《电机及电力拖动(第4版)》教学课件第15章-旋转变压器
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同理可得余弦输出绕组B空载时电压为
UBO=EB=4.44fN2Kw2φfcosα=KuEfcosα=KuUfcosα
从上式中同样可看出，在正余弦旋转变压器中，当励磁电 压恒定，转子的余弦输出绕组的空载输出电压UBO将与转子转 角α呈余弦函数关系。
当A绕组接入负阻抗ZA后，将有负载电流IA流过，它产生磁通 φA将使空气隙磁通分布发生畸变。
实际应用时，为了达到完善的 补偿目的，通常采用定、转子 同时补偿，可使误差减至最小。 如图为定、转子同时补偿时的 接线图。
有补偿的正余弦旋转变压器
15.2.2 线性旋转变压器
线性旋转变压器指其输出电压的大小随转子转角α成正比 关系的旋转变压器。
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当定子f绕组接入电源后
f绕组产生电动势：Ef=4.44fN1Kw1φf B绕组产生电动势：EB=4.44fN2Kw2φfcosα A绕组产生电动势：EA=4.44fN2Kw2φfsinα
有限转角的无接触式旋转变压器将转子绕组的引出线做成弹 性卷带状，这种转子只能在一定的转角范围内（一般为1~2周） 转动。
无限转角的无接触式旋转变压器将两套绕组中的一套自行短 接，而另一套则通过环形变压器从定子边引出，它的转子转 角不受限制。
15.2 工作原理
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15.2.1 正余弦旋转变压器
1)旋转变压器在加工过程中要严格按照工艺 要求； 2)在使用时采用必要的补偿方式消除误差； 3)在设计时应从精度要求出发来选择绕组的 型式、定转子的齿槽配合、铁心的材料和变 压器中各部分的磁通密度大小等，以保证变 压器气隙磁场按正弦规律分布。
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为了保证旋转变压器有良好的特性，在使用中还必须注意：
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第十五章 旋转变压器
旋转变压器是一种精密的二次绕组（转子绕组）可转 动的特殊变压器，当它的一次绕组（定子绕组）外接单相 交流电源励磁时，其二次绕组的输出电压将与转子转角严 格保持某种函数关系。
• 15.1 基 本 结 构 • 15.2 工 作 原 理 • 15.3 误 差 概 述 • 15.4 旋 转 变 压 器 的 应 用
旋转变压器在计算机中作为解算元件，可以用来进行 坐标变换（直角坐标换为极坐标）、代数运算（加、减、 乘、除、乘方、开方）、三角运算（正弦、余弦、反正弦、 反余弦）。
磁通φ〞Aq对转子A绕组没有交链，可不用考虑；磁通φˊAq与 A绕组中感应一自感电动势，称为交轴电枢反应感抗电动势EAq
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有负载时，A绕组中除了电势EA以外，还有自感电动势EAq，因 此有负载时A绕组的电动势不再和转角α的正弦成正比，而出
现了很大的误差。
为了消除输出电压的畸变， 必须补偿转子A绕组的交轴磁 通。
定子只有一个绕组励磁时，另一个绕组应联接一个 电源内阻抗相同的阻抗或直接短接。
定子两个绕组同时励磁时，转子的两个输出绕组的 负载阻抗要尽可能相等。
使用中必须准确调整零位，以免引起旋转变压器性 能变差。
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15.4 旋转变压器的应用
旋转变压器被广泛用于高精度的角度传输系统和解算装 置中。
图a中励磁绕组的轴线与直轴方向
重合，转子绕组A产生的磁通φA在 直轴方向的分量φAd对励磁磁通φf 起去磁作用。
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若Uf不变，当不考虑电阻和漏阻抗 压降时，直轴合成磁通可视为不变，
因此当A绕组中有电流时，f绕组中
Baidu Nhomakorabea
将流入负载分量电流以补偿直轴的
去磁分量。
负载时的正余弦旋转变压器
但在交轴方向，φAd与f绕组间没有互感作用，即A绕组交轴 分量磁通φAq不可能f绕组中的电流来补偿。
