旋转变压器的接口电路
基于AU6802的旋转变压器接口电路应用设计
控制与应用技术基于AU6802的旋转变压器接口电路应用设计.拉赫曼, 夏超英, 郑水妹(天津大学电气工程与自动化学院,天津 300072)摘 要:应用数字转换器件AU6802对旋转变压器输出互为正余弦关系的模拟信号进行采样,将其转换成与光电码盘输出一致的数字脉冲信号,以便于各种CPU进行处理。
介绍了旋转变压器和AU6802芯片的基本工作原理,研究、设计了旋转变压器与AU6802之间的接口电路,最后应用M ultisi m软件对接口电路进行仿真分析。
实验表明该接口电路性能稳定,可以使电机在开、闭环工作方式下运行,能够准确地实现电机位置、速度的检测,实现了光电码盘的功能,具有较高的应用价值。
关键词:旋转变压器;接口电路;数字转换器中图分类号:TM383.2 文献标识码:A 文章编号:1673 6540(2006)05 0016 04D esi gn of Interface C ircuit forM agsli p Based on AU6802M ohibur RAHAMAN,X I A Chao y ing, Z HENG Shui m ei(Scho l o fE lectrica lEngineeri n g&Auto m ation,T ian jin U niversity,T ianji n300072,Ch i n a)Abstrac t:U si ng di g ita l converter AU6802f o r sa m pli ng the sine&cos i ne analog si gnal of m ag sli p s out put and covert it into di g ita l pulse si gnal t o be accordance w ith op tica l code ou t put,processing them by any k i nd o f CPU are fac ilita ted.F irst of a l,l m agsli p and d i g ita l conv erter U6802s basic w orki ng pri nc i ple we re i ntroduced,then the i nte r face circu it f o r them w as desi gned.F i na ll y,M u lti s i m soft w are fo r s i m u l ation o f i nterface c i rcuit w as used.Exper i m ent resu lt shows that i nterface circu it s perfor m ance i s steady and can exactl y measure t he speed and position o f the mo tor w ork i ng at open,close l oop syste m.K ey word s:m agsli p;i n terface circu it;d igital converter0 引 言光电码盘由于抗震动性、抗腐蚀性较弱,不能胜任军舰、电动汽车、自动机床等恶劣的工作环境;而旋转变压器可以克服光电码盘的这些缺点,因此在恶劣的环境中得到了广泛的应用。
AU6802N1
基于AU6802N1的旋转变压器信号接口电路的设计和应用摘要：本文在越野电动车交流传动系统中采用旋转变压器实现了异步电机转子位置信号的精确测量,并且设计了基于RDC芯片AU6802N1的旋转变压器位置信号的接口电路。
关键词：位置传感器;旋转变压器;AU6802N1;正交编码脉冲引言旋转变压器是一种模拟型机电元件,为了满足交流传动系统数字化控制的要求,就需要一定的信号接口电路,以实现其模拟信号与控制系统数字信号之间的相互转化,这类接口电路是一类特殊的ADC,也就是所谓的旋转变压器／数字转换器(RDC) 。
日本多摩川公司生产的R/D转换芯片AU6802N1可以方便地将旋转变压器的轴角位移信号（模拟信号）转换为控制系统所需要的数字信号,并具有多种标准信号输出模式,且使用简单、成本低、可靠性高。
本文介绍了AU6802N1的功能特性、位置检测信号的输出模式,并利用AU6802N1设计了旋转变压器位置信号测量的外围接口电路,将其应用于越野电动车交流传动控制系统中,实现了对50kW 4对极交流异步电机转子位置信号的精确测量。
图1 AU6802N1内部功能框图图2 AU6802N1与旋转变压器的接口电路图3 系统试验框图AU6802N1简介AU6802N1的内部功能如图1所示。
提供给旋转变压器的励磁信号由芯片内部产生并通过RSO口输出,其频率可以设置为10/20kHz。
由旋转变压器输出的转速正弦信号和余弦信号分别通过S2-S4,S1-S3口输入,再经10位乘法器与反馈转速的数字跟踪量相乘,产生的信号再通过比较器和相位补偿及同步校正处理后,得到所需转速的精确数字量。
转速输出模式可通过外部引脚FSEL1和FSEL2设置,转速的数字量以脉冲形式、并行输出形式、并行总线形式、SPI形式来传递给数字信号处理器。
该芯片内部还具有故障自检,信号线断路检测及相位同步检测等功能。
AU6802N1采用TQFP-52封装,大小仅为10.0×10.0×1.0mm3,工作温度范围为-40~125℃。
旋转变压器电路
Gerstner Lab Prague, Jan−2003
Resolver−to−Digital Module
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Introduction
