旋转变压器 ppt课件
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高精度
• 接触式旋变——有 电刷和滑环间的滑 动接触
• 无接触式旋变
6.2 正余弦旋转变压器的结构特点
定子
铁心—电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽
励磁绕组 D1D2
绕组
交轴绕组 D3D4
D3
D1 D4
旋变
铁心—电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽
D2
转子 绕组 余弦绕组 Z1Z2
Z1
正弦绕组 Z3Z4
Z4
滑环（4个）—与转子绕组引出线相接
二、旋转变压器带载时
D1 BD D3 Uf1
实验表明，图中正弦输出绕 D4 组Z3Z4带上负载以后，其输出
电压不再是转角的正弦函数。
Z1
D2
θ
Z4
Z3
ZL
Z2
空载
Um Um
负载
0
90o
空载 Um Um
左图表示了旋转变压
器空载和负载时输出特性
的对比。
Why?
Fra Baidu bibliotek
负载
负载电流越大，
0
90o 二者的差别也越大。
Uf1
旋转变压器激磁磁通φD在正、
余弦输出绕组Z3Z4和Z1 Z2 中
D2
感应变压器电势。
Z1
φD
φDcos θ θ
ER1
Z4
φDsin θ
Z3
ER2
Z2
ER1= 4. 44 f WRφD cosθ = ER cosθ
ER2= 4. 44 f WRφD cos(θ+90o) = -ER sinθ
ER1= 4. 44 f WRφD cosθ = ER cosθ ER2= 4. 44 f WRφD cos(θ+90o) = -ER sinθ
Z1
D2
θ
Z4
增加，以维持D轴方向的合成 磁通（主磁通）基本不变（比
BZq
空载略微减小）。
Z3
Bz BZd
IR2 Z2
ZL交轴分量BZq无外加励磁与其平 衡。因此，交轴分量BZq是引
起输出电压畸变的主要原因。
D1
∑BD D3 Uf1
BD D4
BZq = BZ cosθ
q BZ cosθ
Z1
旋转变压器正弦输出绕组Z3Z4接上负载后，除 了存在ER2 = - kμ Uf1 sinθ电势外，还附加了正比 于BZ cos2θ 的电势Eq34 。
Z1 θ Eq34 Z4
BZq
Bq34 Z3
ER2 Bz BZd
IR2
Z2
Eq34的出现破坏了输出电压随 转角作正弦变化的关系，造
ZL 成输出特性的畸变。
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。
畸变的原因是什么？如何消除？
三、输出特性畸变原因
D1 BD D3 Uf1
Z3 Z4 接上负载ZL时，绕 组中有电流IR2 ， IR2在气隙中 D4 产生相应的脉振磁场BZ 。
将BZ 分解为 BZd和BZq 。其中 直轴分量BZd对BD起去磁作用， 定子外加交流电源将输出电流
则得： ER1 = kμ ED cosθ
ER2 = - kμ ED sinθ
BD D1
忽略激磁绕组的电阻和漏抗，
Uf1 D3
D4
ED
则ED = Uf1 ，得：
D2
ER1 = kμ Uf1 cosθ
Z1ER1
Z4 ER2 = - kμ Uf1 sinθ
Z3 ER2
Z2
上式表明当电源电压不变时，输 出电势与转子转角θ有严格的正、 余弦关系。
电刷—固定在后端盖上，与滑环摩擦接触
Z3
Z2
旋变——高精度测位用控制电机
精密加工、特殊设计 • 互成90度绕组分布——提高精度 • 金属合金电刷、滑环——提高接触可靠性及寿
命 • 转轴——不锈钢 • 机壳——经阳极氧化处理的铝合金 • 全封闭结构—以适应冲击、振动、污染、潮湿
采用多级式——提高精度
Z2
D1 BD D3 Uf1
脉振磁场将在转子的输出
D4
绕组Z1 Z2和Z3 Z4中感应变压 器电势。
思考：
D2
Z1 θ
1 、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中 感应变压器电势的相位如何？
Z4
2、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中
Z3
感应变压器电势的大小与什 么有关？
Z2
D1
BD D3
D4 假设脉振磁场BD的磁通为φD
掌握线性旋转变压器的工作原理 了解旋转变压器如何提高精度 掌握旋转变压器的主要应用
6.1 概 述
旋转变压器——能转动的变压器，原、付 绕组分别放置在定、转子上。原、付绕组之间 的电磁耦合程度与转子的转角有关，因此，转 子绕组的输出电压也与转子的转角有关。
