控制电机第七章 旋转变压器
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
7.2.2输出特性的补偿
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
Es Ec
KuU f KuU f
sin
cos
此时，转子绕组中的电流 I s 和 I c 分别为
Is Ic
Es Zs ZL
Ec Zc Z
K uU f sin
1． 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 存在。
当正余弦旋转变压器一 个输出绕组工作，另一个输 出绕组作补偿时，称为二次 侧补偿。
若 Bs和 Bc 所产生的交轴分量
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 交轴磁通引起的输出特性的畸变。
图7-5副边补偿正余弦旋转变压器
旋转变压器的变比
Es K uU f sin
Ec
K uU f
c
os
输出电动势与转子转角呈严格的正、余弦关系。
8
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
2．负载运行 正弦输出绕组R3-R4带上负
载以后，其输出电压不再是转角 的正余弦函数，这种输出特性偏 离正余弦规律的现象称为输出特 性的畸变。
4
7.1.2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。
结构示意图
隐极结构，定转 子均为二相对称 绕组。
绕组原理图
图7-1旋转变压器定、转子绕组结构示意图
S1-S2定子励磁绕组，S3-S4定子交轴绕组，R1-R2转子余弦输出绕组，R3-R4 转子正弦输出绕组。
5
7.2 正余弦旋转变压器
将 Esqs jIs xm cos2 和 ULs Is Z L 代入 Es Esqs ULs Is Zs
得：Is
ZL
Zs
Es jxm
cos2
Es KuUf sin
ULs
1
K uU f Zs j
s in xm cos2
Is
Bs
Bsd Bsq
Bs Bs
s in cos
作用与空载相同
图7-3正弦绕组接负载Z L
在正弦绕组中感应电势
9
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
sq 将在其中感应电动势
Esqs 4.44 f N2k W2 sq cos 4.44 f N2k W2 s cos2 4.44 f N2kW2Fs cos2 2f ( N 2kW2 )2 Is cos2 Is xm cos2
设S1-S2轴线与R1-R2轴线的夹角为 。
图7-2旋转变压器的工作原理
7
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
励磁磁通在励磁绕组S1-S2、正弦绕组R3-R4和余弦R1-R2中感应电势分别为
Ef 4.44 fN 1kW1m Ec 4.44 fN 2kW2m cos
Es
4.44
7.2.1工作原理 7.2.2输出特性的补偿 7.2.3应用
6
7.2 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。
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
1．空载运行
输出绕组R1-R2和R3-R4以及定子交轴 绕组S3-S4开路，在励磁绕组S1-S2施 加交流励磁电压，将在气隙中将产生 一个脉振磁场 Bf，该脉振磁场的轴 线在定子励磁绕组S1-S2的轴线上。
xm 2f (N 2kW2 )2 为绕组电抗， 为磁路的磁导。
由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为
Es Esqs ULs Is Zs
式中 ULs Is Z L 为正弦输出绕组负载时的输出电压，Z s为正弦绕组的漏阻抗
10
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
第7章 旋转变压器
7.1 概 述 7.2 正余弦旋转变压器 7.3 线性旋转变压器 7.4 数字旋转变压器 7.5 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
1
7.1 概 述
7.1.1旋转变压器的分类 7.1.2旋转变压器的结构特点
2
7.1 概 述
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， 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 电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系，从而实 现角度的检测、解算或传输等功能。
Zs ZL
K uU f cos
Zc Z
在正、余弦绕组中产生的磁场分别为
Bsq
Bs
cosθ
K
KuUf sin θ Zs ZL
cosθ
Bcq
Bc
sin θ
K
KuUf cosθ Zc Z
fN 2 k W2m
cos(90 )
4.44
fN 2 k W2m
sin
N1kW1 为定子绕组的有效匝数；
N2kW2 为转子绕组的有效匝数。
Es Ku Ef sin
Ec
Ku Ef
cos
Ku
N 2 k W2 N1kW1
忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则 Ef Uf
KuUf sin 1 j xm cos2
ZL ZL
ZL
图7-4输出特性的畸变
可以看出，负载时由于交轴磁场的存在，在输出电压中多出 j xm cos2 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Z L 变。并且负
载阻抗越小，畸变愈严重。
11
7.2.2输出特性的补偿
3
7.1.1旋转变压器的分类
按有无电刷与滑环之间的滑动接触分，可分为有刷和无刷两种。 按电机的极数多少分，可分为两极式和多极式。 按输出电压与转子转角间的函数关系，又可分为正余弦旋转变压器、 线性旋转变压器和比例式旋转变压器等。
根据应用场合的不同，旋转变压器又可以分为两大类：一类是解算用 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 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 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 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。
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7.2.2输出特性的补偿
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
Es Ec
KuU f KuU f
sin
cos
此时，转子绕组中的电流 I s 和 I c 分别为
Is Ic
Es Zs ZL
Ec Zc Z
K uU f sin
1． 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 存在。
