第七章直线电动机7.1直线直流电动机7.1.1工作原理

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第一节 旋转变压器
2 结构
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。定、转子铁心由导磁性能良好的电工 钢片叠成，定子铁心内圆和转子铁心外圆上均布有齿槽。
在定子槽中分别布置有 两个空间互成90o的绕组，一
个是定子激磁绕组，一个为 定子交轴绕组(补偿)，两套 绕组的结构是完全相同的。
FR13q

ERWR sin cos
Z L Z13
I
' R

ER 24
Z
' L

Z 24

ER sin
Z
' L

Z 24

FR 24 q

I R' WR
c os

ERWR sin cos
Z
' L

Z 24
设FR13q

FR 24 q

ZL

Z13

Z
' L

Z 24
若Z13

Z 24
5 主要性能指标
D1 BD
Us1
D3
D4
ED
电气误差、正余弦函数误 差和零位误差直接影响解算装 置和数据传递系统的精度，所 以正余弦旋转变压器的精度等
D2
级由这三种误差来决定。
Z1

ER1
Z4
Z3
ER2
Z2 33
第一节 旋转变压器
5 旋转变压器的应用
旋转变压器广泛应用于解算装置和高精度随动系 统中及系统的装置电压调节和阻抗匹配等。在解算装 置中主要用来求解矢量或进行坐标转换、 求反三角函 数、 进行加减乘除及函数的运算等等; 在随动系统中 进行角度数据的传输或测量已知输入角的角度和或角 度差; 比例式旋转变压器则是匹配自控系统中的阻抗 和调节电压。
过阻抗闭合，就有电流。称为原边补
偿。补偿绕组或交轴绕组 阻抗 。Z S
。S 2补S 4偿
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第一节 旋转变压器
3 工作原理 （3）原边补偿的正余弦旋转变压器
激磁电源内阻抗 Z f。 Zs Z f 负载电流产生的交轴磁势完全被 抵消，称原边对称补偿。电源内 阻很小，所以可以把补偿绕组直 接短路。 优点：简单。 缺点：输入电流及阻抗与转角有关。
差，误差的大小与转角和负载电流有关。转角为45°时误差最
大。负载电流越大，误差
也越大。
输出电压的大小取决
于磁场。转子负载 电流
改变磁场，引起输出误差。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
（2）负载运行
定量分析。将转子电流磁密分解 为直轴分量和交轴分量。副边电
流产生的直轴磁密被激磁绕组电
流的负载分量抵消。原边电流不 能产生交轴磁势，不能抵消转子 负载电流磁密的交轴分量，转子 电流磁密的交轴分量将完全存在
输出电压之比。误差范围为：（0.02~0.3）%。
这种误差直接影响作为解算元件的解算精度。
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第一节 旋转变压器
5 主要性能指标 （2）线性误差x
x的含义为：线性旋转变压器在工作转角范围内，在不同转
角时，实际输出电压和理论值之差对理论最大输出电压之比。误
差范围为：（0.05~0.3）%。工作转角范围一般为 ± 60。。
在转子槽中分别布置有两 个空间互成90o的绕组，一个正 弦输出绕组，一个余弦输出绕
组，两套绕组的结构是完全相 同的。
定、转子间的气隙是均匀的，气隙磁场一般为两极。定子绕 组引出线可直接引出或接到固定的接线板上，而转子绕组引出线 则通过滑环和电刷引出。
8
第一节 旋转变压器 2 结构
9
第一节 旋转变压器 2 结构
电压的（0.01~0.04）%。
ER2 = - kμ ED sinθ
第一节 旋转变压器
5 主要性能指标 （6）输出相位移
D1 BD
输出电压基波分量与
Us1
D3
D4 输入电压基波分量的相位
ED 差叫输出相位移。误差范围
D2
为： 3 。 ~22。。
Z1