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15.1 基本结构
旋转变压器的结构与普通绕线转子感应电动机类似。为了获 得更好的电气对称性，以提高旋转变压器的精度，定转子绕 组均为两个在空间互隔90°电角度的高精度正弦绕组。
旋转变压器的定转子铁心均是采用高磁导率的铁镍磁合金片 或硅钢片经冲制、绝缘、叠装而成。为了使铁心的导磁性能 各方向均匀一致，在铁心叠片时采用每片错过一齿槽的旋转 形叠片法。
这产些生电的动，势因都此是它由们同在一时个间脉上动同磁相通位，φ都f感滞应 后φf90°电角度。
若略去绕组中的漏阻抗压降，则
U f E f EB 4.44 fN1KW1 f 4.44 fN2KW 2 f cos
4.44 fN1KW1 f (1 Ku cos )
式中 Ku
N 2 KW 2 N1KW 1
直轴脉动磁通在励绕组中产生的感 应电动势 E f 4.44 fN1KW1 f 式中ΦNK1ω f——1————绕直绕组轴组串脉因联动数匝磁；数通；的幅值 正弦输出绕组A的空载电压为
U A0 EA 4.44 fN2KW 2 f sin
正余弦旋转变压器原理图
式中N2—转子A、B绕组串联匝数；Kw2—转子A、B绕组因数。
U AO
EA
4.44 fN2KW 2 4.44 fN1KW1
Ef
sin
Ku E f
sin
KuU
f
sin
Ku
N2 KW 2 N1KW 1
称为电压比，为定转子绕组有效匝数比，也即为空
载时输出绕组的最大输出电压与励磁电压之比，是一个常数。
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从上式可看出，在正余弦旋转变压器中，当励磁电压恒定， 转子的正弦输出绕组A空载时，其输出电压UAO将与转子转角α 呈正弦函数关系。
由上式推出输出电压 U A
即 EA
f
Uf 4.44 fN1KW1(1
KuU f sin 1 Ku cos
Ku
cos )
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15.3 误差概述
前几节在分析旋转变压器的工作原理时，假定理想条件下， 采取适当的接线方式就能使输出电压的大小与转子转角成正 弦函数关系，或者与转子转角成线性关系。实际上，由于许 多因素的影响，使输出电压产生误差。
UBO=EB=4.44fN2Kw2φfcosα=KuEfcosα=KuUfcosα
从上式中同样可看出，在正余弦旋转变压器中，当励磁电 压恒定，转子的余弦输出绕组的空载输出电压UBO将与转子转 角α呈余弦函数关系。
当A绕组接入负阻抗ZA后，将有负载电流IA流过，它产生磁通 φA将使空气隙磁通分布发生畸变。
实际应用时，为了达到完善的 补偿目的，通常采用定、转子 同时补偿，可使误差减至最小。 如图为定、转子同时补偿时的 接线图。
有补偿的正余弦旋转变压器
15.2.2 线性旋转变压器
线性旋转变压器指其输出电压的大小随转子转角α成正比 关系的旋转变压器。
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当定子f绕组接入电源后
f绕组产生电动势：Ef=4.44fN1Kw1φf B绕组产生电动势：EB=4.44fN2Kw2φfcosα A绕组产生电动势：EA=4.44fN2Kw2φfsinα
有限转角的无接触式旋转变压器将转子绕组的引出线做成弹 性卷带状，这种转子只能在一定的转角范围内（一般为1~2周） 转动。
无限转角的无接触式旋转变压器将两套绕组中的一套自行短 接，而另一套则通过环形变压器从定子边引出，它的转子转 角不受限制。
15.2 工作原理
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15.2.1 正余弦旋转变压器
1)旋转变压器在加工过程中要严格按照工艺 要求； 2)在使用时采用必要的补偿方式消除误差； 3)在设计时应从精度要求出发来选择绕组的 型式、定转子的齿槽配合、铁心的材料和变 压器中各部分的磁通密度大小等，以保证变 压器气隙磁场按正弦规律分布。
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为了保证旋转变压器有良好的特性，在使用中还必须注意：
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第十五章 旋转变压器
