旋转变压器原理种类及选用
旋转变压器的结构和原理
旋转变压器是一种常用的转角检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此被广泛应用在数控机床上。
一、旋转变压器的结构
旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可分为定子和转子两大部分。
定子和转子的铁心由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。
它们的绕组分别嵌入各自的槽状铁心内。
定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。
转子绕组有两种不同的引出方式。
根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。
它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。
附加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形，分别固定于转子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。
旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器原边线圈连在一起，在附加变压器原边线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合，经附加变压器副边线圈间接地送出去。
这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。
常见的立创商城旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。
两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。
除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。
旋转变压器原理种类及选用
目录
• 旋转变压器原理 • 旋转变压器种类 • 选用旋转变压器的考虑因素 • 常见问题与解决方案 • 案例分析
01
CATALOGUE
旋转变压器原理
旋转变压器工作原理
01
旋转变压器是一种基于电磁感 应原理的传感器，通过测量旋 转角度或角速度来输出电压信 号。
02
当转子转动时，磁路中的气隙 大小发生变化，从而改变线圈 的磁通量，在线圈中产生感应 电动势。
旋转变压器应用领域
工业自动化
用于测量和控制各种机械设备的旋转角 度和角速度，如伺服电机、减速机、泵
等。
汽车
用于检测车轮的角度和转速，实现车 辆的防抱死制动系统和四轮定位等功
能。
航空航天
用于测量飞行器的姿态、位置和角速 度，保证飞行器的稳定性和导航精度 。
机器人
用于机器人的关节角度和角速度测量 ，实现机器人的精确控制和自主导航 。
THANKS
感谢观看
03
感应电动势与转子的位置和转 速有关，通过测量这个感应电 动势，可以确定转子的位置和 转速。
旋转变压器分类
根据相数分类
单相旋转变压器和多相旋转变压器。单相输出一个电压信号，多相输出多个电压信号，具有更高的分辨率和精度 。
根据结构分类
接触式旋转变压器和无接触式旋转变压器。接触式旋转变压器具有较高的测量精度和稳定性，但需要定期维护和 更换易损件；无接触式旋转变压器通过光电、磁等非接触方式测量，具有较长的使用寿命和较低的维护成本。
精度和线性度
精度
选择具有高精度和低误差的旋转变压器，以 满足系统对测量和控制精度的要求。
线性度
考虑旋转变压器的线性范围和线性度，确保 其输出信号与输入信号成正比。
旋转变压器
封闭式 适用于恶劣环境 小机座号采用一刀通结构 12 20小机座号机壳采用不锈钢 36 45 55 大机座号采用硬铝 28号两者都用 无接触式：有限转角 无限转角
Z3 θ Eq12 BZq Z2
Bq12 Z1 Bz B Zd
ER1
Z4
IR1
ZL
旋转变压器有载时，输出特 性的畸变，主要是由交轴磁 通引起的。为了消除畸变， 就必须设法消除交轴磁通的 影响。消除畸变的方法称为 补偿。
§4-2 正余弦旋转变压器的工作原理
三、二次侧补偿
利用余弦输出绕组中电流产生 的交轴磁势抵消正弦绕组中电 流产生的交轴磁势。
第4章 旋转变压器
§4-2 正余弦旋转变压器的工作原理
二、负载运行
I r1 KuU f sin
Z s ( Z r Z l 1 ) 2 2 ( Z r Z l 1 K u Z s ) jKu X m cos2 jX m
KuU f sin U r 1 I r1 Z l 1 2 Z r Z l 1 Z s Ku Z s jX m 2 (1 ) Ku cos2 Z l1 jX m Z l1 Z l1
用于解算装置中的旋变
正余弦旋转变压器 线性旋转变压器
在一定工作转角范围内，输出电压与转角成线性关系 正余弦旋转变压器绕组不同连接/单绕组线性旋转变压器