Flexible motor control is unthinkable without precise information about the position of the shaft. For this purpose, different types of shaft angle sensors are used, often built into the driving mo− tors. On the basis of their physical design, these angular transducers can be classified into two main groups: • Optical: A phototransistor or other light−sensitive electronic device counts lines on a transparent disk mounted to the rotating shaft. The most common of these devices are incremental and absolute encoders. • Inductive: Built like small electrical motors, where inductive coupling between a rotating part (the rotor) and a stationary part (the stator) generates signals indicating shaft position. Resolvers and synchros are the most common devices. Optical transducers, especially incremental encoders, have found wide application because their digital outputs can be easily processed by both discrete logic and microprocessors. Nevertheless, optical transducers have a number of characteristics that make them less than optimal for many applications. The built−in semiconductors used to amplify and format the digital output signals are sensitive to temperature and the LED light sources commonly employed are susceptible to aging. Furthermore, applications that require an absolute output signal require absolute encoders, which are much more complicated and therefore expensive. From a purely practical standpoint, the precise concentricity between the encoder disk and the sensors required to maintain accuracy as well as the mere presence of optical devices in an industrial environment dictate that a fully enclosed device with bearings and shaft be used in all but the crudest applications. Since encoders are typically connected to a shaft having its own bearings, the user must pay for the second set of high−quality bearings in the transducer as well as a flexible coupling to connect the two shafts. In many applications, especially brushless servo− motor commutation or flux vector control of AC induction motors, the additional length of the optical encoder’s shaft, bearings, and coupling is too great and the optical encoder cannot be used. On the other hand, inductive transducers such as resolvers are intrinsically absolute and require no semiconductors on the transducer itself − the raw output signal can be transmitted over dis− tances of more than 100 meters. In addition, since they consist primarily of copper and steel, re− solvers are virtually insensitive to temperature over a wide range. Because no sensitive electronics or optics are employed, resolvers are often supplied in an unhoused (also called frameless or pancake) configuration and can be mounted directly to the shaft whose position is to be mea− sured. Cost and length savings are realized by the user since no shaft−to−shaft coupling or extra bearings are required.
旋转变压器详解
旋转变压器（重点在于输入输出的关系）伺服传感器按被测量分类：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、电流传感器。
