测量转角。 （1）直线式感应同步器）直线式感应同步器 DHGZ图图7-17 型直线感应同步器的外形图型直线感应同步器的外形图417.6.2感应同步器感应同步器图图7-18 直线感应同步器的印刷绕组直线感应同步器的印刷绕组 542（2）圆盘式感应同步器）圆盘式感应同步器7.6.2感应同步器感应同步器图图7-19 圆盘式感应同步器的绕组分布图圆盘式感应同步器的绕组分
44、布图2感应同步器的基本工作原理感应同步器的基本工作原理 就基本工作原理而言，直线式和圆盘式是一样的，都与旋转变压就基本工作原理而言，直线式和圆盘式是一样的，都与旋转变压器相同，只是结构与运动形式不同。下面以直线式为例来说明感应同步器相同，只是结构与运动形式不同。下面以直线式为例来说明感应同步器的工作原理。器的工作原理。 437.6.2感应同步器感应同步器图图7-20直线感应同步器的励磁磁场分布图直线感应同步器的励磁磁场分布图将交流正弦电压将交流正弦电压 加加到定尺绕组上进行励磁，到定尺绕组上进行励磁，每根导片中电流的方向每根导片中电流的方向如图如图7-19(a)定尺断面图定尺断面图上所示，图上
45、所示，图7-19(b)为滑为滑尺断面图，磁通密度尺断面图，磁通密度B1在空间沿定尺长度方向在空间沿定尺长度方向上作余弦分布（以磁极上作余弦分布（以磁极轴线为基准），其变化轴线为基准），其变化周期为一对极距，即周期为一对极距，即 电弧度，如图电弧度，如图7-19(c)所所示。示。 fU(a)定尺断面及励磁电流的方向；定尺断面及励磁电流的方向；(b)滑尺断面及感应电动势方向；滑尺断面及感应电动势方向；(c)励磁磁场波形励磁磁场波形 244空间位移为空间位移为 处其对应的电弧度为处其对应的电弧度为 x7.6.2感应同步器感应同步器xx22磁通密度的表达式为磁通密度的表达式为 xBBBcoscos1m
46、1m1导片感应电动势沿定尺长度位置上也作余弦变化，其有效值为导片感应电动势沿定尺长度位置上也作余弦变化，其有效值为 cos cos2m2mcExEE滑尺右端的两根导片恰好与定尺导片错开滑尺右端的两根导片恰好与定尺导片错开 ,其感应电动势的有效值为其感应电动势的有效值为 2sin)90 cos(2m02msExEE45 左端导片构成线圈属于余弦绕组，右端导片构成的线圈属于正弦绕左端导片构成线圈属于余弦绕组，右端导片构成的线圈属于正弦绕组，两套绕组各由组，两套绕组各由 根导片串联而成，因而输出绕组的余弦绕组和正弦绕组根导片串联而成，因而输出绕组的余弦绕组和正弦绕组中的总电动势分别为中的总电动势分别
47、为 Nsinsincoscosm2msm2mcENEEENEE2mmNEE 为正弦为正弦(余弦余弦)绕组感应电动势的最大有效值绕组感应电动势的最大有效值 上式为输出绕组中感应电动势沿定尺空间位置而变化的规律。上式为输出绕组中感应电动势沿定尺空间位置而变化的规律。由于磁场本身在定尺绕组轴线上随时间作正弦交变，这样，在空间由于磁场本身在定尺绕组轴线上随时间作正弦交变，这样，在空间任意位置上感应电动势又同时随时间作正弦规律变化，所以各感应任意位置上感应电动势又同时随时间作正弦规律变化，所以各感应电动势为正弦量的幅值。电动势为正弦量的幅值。 7.6.2感应同步器感应同步器463感应同步器的信号处理感应
48、同步器的信号处理 7.6.2感应同步器感应同步器主要有鉴相型和鉴幅型两种主要有鉴相型和鉴幅型两种 (1)鉴相型鉴相型 鉴相型是根据输出电动势的相位来鉴别位移量。在滑尺的正弦绕组和余鉴相型是根据输出电动势的相位来鉴别位移量。在滑尺的正弦绕组和余弦绕组上分别施加同频等幅，相位差弦绕组上分别施加同频等幅，相位差90的两相电压，即的两相电压，即 tUutUusincosmbma当励磁电压当励磁电压bauu 和分别单独作用时，在定子连续绕组将分别感应电动势分别单独作用时，在定子连续绕组将分别感应电动势tUKuKetUKuKecossinsinsincoscosmuausmubucuK为绕组变比为绕组变比
49、 正弦绕组余弦绕组477.6.2感应同步器感应同步器)sin(cossinsincosmumusctUKttUKeee若励磁电压若励磁电压同时作用，连续绕组中感应电动势为二者之和，即同时作用，连续绕组中感应电动势为二者之和，即bauu 和 (2)鉴幅型鉴幅型 将同频同相，但不等幅的电压将同频同相，但不等幅的电压bauu 和分别加到滑尺的正、余弦绕组上励磁分别加到滑尺的正、余弦绕组上励磁 ，设稳定的交流电源电压设稳定的交流电源电压tUusinm1tUuutUuusinsinsinsincoscos1m11b1m11a式中式中1为指令位移角为指令位移角 x连续绕组输出电动势连续绕组输出电动势 的幅
50、值为恒值，与位移量无关，而其相位则取决的幅值为恒值，与位移量无关，而其相位则取决于直线感应同步器定、滑尺的相对位移量于直线感应同步器定、滑尺的相对位移量e正弦绕组余弦绕组487.6.2感应同步器感应同步器若两励磁电压若两励磁电压bauu 、分别单独作用，在连续绕组中分别感应电动势为分别单独作用，在连续绕组中分别感应电动势为 suaum1cubum1sinsincossincoscos sinsineK uK UteK uK Ut bauu 和当同时作用时，连续绕组的输出电动势为同时作用时，连续绕组的输出电动势为 tUKtUKeeesin)sin(sin)sincoscos(sin1mu11mu