比例式旋转变压器
增加调整和锁紧转子位置的装置，其他与正余弦旋转变压器结构相同
特殊函数旋转变压器
用于随动系统中的旋变
旋转变压器原理种类及选用PPT资料42页
第一章 旋转变压器
特殊函数旋转变压器的结构与正余弦旋转变压器基 本相同，它采用一系列含有各次谐波的绕组，使谐波磁 场产生的合成电动势在任意转角位置时逼近给定函数， 从而实现输出电压与转角之间成任意函数的关系。
对于含有各次谐波的同心式不等匝绕组，根据叠加 原理和谐波分析的方法，在正弦分布绕组的基础上得到 下列输出电压的表达式
关系的线性旋转变压器。
-12-
第一章 旋转变压器
U1E1kuE1cos
UR2kuE1sin
UR21kuksu cinosU1 （1-10）
S1
R1
R3
D
U1
S3
S2
S4 R4
图1-6 线性旋转变压器
Z L2 R2
-13-
第一章 旋转变压器 根据上式，当电源电压一定时，旋转变压器的输出
第一章 旋转变压器
第二节 线性旋转变压器
线性旋转变压器的输出电压与转角成正比。当转 角θ很小时，
sin
U R 2ku U 1sin ku U 1 （1-5）
当转角θ较大时，这种线性函数关系便不再适用。
事实上，对正余弦旋转变压器的连线进行适当改
接，可以得到较大转角范围内输出电压与转角呈正比
f () F() F(m)
-18-
第一章 旋转变压器
选取n个转角值，记下对应的给定函数值，由式（114）可以得到下面n个方程
(1)f(1)(e1sin1 e3sin31 e5sin51esin1) (2)f(2)(e1sin2 e3sin32 e5sin52 esin2)
畸变是必须消除的，下面首先分析畸变产生的原 因，然后介绍消除畸变的措施。
-7-
旋转变压器的工作原理及应用
旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
什么是旋转变压器以及应用方式什么是旋转变压器以及应用方式旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴幅方式。
5--旋转变压器的结构及原理
第一大题：旋转变压器结构 旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可分为定子和转子两大部分。
定子和转子的铁心由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。
它们的绕组分别嵌入各自的槽状铁心内。
定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。
转子绕组有两种不同的引出方式。
根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。
图1是有刷式旋转变压器。
它的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。
图1 有刷式旋转变压器图2是无刷式旋转变压器。
它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。
附加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形，分别固定于转子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。
旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器原边线圈连在一起，在附加变压器原边线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合，经附加变压器副边线圈间接地送出去。
这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。
89作业文本格式一般，内容丰富多彩图2 无刷式旋转变压器目前无刷旋转变压器有两种结构形式。
一种称作为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作为磁阻式旋转变压器。
1）环形变压器式旋转变压器图1示出环形变压器式无刷旋转变压器的结构。
这种结构很好地实现了无刷、无接触。
图中右侧部分是典型的旋转变压器的定、转子，在结构上和有刷旋转变压器一样的定、转子绕组，作信号变换。
左侧是环形变压器。
它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。
转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压器完成。
2）磁阻式旋转变压器图2是一个10对极的磁阻式旋转变压器的示意图。
磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。
但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。
