旋转变压器 工作原理

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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。 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。
可靠性较差 成本高，可靠性较差
正余弦式 绝对式
分辨率高、通用接口 分辨率高、可绝对定位
旋转变压器
绕线式
可靠性高，高精度、可绝对定位
使用麻烦
精度偏低，使用麻烦
磁阻式
可靠性最高，结构简单紧凑
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旋转变压器的类型
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旋转变压器的类型
从电机原理来看, 旋转变压器又是一种能旋转的 变压器。 这种变压器的原、 副边绕组分别装在 定、 转子上。 原、 副边绕组之间的电磁耦合 程度由转子的转角决定, 故转子绕组的输出电压 大小及相位必然与转子的转角有关。
旋转变压器
演讲人：
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CONTENTS
概述
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旋转变压器的类型
正余弦旋转变压器
旋转变压器的使用
01
概述
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概述
旋转变压器，又称同步分解器，是一种电磁式传感器，精密测位用的机电元件，
其输出电信号与转子转角成某种函数关系。旋转变压器也是一种测量角度用的小型交
流电动机，主要用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。 作为速度及位置传感元件，常用的有这样几种：光学
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正余弦旋转变压器
3.2 正余弦变压器工作原理
1、空载运行情况
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正余弦旋转变压器
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正余弦旋转变压器
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正余弦旋转变压器
2.负载运行时的情况 在实际使用中，旋转变压器要接上一定的负载。实验表明，一旦输出绕组接上负载之后，其 输出电压不再是转角的正余弦函数。
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正余弦旋转变压器
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正余弦旋转变压器
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，特别是高温，严寒、 潮湿、高速、高振等。以及具有足够高的精度，在许多场
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。
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。
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旋转变压器的使用
旋转变压器在油田电机上面的应用
旋转变压器在油田机械上的应用主要有抽油机电机、磕头机及钻头电机上作位置反馈
下面以正余弦旋转变压器的典型结构分析。 3.1 正余弦变压器的结构 为了使气隙磁通密度分布呈正弦规律，获得在磁通耦合和电气上的良好对称性，从而提高 旋转变压器的精度，旋转变压器大多设计成隐极式的定子和转子结构。电磁部分仍由可导电的 绕组和能导磁的铁芯组成，定子转子铁芯是采用导磁性能良好的硅钢片薄板冲成的槽状片叠装
之外，还有多极旋转变压器，用于高精度检测
系统。
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旋转变压器的分类
类型
精度
工艺性
相位移
可靠性
结构
成本
有刷型
高
差
小
差
复杂
高
环变型
高
一般
比较大
好
一般
一般
磁阻型
低
好
大
最好
简单
பைடு நூலகம்
低
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正余弦旋转变压器
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正余弦旋转变压器
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,其中
定子作为一次侧，转子绕组作为变压器二次侧， 每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分,
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。
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概述
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概述
分类
优点
缺点
霍尔效应传感器
小型封装、高精度、低功耗、
由于信号等级低、读出电子设备必须靠 近信号传导设备，需要考虑读出设备受 超过其承受能力的温度和辐射影响。
增量式 光学编码器
单价低，使用方便
光敏传感器安装靠近编码器的光栅轮 .不 具备耐温性能和抗辐射性能、远距离传 输成本高。
而成。为了提高精度，通常采用铁镍软磁合金或高硅电工钢等高磁导率材料。并采用频率为
400Hz的励磁电源。结构如下图
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正余弦旋转变压器
正余弦变压器的结构图
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正余弦旋转变压器
电角度=机械角度×极对数
结构示意图 电气示意图
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正余弦旋转变压器
结构上，旋转变压器定子、转子和绕线式异步电机类似，定子绕组通过固定在机壳上的接线柱直
3.3 正余弦变压器补偿方法
二次侧补偿
一次侧补偿
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旋转变压器的使用
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旋转变压器的使用
4.1 工作方式 在实际使用中，考虑到使用的方便性和检测精度等因素，常采用四极绕组式旋转变压器。这 种结构形式的旋转变压器可分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。 1.鉴相工作方式
在正余弦绕组上施加幅值、 频率相同, 但相位差为90°的电压Ea、 Eb:
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旋转变压器的使用
旋转变压器在塑料机械上的应用主要以注塑机和塑料挤出机械为主，在注塑机上面主 要是作为速度反馈元件，在塑料挤出机械上面主要是作为位置反馈元件，因为塑料机械设 备上面环境非常恶劣，光编无法使用，但正好符合旋转变压器适应恶劣环境的特性。目前 注塑机上面整个行业基本都在使用旋变
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旋转变压器的使用
Ea=E0cosθ1sinωt Eb=E0sinθ1sinωt
转子的感应电压为 E =KEb cosθ-KEa sinθ =KE0(sinθ1cosθ-cosθ1sinθ)sinωt =KE0sin(θ1-θ)sinωt
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旋转变压器的使用
4.2 旋转变压器的误差 旋转变压器的误差有函数误差、零位误差、线性误差、电气误差、输出相位移等几个方面，误 差的原因有绕组谐波、齿槽效应、磁路饱和、材料、制造工艺、交轴磁场等。改进措施为严格控 制加工工艺，采取补偿方法等。
元件，因为其环境较恶劣，有大孔径要求等
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旋转变压器的使用
旋转变压器应用于风力发电的变浆电机中
感谢聆听
《旋转变压器》
演讲人：
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。
按电机极数的多少来分，常见的旋转变压器一 般有两级绕组和四极绕组两种结构形式，两级 绕组变压器的定子和转子各有一对磁极。除此
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。
接引出。定子和转子之间的空气隙是均匀的，气隙磁场一般为两极。
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正余弦旋转变压器
定子绕组端点直接引致接线板上，而转子有两种不同的引出方式。根据引出方式的不同，旋转 变压器分为优刷式和无刷式，有刷式特点是结构简单、体积小，但是因为电刷和滑环是机械滑动 接触的，所以它的可靠性差，寿命也较短。 无刷旋变如下图所示，其结构分为两大部分，即旋变本体和附加变压器。附加变压器一次侧和 二次侧铁芯及其线圈均为环形，分别固定在转子轴和机壳上。旋变转子线圈和附加变压器一次侧 线圈连接在一起。
Ea=E0cosω t Eb=E0sinω t
则定尺(或转子)绕组的感应电势为
E =KEb cosθ -Kea sinθ =KE0(sinω tcosθ -cosω tsinθ )
=KE0sin(ω t-θ )
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旋转变压器的使用
2.鉴幅工作方式 在定子的两绕组上施加频率、 相位均相同, 但幅值按某角度作正、 余弦变化的 电压Ea、 Eb:
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旋转变压器的使用
旋转变压器的应用，近期发展很快。除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外， 在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。特别应该提出的是，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。