旋转变压器用途：
坐标变换
D1
Z4 Z1
Z2 Z3
Eq34 BZ cos2θ
在一定的转角下， Eq34 正比于 BZ ，而BZ正比于 IR2 ，所以负载电流越大， Eq34也越大，输出特 性偏离正弦函数关系就越远。
ER为激磁绕组和输出绕组轴线重合时磁通φD在 该输出绕组中的感应电势。
BD D1
Uf1 D3
D4
ED
若φD在激磁绕组中的感应电势为 ED ，则：
D2
Z1ER1
Z4
Z3 ER2
Z2
ER / ED = WR / WD = kμ
WR 和 WD分别为输出绕组和激磁绕 组的有效匝数； kμ表示变比或匝数 比。
第6章 旋转变压器
第6章 旋转变压器
6.1 旋转变压器概述 6.2 正余弦旋转变压器的结构特点 6.3 正余弦旋转变压器的工作原理 6.4 线性旋转变压器 6.5 旋转变压器的应用举例 6.6 多级和双通道旋转变压器
第6章 旋转变压器
本章要求：
掌握正余弦变压器的结构特点 熟练掌握正余弦变压器的工作原理
6.3 正余弦旋转变压器的工作原理
一、旋转变压器空载时
输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4以及定子交轴绕组D3D4开路， 激磁绕组施加交流激磁电压Uf1 。
BD D1
Uf1 D3
D4
D2
此时气隙中将产生一个脉振磁 场BD ，该磁场的轴线与定子激磁 绕组D1D2的轴线重合。
Z1 θ Z3
Z4 设定子绕组D1D2轴线和余弦输出 绕组Z1 Z2轴线的夹角为θ
D2
三角函数计算和数据传输 将旋转角度变为电压信号
2914旋转差动变压器 2595旋转变压器
2532旋转变压器 (高频)
2909旋转变压器(低频)
分类
• 正余弦旋变 XZ • 线性旋变 XX • 比例式旋变 XL
• 旋变发送机 XF • 旋变差动发送机
XC • 旋变变压器 XB
• 单极对旋变 • 多级对旋变——提
D2
θ
BZq θ
Z3 Bz BZd
Z4
IR2 Z2
设 q与输出绕组Z3Z4交 链的磁通为 q34 ，则
q34 = q cosθ
ZL
q34 BZ cos2θ
磁通 q34在Z3Z4绕组中所产生的感应电势也是
一个变压器电势，其有效值为
Eq34= 4. 44 f WRφq34 BZ cos2θ
• 接触式旋变——有 电刷和滑环间的滑 动接触
• 无接触式旋变
6.2 正余弦旋转变压器的结构特点
定子
铁心—电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽
励磁绕组 D1D2
绕组
交轴绕组 D3D4
D3
D1 D4
旋变
铁心—电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽
D2
转子 绕组 余弦绕组 Z1Z2
Z1
正弦绕组 Z3Z4
Z4
滑环（4个）—与转子绕组引出线相接
二、旋转变压器带载时
D1 BD D3 Uf1
实验表明，图中正弦输出绕 D4 组Z3Z4带上负载以后，其输出
电压不再是转角的正弦函数。
Z1
D2
θ
Z4
Z3
ZL
Z2
空载
Um Um
负载
0
90o
空载 Um Um
左图表示了旋转变压
器空载和负载时输出特性
的对比。
Why?
Fra Baidu bibliotek
负载
负载电流越大，
0
90o 二者的差别也越大。
Uf1
旋转变压器激磁磁通φD在正、
余弦输出绕组Z3Z4和Z1 Z2 中
D2
感应变压器电势。
Z1
φD
φDcos θ θ
ER1
Z4
φDsin θ
Z3
ER2
Z2
ER1= 4. 44 f WRφD cosθ = ER cosθ
ER2= 4. 44 f WRφD cos(θ+90o) = -ER sinθ
ER1= 4. 44 f WRφD cosθ = ER cosθ ER2= 4. 44 f WRφD cos(θ+90o) = -ER sinθ
Z1
D2
θ
Z4
增加，以维持D轴方向的合成 磁通（主磁通）基本不变（比
BZq
空载略微减小）。
Z3
Bz BZd
IR2 Z2
ZL交轴分量BZq无外加励磁与其平 衡。因此，交轴分量BZq是引
起输出电压畸变的主要原因。
D1
∑BD D3 Uf1
BD D4
BZq = BZ cosθ
q BZ cosθ
Z1
旋转变压器正弦输出绕组Z3Z4接上负载后，除 了存在ER2 = - kμ Uf1 sinθ电势外，还附加了正比 于BZ cos2θ 的电势Eq34 。
Z1 θ Eq34 Z4
BZq