旋转变压器的工作原理应用
旋转变压器的工作原理应用1. 引言旋转变压器是一种特殊的变压器，它具有旋转部件，能够在不停止供电的情况下改变输出电压。
本篇文档将介绍旋转变压器的工作原理及其应用。
2. 工作原理旋转变压器由输入绕组、输出绕组和旋转部件组成。
当电源连接到输入绕组时，原始电压通过感应作用传递给旋转部件。
旋转部件上的输出绕组通过电磁耦合将电能传递给负载。
通过旋转变压器的旋转部件，可以改变输出电压的大小。
3. 应用场景旋转变压器由于其特殊的工作原理，被广泛应用于许多领域。
以下是旋转变压器的一些常见应用场景：• 3.1 高压输电线路旋转变压器可以用来调整高压输电线路的电压水平。
在电力输送过程中，有时需要将高压电能转化为更适合特定负载的低电压。
旋转变压器的可调节输出电压使其成为这个过程的理想选择。
• 3.2 机械传动系统旋转变压器也可用于机械传动系统中，以调整电动机的转速和输出扭矩。
在某些应用中，需要根据负载要求来改变电动机的输出功率。
旋转变压器可以通过调整电动机的输入电压来实现这一目的，而无需改变传动系统的其他部件。
• 3.3 可变电源旋转变压器可用于制造可变电源，以供各种设备和实验使用。
通过调整旋转变压器的输出电压，可以满足不同设备对电源的要求。
这在实验室中特别有用，因为不同实验可能需要不同的电源电压。
• 3.4 交通信号灯旋转变压器还可以用于交通信号灯系统中。
不同交通信号灯可能需要不同的电压来点亮。
通过使用旋转变压器，可以根据需要调整信号灯的电压，从而实现有效的交通控制。
4. 总结旋转变压器是一种能够在不停止供电的情况下改变输出电压的特殊变压器。
它在高压输电线路、机械传动系统、可变电源和交通信号灯等领域有广泛的应用。
通过调整旋转变压器的旋转部件，可以实现输出电压的灵活调节。
因此，旋转变压器在各种需要可调节电压的场景中起到了重要的作用。
以上就是旋转变压器的工作原理及其应用的介绍。
希望本文可以帮助读者更好地理解和应用旋转变压器。
旋转变压器原理及应用
旋转变压器原理及应用上海赢双电机有限公司曲家骐⒈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。
早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。
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。
这些函数是最常见的，也是容易实现的。
在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。
但这样的函数只用于特殊的场合，不是通用的。
60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服系统，作为角度信号的产生和检测元件。
三线的三相的自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。
所以作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。
随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。
所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。
由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。
特别是，在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。
旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变”。
俄文里称作“ВращающийсяТрансформатор” ，词义就是“旋转变压器”。
英文名字叫“resolver”，根据词义，有人把它称作为“解算器”或“分解器”。
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。
随着电子工业的发展，电子元器件集成化程度的提高，元器件的价格大大下降；另外，信号处理技术的进步，旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠，价格也大大下降。
旋转变压器
应用
旋转变压器旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是 高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。由于旋转变压器以上特点，可完全替代光 电编码器，被广泛应用在伺服控制系统、机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、 船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角度、位置检测系统中。也可用于坐 标变换、三角运算和角度数据传输、作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。