旋转变压器是一种精密的二次绕组（转子绕组）可转 动的特殊变压器，当它的一次绕组（定子绕组）外接单相 交流电源励磁时，其二次绕组的输出电压将与转子转角严 格保持某种函数关系。
• 15.1 基 本 结 构 • 15.2 工 作 原 理 • 15.3 误 差 概 述 • 15.4 旋 转 变 压 器 的 应 用
旋转变压器在计算机中作为解算元件，可以用来进行 坐标变换（直角坐标换为极坐标）、代数运算（加、减、 乘、除、乘方、开方）、三角运算（正弦、余弦、反正弦、 反余弦）。
磁通φ〞Aq对转子A绕组没有交链，可不用考虑；磁通φˊAq与 A绕组中感应一自感电动势，称为交轴电枢反应感抗电动势EAq
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有负载时，A绕组中除了电势EA以外，还有自感电动势EAq，因 此有负载时A绕组的电动势不再和转角α的正弦成正比，而出
现了很大的误差。
为了消除输出电压的畸变， 必须补偿转子A绕组的交轴磁 通。
定子只有一个绕组励磁时，另一个绕组应联接一个 电源内阻抗相同的阻抗或直接短接。
定子两个绕组同时励磁时，转子的两个输出绕组的 负载阻抗要尽可能相等。
使用中必须准确调整零位，以免引起旋转变压器性 能变差。
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15.4 旋转变压器的应用
旋转变压器被广泛用于高精度的角度传输系统和解算装 置中。
图a中励磁绕组的轴线与直轴方向
重合，转子绕组A产生的磁通φA在 直轴方向的分量φAd对励磁磁通φf 起去磁作用。
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若Uf不变，当不考虑电阻和漏阻抗 压降时，直轴合成磁通可视为不变，
因此当A绕组中有电流时，f绕组中
Baidu Nhomakorabea
将流入负载分量电流以补偿直轴的
去磁分量。
负载时的正余弦旋转变压器
但在交轴方向，φAd与f绕组间没有互感作用，即A绕组交轴 分量磁通φAq不可能f绕组中的电流来补偿。
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15.1 基本结构
旋转变压器的结构与普通绕线转子感应电动机类似。为了获 得更好的电气对称性，以提高旋转变压器的精度，定转子绕 组均为两个在空间互隔90°电角度的高精度正弦绕组。
旋转变压器的定转子铁心均是采用高磁导率的铁镍磁合金片 或硅钢片经冲制、绝缘、叠装而成。为了使铁心的导磁性能 各方向均匀一致，在铁心叠片时采用每片错过一齿槽的旋转 形叠片法。
这产些生电的动，势因都此是它由们同在一时个间脉上动同磁相通位，φ都f感滞应 后φf90°电角度。
若略去绕组中的漏阻抗压降，则
U f E f EB 4.44 fN1KW1 f 4.44 fN2KW 2 f cos
4.44 fN1KW1 f (1 Ku cos )
式中 Ku
N 2 KW 2 N1KW 1
直轴脉动磁通在励绕组中产生的感 应电动势 E f 4.44 fN1KW1 f 式中ΦNK1ω f——1————绕直绕组轴组串脉因联动数匝磁；数通；的幅值 正弦输出绕组A的空载电压为
U A0 EA 4.44 fN2KW 2 f sin
正余弦旋转变压器原理图
式中N2—转子A、B绕组串联匝数；Kw2—转子A、B绕组因数。
U AO
EA
4.44 fN2KW 2 4.44 fN1KW1
Ef
sin
Ku E f
sin
KuU
f
sin
Ku
N2 KW 2 N1KW 1
称为电压比，为定转子绕组有效匝数比，也即为空
载时输出绕组的最大输出电压与励磁电压之比，是一个常数。
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从上式可看出，在正余弦旋转变压器中，当励磁电压恒定， 转子的正弦输出绕组A空载时，其输出电压UAO将与转子转角α 呈正弦函数关系。
由上式推出输出电压 U A
即 EA
f
Uf 4.44 fN1KW1(1
KuU f sin 1 Ku cos
Ku
cos )
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15.3 误差概述
前几节在分析旋转变压器的工作原理时，假定理想条件下， 采取适当的接线方式就能使输出电压的大小与转子转角成正 弦函数关系，或者与转子转角成线性关系。实际上，由于许 多因素的影响，使输出电压产生误差。