当正余弦旋转变压器一 个输出绕组工作，另一个输 出绕组作补偿时，称为二次 侧补偿。
若 Bs和 Bc 所产生的交轴分量
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 交轴磁通引起的输出特性的畸变。
图7-5副边补偿正余弦旋转变压器
旋转变压器的变比
Es K uU f sin
Ec
K uU f
c
os
输出电动势与转子转角呈严格的正、余弦关系。
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7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
2．负载运行 正弦输出绕组R3-R4带上负
载以后，其输出电压不再是转角 的正余弦函数，这种输出特性偏 离正余弦规律的现象称为输出特 性的畸变。
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7.1.2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。
结构示意图
隐极结构，定转 子均为二相对称 绕组。
绕组原理图
图7-1旋转变压器定、转子绕组结构示意图
S1-S2定子励磁绕组，S3-S4定子交轴绕组，R1-R2转子余弦输出绕组，R3-R4 转子正弦输出绕组。
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7.2 正余弦旋转变压器
将 Esqs jIs xm cos2 和 ULs Is Z L 代入 Es Esqs ULs Is Zs
得：Is
ZL
Zs
Es jxm
cos2
Es KuUf sin
ULs
1
K uU f Zs j
s in xm cos2
Is
Bs
Bsd Bsq
Bs Bs
s in cos
作用与空载相同
图7-3正弦绕组接负载Z L
在正弦绕组中感应电势
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7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
sq 将在其中感应电动势
Esqs 4.44 f N2k W2 sq cos 4.44 f N2k W2 s cos2 4.44 f N2kW2Fs cos2 2f ( N 2kW2 )2 Is cos2 Is xm cos2
设S1-S2轴线与R1-R2轴线的夹角为 。
图7-2旋转变压器的工作原理
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7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
励磁磁通在励磁绕组S1-S2、正弦绕组R3-R4和余弦R1-R2中感应电势分别为
Ef 4.44 fN 1kW1m Ec 4.44 fN 2kW2m cos
Es
4.44
7.2.1工作原理 7.2.2输出特性的补偿 7.2.3应用
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7.2 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。
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
1．空载运行
输出绕组R1-R2和R3-R4以及定子交轴 绕组S3-S4开路，在励磁绕组S1-S2施 加交流励磁电压，将在气隙中将产生 一个脉振磁场 Bf，该脉振磁场的轴 线在定子励磁绕组S1-S2的轴线上。
xm 2f (N 2kW2 )2 为绕组电抗， 为磁路的磁导。
由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为
Es Esqs ULs Is Zs
式中 ULs Is Z L 为正弦输出绕组负载时的输出电压，Z s为正弦绕组的漏阻抗
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7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
第7章 旋转变压器
7.1 概 述 7.2 正余弦旋转变压器 7.3 线性旋转变压器 7.4 数字旋转变压器 7.5 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
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7.1 概 述
7.1.1旋转变压器的分类 7.1.2旋转变压器的结构特点
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7.1 概 述
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， 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 电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系，从而实 现角度的检测、解算或传输等功能。
Zs ZL
K uU f cos
Zc Z
在正、余弦绕组中产生的磁场分别为
Bsq
Bs
cosθ
K
KuUf sin θ Zs ZL
cosθ
Bcq
Bc
sin θ
K
KuUf cosθ Zc Z
fN 2 k W2m
cos(90 )
4.44
fN 2 k W2m
sin
N1kW1 为定子绕组的有效匝数；
N2kW2 为转子绕组的有效匝数。
Es Ku Ef sin
Ec
Ku Ef
cos
Ku
N 2 k W2 N1kW1
忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则 Ef Uf
KuUf sin 1 j xm cos2
ZL ZL
ZL
图7-4输出特性的畸变
可以看出，负载时由于交轴磁场的存在，在输出电压中多出 j xm cos2 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Z L 变。并且负
载阻抗越小，畸变愈严重。
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7.2.2输出特性的补偿
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7.1.1旋转变压器的分类
按有无电刷与滑环之间的滑动接触分，可分为有刷和无刷两种。 按电机的极数多少分，可分为两极式和多极式。 按输出电压与转子转角间的函数关系，又可分为正余弦旋转变压器、 线性旋转变压器和比例式旋转变压器等。
根据应用场合的不同，旋转变压器又可以分为两大类：一类是解算用 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 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 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 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。