图1是有刷式旋转变压器。它的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与 滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。
图1有刷式旋转变压器
图2无刷式旋转变压器
图2是无刷式旋转变压器。它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。附加变压器的原、副边铁心及 其线圈均成环形，分别固定于转子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器 原边线圈连在一起，在附加变压器原边线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合，经附加变压器 副边线圈间接地送出去。这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及 使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。
旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四 极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检 测系统。
分类
旋转变压器按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：
1.正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
结构
旋转变压器工作原理ppt课件
按旋转变压器的输出电压和转子转角间的函数 关系, 旋转变压器可分为正余弦旋转变压器、 线性旋转变压器以及比例式旋转变压器。
按有无电刷与滑环间的滑动接触来分类，旋转 变压器可分为接触式和无接触式两大类，其中 无接触式旋转变压器运行可靠，抗震动，适应 恶劣环境。
04 旋转变压器的使用
旋转变压器在EPS系统上面的应用
EPS是一个典型的电机伺服系统。在EPS中,汽车转向时,转矩传感器检测到转向盘的力 矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元,电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和 车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令,使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以 产生助动力。
04 旋转变压器的使用
旋转变压器在袜机、织布机上面的应用
旋转变压器在纺织机械上面，尤其以袜机为主，织布机、梳棉机上面也越来越大面积 开始使用，主要是由于旋转变压器相比光电编码器有极大的优势，诸如抗震动、耐油污、 寿命长等优点，特别适合纺织行业的S4工作制。
04 旋转变压器的使用
旋转变压器在油田电机上面的应用
4.3 旋转变压器的使用原则
(1) 旋转变压器应尽可能在接近空载的状态下工作。因此，负载阻抗应远大于旋转变压器的输出 阻抗。两者的比值越大，输出电压的畸变就越小。
(2) 使用时首先要准确地调准零位，否则会增加误差，降低精度。 (3)励磁一方两相绕组同时励磁时，即只能采用二次侧补偿方式时，两相输出绕组的负载阻抗应 尽可能相等。
EPS必须满足很高的实时性和较高的精度要求,同时,要确保其具有高的可靠性。无刷旋 转变压器是较好的选择。
旋转变压器原理种类及选用
显然应小 于1 给
2
定函数所取的点数n，即要求 。另外，所1 能n 选取的谐 2
波项数ν受到槽数限制，不可过多，否则齿谐波的影响
不可忽略。因此，项数ν不能随意选取，ν值越大，函数
逼近的计算精度就越高，但计算也越复杂，齿谐波的影
响也越严重。实际设计时应合理选择ν值，并通过与实验
样机的对比进行必要的修正。
(5) 开路输入阻抗（空载输入阻抗）。 输出绕组开 路时，从励磁绕组看进去的等效阻抗值。标准开路输 入阻抗有200、400、600、1000、2000、3000、 4000、6000和10000等几种。
-24-
第一章 旋转变压器
二、旋转变压器的误差和精度 1. 旋转变压器的误差种类
(1) 函数误差。 函数误差是评价正余弦旋转变压器 性能的主要指标， 它是指旋转变压器励磁绕组加上额 定电压，补偿绕组短路时， 在不同的转子转角下，两 个输出绕组实际输出特性和理想输出特性间的最大差 值与理论上输出电压的最大值的百分比，其误差范围 一般为0.02% ～0.1% 。函数误差直接影响作为解算 元件的解算精度。
-3-
第一章 旋转变压器
第一节 正余弦旋转变压器
一、基本结构
S1 励磁绕组 R1
R3
D
U1
S3
S4
补偿绕组
余弦输出绕组