位移传感器、速度传感器、加速度传感器各有直线和旋转角度的两种方式。
（1）旋转变压器概述⒈⒈旋转变压器的发展旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。
早期的旋转变压器其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。
作为角度位置传感元件，常用的有这样几种：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。
由于制作和精度的缘故，磁性编码器没有其他两种普及。
光学编码器的输出信号是脉冲，由于是天然的数字量，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用。
早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价格比较贵的原因，应用受到了限制。
因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。
和光学编码器相比，旋转变压器有这样几点明显的优点：①无可比拟的可靠性，非常好的抗恶劣环境条件的能力；②可以运行在更高的转速下。
（在输出12 bit的信号下，允许电动机的转速可达60,000rpm。
而光学编码器，由于光电器件的频响一般在200kHz以下，在12 bit时，速度只能达到3,000rpm）；③方便的绝对值信号数据输出。
⒈⒉旋转变压器的应用这些年来，随着工业自动化水平的提高，随着节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用，越来越广泛。
而永磁交流电动机的位置传感器，原来是以光学编码器居多，但这些年来，却迅速地被旋转变压器代替。
可以举几个明显的例子，在家电中，不论是冰箱、空调、还是洗衣机，目前都是向变频变速发展，采用的是正弦波控制的永磁交流电动机。
目前各国都在非常重视的电动汽车中，电动汽车中所用的位置、速度传感器都是旋转变压器。
例如，驱动用电动机和发电机的位置传感、电动助力方向盘电机的位置速度传感、燃气阀角度测量、真空室传送器角度位置测量等等，都是采用旋转变压器。
最新控制电机4(旋转变压器)
旋转变压器
工程用旋转变压器
实验室旋转变压器
旋转变压器
●旋转变压器的原边、副边绕组那么随转子的角位移 发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子 角位移而发生变化,输出绕组的电压幅值与转子转角 成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在 一定转角范围内与转角成线性关系。
普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，输出电 压和输入电压之比是常数。
FAd FA cos
FAq
FA
sin
(13-25)
FBd FB sin
FBq
FB
cos
(13-26)
旋转变压器
结合式(13-25)和式(13-26)及图13-27可见，FAq和FBq 作用在q轴，且方向相反，其合成磁动势为交轴脉振 磁动势，它亦在正弦、余弦绕组中产生感应电势，这 就造成正弦、余弦绕组中的输出电压的函数产生误差。
FAq=FBq 即 FA sinθ=FB cosθ
(13-27)
这时两个磁动势交轴分量大小相等、方向相反，相互
抵消。此时，式(13-23)照样成立，在忽略绕组漏阻抗
压降时，式(13-24)也成立，输出电压仍然是转角θ的
正弦、余弦函数。
为了使式(13-27)成立，正弦、余弦绕组的负载阻抗应
相等，即ZA=ZB
旋转变压器
交流伺服电动机相当于一台双绕组的两相异步电动 机。其中，一相绕组为励磁绕组，另一相与励磁绕 组在空间上相互垂直的绕组作为控制绕组。与一般 两相异步电动机不同的是，交流伺服电动机的转子 电阻比较大，电机最大电磁转矩时的转差率sm≥1， 确保了机械特性在整个运行范围内呈线性。当控制 信号消失后，电机的电磁转矩为制动性转矩，使伺 服电动机可以立刻停转，确保了控制信号消失后无 “自转〞现象。交流伺服电动机常用的控制方式有 幅值控制、相位控制和幅－相控制。
《旋转变压器 》课件
旋转变压器的应用领域
汽车工业
用于检测曲轴、凸轮轴位置，以 及车辆四轮定位。
数控机床
用于实现高精度角度控制和位置 检测。
航空航天
用于飞行器的姿态控制和导航系 统。
机器人技术
用于机器人的关节角度检测和运 动控制。
旋转变压器的优缺点
优点
结构简单、可靠性高、耐高温、 抗干扰能力强、测量精度高。
缺点
输出信号为模拟量，需要配合后 续电路进行信号处理；对安装位 置和轴系要求较高，需要专业人 员安装调试。
05
未来旋转变压器的发展趋势
新型旋转变压器的研发
研发高精度、高效率的旋转变压器
随着科技的发展，对旋转变压器的精度和效率要求越来越高，未来将会有更多新 型的旋转变压器被研发出来，以满足各种应用需求。
微型化、集成化旋转变压器
随着微电子技术的发展，微型化和集成化的旋转变压器将成为未来的重要研究方 向，这将有助于减小设备的体积和重量，提高其便携性和可靠性。
02
感应电动势的大小和方向随转子 的位置和极数而变化，从而输出 与转子位置成比例的电压信号。
旋转变压器的控制方式
旋转变压器可以采用模拟控制和数字控制两种方式。
模拟控制方式通过调整励磁电流的大小和方向来控制旋转变压器的输出电压信号。
数字控制方式则通过数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）对旋转变压器进 行数字化控制，实现更高的控制精度和动态性能。
根据故障现象，结合以上方法，逐步排查 故障原因，采取相应的措施进行排除。
旋转变压器的保养建议
01
02
03
定期进行维护保养
建议每年对旋转变压器进 行一次全面的维护保养， 包括清洗、检查、紧固等 。
一种旋转变压器解码调理电路设计及应用
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 69【关键词】旋转变压器 调理电路 设计1 概述转速闭环控制是机电伺服系统所采用的典型控制方式，检测电机转子位置、获取转子精确的位置信号是实现闭环控制最重要的基本环节。
