旋转变压器的接口电路
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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，
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
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
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。
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
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
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。
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
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
E f 4.44 fN 1 k W1 m
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 Is Zs ZL Zs ZL Ec K uU f cos Ic Zc Z Zc Z
百度文库
图7-4输出特性的畸变
xm cos2 项， ZL
11
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
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
9
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
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
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
10
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
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
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，
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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
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
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
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
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。
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
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 Is Zs ZL Zs ZL Ec K uU f cos Ic Zc Z Zc Z
百度文库
图7-4输出特性的畸变
xm cos2 项， ZL
11
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
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
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
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
10
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
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。
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