S2 (a)
R4 正弦输出绕组 R2
(b)
图1-1 旋转变压器的绕组结构
(a) 定子绕组 (b) 转子绕组
-4-
第一章 旋转变压器
二、工作原理 1. 空载运行分析
励磁电压
U () E ksikn (k1 ,3 ,5, ) （1-11）
《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 。
旋转变压器组成和工作原理
旋转变压器组成和工作原理
旋转变压器是由旋转变压器本身和传动系统组成的，旋转变压器由固定绕组（或称定子绕组）和旋转绕组（或称转子绕组）组成。
固定绕组通过定子铁核实现，而旋转绕组则通过转子铁核实现。
传动系统由电动机、减速器等部件组成，用于实现旋转绕组的运动。
旋转变压器的工作原理是基于电磁感应的原理。
当定子绕组中通有交流电流时，产生的磁场会穿过转子绕组，由于转子绕组与定子绕组之间的磁耦合作用，转子绕组中也会形成磁场。
当转子绕组中有载流导体时，由于磁场的变化，会在载流导体中感应出电动势，进而产生电流。
这样就实现了电能从定子侧传输到转子侧，完成了电能的变压和变频。
旋转变压器可以具有变压变频的功能，通过调节定子绕组中通入的交流电压和频率，可以实现对转子绕组中的输出电压和频率进行调节。
旋转变压器主要应用于需要变压变频的场合，如变频驱动系统、风力发电系统等。
其优点是结构紧凑、效率高、输出稳定，适用于各种工况要求。
旋转变压器PPT课件
多相旋转变压器具有较 高的精度和线性度，适 用于高精度测量和控制 系统中。
根据用途分类：旋转变 压器可分为标准型和特 殊型两种类型。
标准型旋转变压器主要 用于测量和控制系统中， 而特殊型旋转变压器则 根据特定需求进行定制， 如用于高温、高压、腐 蚀等恶劣环境下的旋转 变压器。
03 旋转变压器的应用
对安装和调整要求较高
旋转变压器的安装和调整要求较 高，需要专业的技术人员进行操 作，否则可能会影响测量精度和 稳定性。
对工作环境要求较高
旋转变压器对工作环境的要求较 高，需要在干燥、无尘、无振动 的环境中工作，以确保测量精度 和稳定性。源自 05 未来旋转变压器的发展趋 势
提高精度和稳定性
优化设计
智能化控制
通过改进结构设计、优化材料和制造 工艺，提高旋转变压器的精度和稳定 性。
结合传感器技术和控制算法，实现旋 转变压器的智能化控制，提高其稳定 性和可靠性。
误差补偿技术
采用先进的误差补偿技术，如数字补 偿技术，对旋转变压器的输出进行精 确调整，提高其测量精度。
降低成本和体积
优化生产工艺
通过改进生产工艺和降低制造成 本，实现旋转变压器成本的降低。
01
旋转变压器主要由定子 和转子组成。
02
定子上有励磁绕组，而 转子上则有感应绕组。
03
04
定子和转子之间存在气 隙，以减少磁阻并提高 磁耦合效率。
旋转变压器的结构紧凑， 通常用于高精度测量和 控制系统中。
旋转变压器的工作原理
01
02
03
04
当励磁绕组中通入交流电时， 会在定子中产生一个旋转磁场
。
详细描述
在汽车领域，旋转变压器用于检测曲轴位置、气门开度等，实现发动机的精确控制；在航空领域，旋转变压器用 于检测飞行器的姿态和角位置；在能源领域，旋转变压器用于风力发电机的转速和角度监测；在工业自动化领域， 旋转变压器用于数控机床、包装机械等设备的运动控制和位置检测。
旋线式旋转变压器简介讲解
1.3 旋转变压器分类
8
电机
静止的电气设备——变压器
直流电机
直流发电机 直流电动机
旋转电机 控制电机
交流电机 旋转变压器 --------------
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磁同步门机，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
光电编码器在工业控制和自动化领域应用 非常广泛。适用于测量的物理量有：速度； 长度；角度；位置
3.2 光电编码器介绍
零位 外圈 内圈
光电 转换
零位脉冲 A相脉冲 B相脉冲
3.2 光电编码器介绍
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻 璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性 好，精度高；金属码盘直接以通和不通刻线，不 易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制 ，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级；塑料 码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性 、寿命均要差一些。
1.4 旋转变压器电气参数
12
5）阻抗 和初、次级之间相互角度位置有关，测量时应 该取特定位置，将旋转变压器看成四端变压器网络。
当测量初级参数时，对初级绕组施加电压，当测量次 级参数时，对次级绕组施加电压。
4个阻抗：
开路输入阻抗
开路输出阻抗
短路输入阻抗