目前，最普遍的方法是从位置传感器来获得电机转子的位置信号，旋转变压器抗冲击震动和温湿度变化的能力很强，适用于工作环境恶劣的场合。
在机电伺服系统中，通常采用旋转变压器实时测量电机转子的角位置。
旋转变压器是一种模拟型机电元件，为了满足交流传动系统数字化控制的要求，就需要一定的信号接口电路实现其模拟信号与控制一种旋转变压器解码调理电路设计及应用文/龙海峰 曹巳甲 陈鹏 王首浩系统数字信号之间的相互转化，这类接口电路是一类特殊的模／数转换器，也就是所谓的旋转变压器／数字转换器(RDC)。
位置传感器检测技术的发展极大地提高了交流电机调速系统的动态响应性能和定位精度，日本多摩川公司生产的R/D 转换芯片AU6802N1可以方便地将旋转变压器的轴角位移信号（模拟信号）相应地转换为控制系统所需要的数字信号，且使用简单，成本低，可靠性高。
本文从应用的角度，基于AU6802N1 芯片设计了旋变位置信号测量的外围调理电路。
2 工作原理旋转变压器R/D 转换电路为转子旋转的每一个位置提供一个具体的数值（代码值），只要供给电压正常便可以正常工作，360度范围内角度与编码数值呈一一对应关系，且系统进一步，画出不同自由度下的权矢量方向图，如图4所示。
从图4中可以看出，方向图展宽零陷的深度随自适应自由度增加而增加，而后基本不变，但自由度过高时，旁瓣电平有所抬高。
4 旁瓣相消抗干扰试验为验证本文提出的稳健旁瓣相消技术的可行性，我们在某雷达设备上进行试验，对于噪声干扰和密集假目标干扰，分别采用常规旁瓣相消技术和稳健旁瓣相消技术进行干扰抑制，比较两种方法对应的抑制效果。
第4章 旋转变压器
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
交轴磁势为 FR1q=FR1sinθ=KIR1sinθ FR2q=FR2cosθ=KIR2cosθ 由图 4 - 5 的电路关系得 (4 - 8)
& & kuU s1 U R2 = sin θ I R 2 = Z L + Zσ Z L + Zσ & U R1 kuU s1 I = & = cos θ R1 Z ′ + Zσ Z ′ + Zσ
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
Φq与Z3-Z4输出绕组轴线的夹角为 设 Φq匝链 3-Z4输出绕组的 输出绕组轴线的夹角为θ, 匝链Z 磁通为Φ 磁通为 q34, 则 Φq34=Φq cosθ 将式(4- 代入上式 代入上式, 将式 5)代入上式 则 Φq34∝BZ cos 2θ Eq34=4.44fWZΦq34∝BZ cos 2θ (4- 6)
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
4.3.2 负载后输出特性的畸变
图 4 - 3 正弦输出绕组接负载ZL
图 4 - 4 输出特性的畸变
输出特性的畸变：输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象。 输出特性的畸变 ： 输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
4.3 正余弦旋转变压器的工作原理
图 4 - 2 正余弦旋转变压器原理示意图
旋转变压器第6 第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
4.3.1 空载运行时的情况
设该旋转变压器空载, 即转子输出绕组和定子交轴绕组开路, 设该旋转变压器空载 即转子输出绕组和定子交轴绕组开路 & 仅将定子绕组D 仅将定子绕组 -D 加交流励磁电压 U 。 那么气隙中将产
旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用
旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用陈继华【摘要】A very convenient interface circuit for resolver and inverter was designed. The interface was used in the control system of low speed and little power PMSM, The working theory of resolver was introduced and the request of universal converter according to the special application was put forward. Then the designing principle of the interface that is based onAU6802N1 and makeup a control system with the interface model was introduced. Experiment showed that the system has a very good low speed control performance and was easily to achieve batch production.%设计了一种方便实用的旋转变压器与通用变频器的接口电路,并将该接口电路应用到低速小容量永磁同步电机的控制中.首先介绍了旋转变压器的工作原理,针对应用场合的特殊性提出了通用变频器的要求,然后详细介绍了基于AU6802N1接口电路的设计原理,并组建了基于该接口模块的控制系统.试验表明,该系统具有非常好的低速控制性能,易于实现产品的量产化.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2012(039)005【总页数】4页(P18-21)【关键词】旋转变压器;永磁同步电机;低速小容量【作者】陈继华【作者单位】上海华银电器有限公司,上海201111【正文语种】中文【中图分类】TM301.2;TM3510 引言旋转变压器因其使用可靠、寿命长、能适应恶劣的工作环境、抗冲击、测量精度高等优点，被广泛应用在伺服系统、机器人系统、航空航天等领域。
旋线式旋转变压器简介讲解
3. 位置传感器介绍
常用传感器介绍 光电编码器介绍