Bq34 Z3
ER2 Bz BZd
IR2
Z2
Eq34的出现破坏了输出电压随 转角作正弦变化的关系，造
ZL 成输出特性的畸变。
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。
畸变的原因是什么？如何消除？
三、输出特性畸变原因
D1 BD D3 Uf1
Z3 Z4 接上负载ZL时，绕 组中有电流IR2 ， IR2在气隙中 D4 产生相应的脉振磁场BZ 。
将BZ 分解为 BZd和BZq 。其中 直轴分量BZd对BD起去磁作用， 定子外加交流电源将输出电流
则得： ER1 = kμ ED cosθ
ER2 = - kμ ED sinθ
BD D1
忽略激磁绕组的电阻和漏抗，
Uf1 D3
D4
ED
则ED = Uf1 ，得：
D2
ER1 = kμ Uf1 cosθ
Z1ER1
Z4 ER2 = - kμ Uf1 sinθ
Z3 ER2
Z2
上式表明当电源电压不变时，输 出电势与转子转角θ有严格的正、 余弦关系。
电刷—固定在后端盖上，与滑环摩擦接触
Z3
Z2
旋变——高精度测位用控制电机
精密加工、特殊设计 • 互成90度绕组分布——提高精度 • 金属合金电刷、滑环——提高接触可靠性及寿
命 • 转轴——不锈钢 • 机壳——经阳极氧化处理的铝合金 • 全封闭结构—以适应冲击、振动、污染、潮湿
采用多级式——提高精度
Z2
D1 BD D3 Uf1
脉振磁场将在转子的输出
D4
绕组Z1 Z2和Z3 Z4中感应变压 器电势。
思考：
D2
Z1 θ
1 、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中 感应变压器电势的相位如何？
Z4
2、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中
Z3
感应变压器电势的大小与什 么有关？
Z2
D1
BD D3
D4 假设脉振磁场BD的磁通为φD
掌握线性旋转变压器的工作原理 了解旋转变压器如何提高精度 掌握旋转变压器的主要应用
6.1 概 述
旋转变压器——能转动的变压器，原、付 绕组分别放置在定、转子上。原、付绕组之间 的电磁耦合程度与转子的转角有关，因此，转 子绕组的输出电压也与转子的转角有关。
旋转变压器用途：
坐标变换
D1
Z4 Z1
Z2 Z3
Eq34 BZ cos2θ
在一定的转角下， Eq34 正比于 BZ ，而BZ正比于 IR2 ，所以负载电流越大， Eq34也越大，输出特 性偏离正弦函数关系就越远。
ER为激磁绕组和输出绕组轴线重合时磁通φD在 该输出绕组中的感应电势。
BD D1
Uf1 D3
D4
ED
若φD在激磁绕组中的感应电势为 ED ，则：
D2
Z1ER1
Z4
Z3 ER2
Z2
ER / ED = WR / WD = kμ
WR 和 WD分别为输出绕组和激磁绕 组的有效匝数； kμ表示变比或匝数 比。
第6章 旋转变压器
第6章 旋转变压器
6.1 旋转变压器概述 6.2 正余弦旋转变压器的结构特点 6.3 正余弦旋转变压器的工作原理 6.4 线性旋转变压器 6.5 旋转变压器的应用举例 6.6 多级和双通道旋转变压器
第6章 旋转变压器
本章要求：
掌握正余弦变压器的结构特点 熟练掌握正余弦变压器的工作原理
6.3 正余弦旋转变压器的工作原理
一、旋转变压器空载时
输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4以及定子交轴绕组D3D4开路， 激磁绕组施加交流激磁电压Uf1 。
BD D1
Uf1 D3
D4
D2
此时气隙中将产生一个脉振磁 场BD ，该磁场的轴线与定子激磁 绕组D1D2的轴线重合。
Z1 θ Z3
Z4 设定子绕组D1D2轴线和余弦输出 绕组Z1 Z2轴线的夹角为θ
D2
三角函数计算和数据传输 将旋转角度变为电压信号
2914旋转差动变压器 2595旋转变压器
2532旋转变压器 (高频)
2909旋转变压器(低频)
分类
• 正余弦旋变 XZ • 线性旋变 XX • 比例式旋变 XL
• 旋变发送机 XF • 旋变差动发送机
XC • 旋变变压器 XB
• 单极对旋变 • 多级对旋变——提
D2
θ
BZq θ
Z3 Bz BZd
Z4
IR2 Z2
设 q与输出绕组Z3Z4交 链的磁通为 q34 ，则
q34 = q cosθ
ZL
q34 BZ cos2θ
磁通 q34在Z3Z4绕组中所产生的感应电势也是
一个变压器电势，其有效值为
Eq34= 4. 44 f WRφq34 BZ cos2θ