短路输出阻抗
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。
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。
旋转变压器
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
6.3.4 原边补偿的正余弦旋转变压器
接线方式
用原边补偿的方法也可以消除交 轴磁通的影响。定子D1-D2励磁绕 Uf1 组接通交流电压 ，定子交轴绕组 D3-D4端接阻抗Z; 转子Z3-Z4正弦绕 组接负载ZL, 并在其中输出正弦规 律的信号电压; Z1-Z2绕组开路。
第6章 旋转变压器
证明
设K为常数, 通过Z1-Z2绕组的电流为IR1 , 产生的磁
势为 FR1 ; 通过Z3-Z4绕组的电流为 IR2 , 产生磁势 为 FR 2 , 则
FR1 FR 2
KI R1 KI R 2
FR1q FR1 sin KIR1 sin
交轴磁势
角机的电磁理论, 磁密 BD 将在副边即转
子的两个输出绕组中感应出变压器电势。
第6章 旋转变压器
感应电势
D1D2绕组： ED j4.44 fWDm
ED 4.44 fWDm
副边绕组感应电动势的最大值为：
Emax 4.44 fWRm ER
副边感应的两相电势在时间上同相位, 而有效值与对应 绕组的位置有关。
交轴分量Bzq
BZq BZ cos
交轴磁通Φq必定和BZq 成正比
q BZ cos
设匝链Z3-Z4输出绕组的磁通为Φq34
q34 qcos BZ cos2
Φq34在 Z3-Z4的感应电势为： θ
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400Hz两种。选择时应根据自己的需要，一般工频 50Hz的使用起来比较方便，但性能会差一些，而 400Hz的性能较好，但成本较高，故应选择性价比比较 适中的产品。
-23-
第一章 旋转变压器
-25-
第一章 旋转变压器 (2) 零位误差。 零位误差也是评价正余弦旋转变压
器性能的主要指标，它是指旋转变压器励磁绕组加上额 定电压，补偿绕组短路时，两个输出绕组的实际电气零 位与理论电气零位之差。以角分表示，误差范围一般为 2’～10’。零位误差直接影响计算和数据传输系统的 精度。
-26-
第一章 旋转变压器 (3) 线性误差。 线性误差是评价线性旋转变压器性
sinj
e3
sin3j
j1
sinj
e
sinj
j1
sinj
（1-16）
-20-
第一章 旋转变压器
求解上述代数方程组，得到 e1,e3,。e5 根e 据式（112），可以计算出所需各次谐波的绕组系数
Kw k(1)k2 1k2e e1 k
(k1,3,5, )
（1-17）
进而根据基波绕组的设计完成各次谐波绕组的设计。
(3) 励磁一方只用一相绕组时，另一相绕组应该短路 或接一个与励磁电源内阻相等的阻抗。
(4) 励磁一方两相绕组同时励磁时，即只能采用二次 侧补偿方式时，两相输出绕组的负载阻抗应尽可能相 等。
-29-
第一章 旋转变压器
四、旋转变压器的应用实例 1. 解算元件
••
•
ΔUUR 2U20
U R2U 2U 1sin
（1-15）
-19-
第一章 旋转变压器
应用最小二乘法，令相对误差的平方和
即令偏导数
，由Δ此( j )得 0到方程组
ek
Δ(j ) 最n小2，(j ) j1
n
n
n
f (j )sinj e1 sinj sinj e3 sin3j sinj e
n
sinj sinj
j1
j1
j1
j1
n
n
第一章 旋转变压器
q2qco sLco2s
Eq2q2co2s
E2sinEq2
破坏了输出电压随转角作正弦函数变化的关系。
为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消 除的方法有两种，即一次侧补偿和二次侧补偿。
-9-
第一章 旋转变压器
3. 畸变补偿 (1) 一次侧补偿
S1
R1
•
U1
S3
•
IC
S4
不可忽略。因此，项数ν不能随意选取，ν值越大，函数
逼近的计算精度就越高，但计算也越复杂，齿谐波的影
响也越严重。实际设计时应合理选择ν值，并通过与实验
样机的对比进行必要的修正。
-22-
第一章 旋转变压器
第四节 旋转变压器的选用
一、旋转变压器的主要技术数据 (1) 额定电压。 指励磁绕组应加的电压，有12、16、
给定函数最大值
ek
Ek
F ( m )
（1-13）
-17-
第一章 旋转变压器 输出电压与给定函数的相对误差为
()F (F )( m U )()f() keksik n （1-14）
f () F() F(m)
-18-
第一章 旋转变压器
选取n个转角值，记下对应的给定函数值，由式（114）可以得到下面n个方程
第一章 旋转变压器
事实上，要满足R2r X2r的关系是比较困难的， 尤其在高频
移相器中 R2r X2r 。为保证移相器的精度， 可以在转子正弦输
出绕组R3-R4支路中再串接一个补偿电阻Rc，如图1-10所示，并 且满足