3.1 常用传感器介绍
作为速度及位置传感元件，常用的有这样几种：光学编码器、磁性编码器 和旋转变压器。由于制作和精度的缘故，磁性编码器没有其他两种普及。光 学编码器的输出信号是脉冲，由于是天然的数字量，数据处理比较方便，因 而得到了很好的应用。早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价 格比较贵的原因，应用受到了限制。因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性 ，以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事 以及航天、航空、航海等方面。
4.6 电梯上的应用
旋转变压器在电梯上面的应用，主要是用于电机门机以及曳引机上面，主要是作 为位置传感器使用。三菱电梯已把旋变使用于永ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ同步门机，上海桑塔斯曳引机 也已经使用旋转变压器作为位置传感器另外我公司生产的旋转变压器比较容易实 现外转子结构，可以使曳引机的结构更加简单、可靠。
4.7 航空航天上的应用
6）相位移 次级输出电压相对于初级励磁电压在时间上 的相位差。相位差的大小有关因素——旋变类型、尺 寸、结构和励磁频率。
7）基准相位 基准相位是指旋转变压器从基准电气零位 开始，作正向旋转时出现的第一个基波最大电压的相 位。
相位的规定方法：①初级励磁电压的相位为基准； ②以次级电压最大输出时的相位为基准。
2.2 旋转变压器使用注意事项
4）屏蔽 旋转变压器本身的磁场比较弱，当外部有强磁场靠近 旋转变压器时（例如在电动机中），会影响旋转变压 器的磁场和在旋转变压器绕组端部的磁状态，进而产 生误差电势，产生误差。因此，应该尽量使得旋转变 压器远离强磁场，以及采取磁屏蔽措施。
2.2 旋转变压器使用注意事项
油田机械上的应用
旋转变压器的接口电路
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
23
INHIBIT ENABLE
7.4.2 AD2S83芯片
1. AD2S83芯片的引脚功能及特点
AD2S83芯片的引脚功能
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 10~25 26 27 28 30 BYTE SELECT 名称 DEMOD O/P REFERENCE I/P AC ERROR O/P COS ANALOG GND SIGNAL GND SIN +Vs DB1~DB16 +VL 功能
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
12
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 K uU f sin Ec K uU f cos
E c 4.44 fN 2 k W2 m cos Es 4.44 fN 2 k W2 m cos(90 ) 4.44 fN 2 k W2 m sin
N1k W1 为定子绕组的有效匝数；
N 2 k W2 为转子绕组的有效匝数。
Es K u E f sin E c K u E f cos
旋转变压器全面详解
可以证明, 当定子交轴绕组外接阻抗Z等于励磁电源内阻抗Zn, 即Z=Zn时, 由转子电流所引起的输出特性畸变可以得到完全的补偿。 因为一般电源
内阻抗Zn值很小, 所以实际应用中经常把交轴绕组直接短路, 同样可以达
到完全补偿的目的。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
6.3.5 原、 副边都补偿的正余弦旋转变压器
应移相器如何分别被用作精密位移测量和移相的元件。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
6.2 旋转变压器的结构特点
旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。
它由定子和转子两大部分组成, 每一大部分又有自己的电磁
部分和机械部分, 如图 6 - 1所示, 下面以正余弦旋转变压器的
典型结构分析之。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
kuU s1 Z Z
cos
(6 - 9)
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
将式(6 - 9)代入式(6 - 8)得以下两式:
FR1q
KIR1 sin
K
kuU s1 cos
Z Z
sin
FR 2 q
KIR2
c os
K
kuU s1 sin
ZL Z
c os
(6 - 10) (6 - 11)
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
XX)以及比例式旋转变压器(代号为XL)。其中, 正余弦旋转变压器的输出
电压与转子转角成正余弦函数关系; 线性旋转变压器的输出电压与转子转
角在一定转角范围内成正比; 比例式旋转变压器在结构上增加了一个锁定
转子位置的装置。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
这些旋转变压器的用途主要是用来进行坐标变换、 三角函数计算和数 据传输、 将旋转角度转换成信号电压, 等等。 根据数据传输在系统中的 具体用途, 旋转变压器又可分为旋变发送机(代号为XF)、 旋变差动发送机 (代号为XC)和旋变变压器(代号为XB)。 其实, 这里数据传输的旋转变压 器在系统中的作用与相应的自整角机的作用是相同的。
自动控制元件及线路-旋转变压器-哈工大
9.1.2 旋转变压器的结构
旋变的结构和绕线式异步 电动相似．由定子和转子 两部分组成。定、转子铁 心由硅钢片或坡莫合金片 叠压装配而成。 定子铁心内圆和转子铁心 外圆上都布有齿槽。在定、 转子铁心槽中分别嵌放着 两个轴线在空间互相垂直 的分布绕组，即两极两相 绕组。
9.1.2 旋转变压器的结构
ER13 4.44 fWRmu f cos
=K*4.44 fWSmu f cos