R2r RCX2r
R
•
U1
S3
S1
R1
R3 RC C
•
I R1
•
IR 2
•
U2
S4
-15-
第一章 旋转变压器
特殊函数旋转变压器的结构与正余弦旋转变压器基本 相同，它采用一系列含有各次谐波的绕组，使谐波磁场 产生的合成电动势在任意转角位置时逼近给定函数，从 而实现输出电压与转角之间成任意函数的关系。
对于含有各次谐波的同心式不等匝绕组，根据叠加原 理和谐波分析的方法，在正弦分布绕组的基础上得到下 列输出电压的表达式
旋转变压器原理种类及选用
第一章 旋转变压器
第一节 正余弦旋转变压器
一、基本结构
S1 励磁绕组 R1
R3
•
D
•
U1
S3
S4
补偿绕组
余弦输出绕组
S2 (a)
R4 正弦输出绕组 R2
(b)
图1-1 旋转变压器的绕组结构
(a) 定子绕组 (b) 转子绕组
-4-
第一章 旋转变压器
二、工作原理 1. 空载运行分析
•
•
I
R1
E2 (cos
R
sin )
1
jC
（1-21）
-32-
第一章 旋转变压器
选择移相回路参数，
R 1 C
•
I•R1E2(cossin) 1
R
1j
（1-22）
式（1-20）
•
•
U2
E2
ej(45o )
2
（1-23）
•
•
当忽略绕组漏阻抗压降时，E2 ku U1 ， 因此上式表
明，在满足一定的参数配合关系时，输出电压
(1) f(1)(e1si n1 e3si n31 e5si n51 e sin 1)
(2)f(2)(e1sin2 e3sin32 e5sin52 esin2)
(j)f(j)(e1sinj e3sin3j e5sin5j esinj)
(n)f(n)(e1sinn e3sin3n e5sin5n esinn)
U1E1kuE1cos
UR2kuE1sin
UR21kuksu cinosU1 （1-10）
S1
R1
R3
•
D
•
U1
S3
S2
S4 R4
图1-6 线性旋转变压器
Z L2 R2
-13-
第一章 旋转变压器 根据上式，当电源电压一定时，旋转变压器的输出
电压随转角θ的变化曲线如图1-7所示。
U R2
-180 -120 -60
0 60 120 180
ku 0.56~0.57
图1-7 线性旋转变压器的输出特性
-14-
第一章 旋转变压器
第三节 特种函数旋转变压器*
特种函数旋转变压器是一种新型的旋转变压器，它可 以实现与转角成正割函数、弹道函数、对数函数等特殊 函数的电压输出，在装置中可以替代体积庞大、结构复 杂、制造困难的凸轮和劈锥等机构，也是自动控制系统 中使用较为广泛的精密元件。
第一章 旋转变压器 2. 旋转变压器的精度等级
旋转变压器的精度等级表示其所允许的误差值。
-28-
第一章 旋转变压器
三、旋转变压器的使用原则 (1) 旋转变压器应尽可能在接近空载的状态下工作。
因此，负载阻抗应远大于旋转变压器的输出阻抗。两 者的比值越大，输出电压的畸变就越小。
(2) 使用时首先要准确地调准零位，否则会增加误差， 降低精度。
R
•
U1
S3
S1
R1
R3 C
•
I R1
•
IR 2
•
U2
S4
R4
R2
S2
图1-9 感应移相器的接线图
-31-
第一章 旋转变压器
忽略绕组的漏阻抗压降，根据式（1-1），可得转子 正余弦输出绕组的电压平衡方程
U• 2
•
E2
cos
•
I
R1
R
•
U
2
•
E2 sin
•
I R2
1
jC
（1-20）
•
•
I R 1 I R 2
能的主要指标， 它是指旋转变压器在一定的转角范围 (一般为±60º)， 在采用线性旋转变压器方式接线时， 转子的实际转角与理想特性上所对应转角的最大差值。
(4) 电气误差。 电气误差是评价数据传输用旋转变 压器性能的主要指标， 它是指转子的实际转角与对应 的理论转角之差，以累积误差的形式表示。
-27-
-21-
第一章 旋转变压器
最后说明函数逼近时如何选取谐波项数ν的问题。上
面是利用最小二乘法进行函数逼近的，为使式（1-16）
有解，欲求解的未知量
e1,的e3个,e5数 e 显然应小 2于1 给
定函数所取的点数n，即要求 。另外，所1 能n 选取的谐 2
波项数ν受到槽数限制，不可过多，否则齿谐波的影响
U () E ksikn (k1 ,3 ,5, ) （1-11）
k
Ek
k1
(1) 2
Kwk k2
E1
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第一章 旋转变压器
输出电压的表达式是一个项数有限的只含奇次谐波的 正弦级数，只要适当地选取各项系数（即各次谐波绕组 系数），就可以在范围内逼近任一给定函数。
输出电压的相对值取为
U * ()F U ( (m )) ke ksk in (k 1 ,3 ,5 , )
(5) 开路输入阻抗（空载输入阻抗）。 输出绕组开 路时，从励磁绕组看进去的等效阻抗值。标准开路输 入阻抗有200、400、600、1000、2000、3000、 4000、6000和10000等几种。
-24-
第一章 旋转变压器
二、旋转变压器的误差和精度 1. 旋转变压器的误差种类