=K*ES13 cos
线性旋转变压器
ER13 K*ES13 cos
下面计算ER24
ER24 K*ES13 sin
再结合
U f ES13 ER13 有
U f ES13 KES13 cos
旋转变压器的种类
结构形式：接触式和非接 触式（有刷、无刷）一体 式和分体式
函数关系：正余弦旋变、 线性旋变、特种函数旋变 极数：两极旋变和多极旋 变
用
途
作为测量元件：测量转角和转角差
作为解算元件：用于坐标运算和三角运算
属
性
角位置测量元件 基于变压器原理（电磁感应原理）
结构型的测量元件
负载运行
L 2 ER E E E cos θ K sin θ 13 R13 R13q R e 13
互感电动势
转子中的电动势 自感电动势
如何来补偿掉负载时输出电压的畸变呢？
L ER 13 ER cos θ
还有两个绕组没有充分利用！！！
副边补偿方法 副边补偿原理是，副边 两个绕组都接负载，使 交轴磁势互相抵消。 两个磁势的直轴分量方 向相同，交轴分量则方 向相反，互相抵消。若 能使二者幅值相等，交 轴磁势就完全抵消。
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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
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
12
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 K uU f sin Ec K uU f cos
sq 将在其中感应电动势
E sqs 4.44 fN 2 k W2 sq cos 4.44 fN 2 k W2 s cos2 4.44 fN 2 k W2 Fs cos2 2f ( N 2 k W2 ) 2 I s cos2 I s x m cos2
xm 2f ( N 2 k W2 ) 2 为绕组电抗， 为磁路的磁导。
E c 4.44 fN 2 k W2 m cos Es 4.44 fN 2 k W2 m cos(90 ) 4.44 fN 2 k W2 m sin
N1k W1 为定子绕组的有效匝数；
N 2 k W2 为转子绕组的有效匝数。
Es K u E f sin E c K u E f cos
Es K uU f sin Ec K uU f cos
N 2 k W2 Ku N1k W1
旋转变压器的变比
忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则 Ef U f
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
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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
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。
图7-3正弦绕组接负载 Z L Bsd Bs sin 作用与空载相同 I s Bs Bsq Bs cos 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
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。
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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
图7-4输出特性的畸变
xm cos2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 项， ZL
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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
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。
7.2.2输出特性的补偿
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
由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为
E U I Z E s sqs Ls s s
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I Z 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 式中 U Ls s L
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
jI x cos2 将E sqs s m
I Z 代入 E E U I Z 和 U Ls s L s sqs Ls s s
E s 得：I s Z L Z s jxm cos2
Es K uU f sin
U Ls K uU f sin K uU f sin Z x x 1 s j m cos2 1 j m cos2 ZL ZL ZL
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
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，
Es K uU f sin Is Zs ZL Zs ZL Ec K uU f cos Ic Zc Z Zc Z
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。
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。 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
E f 4.44 fN 1 k W1 m