ER1
Z4
Z3
ER2
Z2 32
第一节 旋转变压器
最大的输出电压有效值
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第一节 旋转变压器
4 线性旋转变压器
输出电压与转角成正比，即 U=k 的旋转变压器叫作线性旋
转变压器。
正余弦旋转变压器在转角 很小时，sin ，输出电压近似
可以看成是转角的线性函数；若要求线性度在0.1%范围内（输出
特性与理想直线偏差的相对值），则角不能超过4.5o。若转角范
ER1
Z4
arctg ER2
Z3
ER2
ER1
29
Z2
第一节 旋转变压器
5 主要性能指标 （4）零位误差0
D1
正余弦旋转变压器定子一相绕
BD
组短接，另一相绕组加额定激磁电
Us1
D3
D4
压时，两相输出绕组电压的基波同
Z1

ER1
ED
D2
Z4
相分量为 0 时叫做电气零位。实际
电气零位与理论电气零位（0 。， 90 。，180 。，270 。）之差叫做零
当转子旋转到E1cos= E2 时，电机停止。
图示旋转变压器作控制式运行, 1=150, 2=100。试求 输出绕组的协调位置和失调角？

Z
' L

ZL
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第一节 旋转变压器
3 工作原理 （2）副边补偿的正余弦旋转变压器
转子直轴磁势
FR13 d

ERWR cos2
ZL Z13
, FR24d

IR' WR sin

ERWR
Z
' L

Z 24
sin2
副边对称补偿时转子直轴磁势为
FRd
FR13d
FR24d

ERWR (cos2 sin2 )
ZL Z13

FRd

ERWR ZL Z13
副边对称补偿时转子直轴磁势与转角无关，旋变的输入电流 及输入阻抗与转角无关。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理 （3）原边补偿的正余弦旋转变压器
旋转变压器定子上还有一个绕组，
轴线方向正是交轴方向。在这个绕组
中通上电流，就可能抵消交轴磁势。
这个绕组中有感应电势，使该绕组通
设绕组轴线与脉振磁场轴线的夹角为
θ，该绕组的磁通的最大值Φ为 m cos
该绕组感应电势有效值E为 E Em cos
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
（1）空载运行
R1R3与S1S3轴线夹角为θ，两个输出绕组的感应电势的有效值 分别为
ER13 ER cos kuf cos
Uo(V)
理论线
实际线
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第一节 旋转变压器
5 主要性能指标 （3）电气误差d
D1 BD
Us1
D3
D4
ED
正余弦旋转变压器在不同转角位置范围， 其两个输出绕组电压之比等于相应的理论电 气角的正切（或余切）时，实际电气位置与
D2
Z1

理论电气位置的机械角度差叫做电气误差。 误差范围为： 3 ， ~18，。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
实际应用时，为了减小误差，可以同时采用原边补偿和副边 补偿。 小结 采用了补偿措施的正余弦旋转变压器的磁场是直轴方向，当
转子相对于基准绕组轴线转动 角时，正弦和余弦输出绕组输出
交流电压，相位相同，频率相同。输出电压的有效值分别为
U s U m sin
U c U m cos
Z1 BD
E1
Z3
Z4
Z2
ER1
E2
已知E1和E2值，利用旋转变压
器求反余弦函数：
arccos E2
多极旋转变压器
E1
转子加E1大小的励磁； 定子余弦绕组与外加电
源E2串联，输出控制伺 服电动机；伺服电动机
驱动旋变转子转动。
变36 比K=1
Z1 BD
E1
Z3
Z4
Z2
ER1
E2
变37比K=1

经数学推导证明，当k 0.52 时，在θ= ± 60。范围内，输出电压和转角成线性关系，
并且与理想直线相比较，误差不超过0.1%。
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第一节 旋转变压器
5 主要性能指标 （1）正余弦函数误差n n的含义为：正余弦旋转变压器原边一相加激磁
电压，另一相短接，在不同转角时，两相输出绕 组的感应电势与理论正余弦函数之差对最大理论
伺服电动机控制电压为； ER1- E2 = E1cos- E2。
伺服电动机在该电 压控制下驱动旋变 转子旋转。
当转子旋转到E1cos= E2 时，电机停止。
Z1 BD
E1
Z3
Z4
Z2
ER1
E2
变38比K=1
伺服电动机控制电压为； ER1- E2 = E1cos- E2。
伺服电动机在该电 压控制下驱动旋变 转子旋转。
旋转变压器 多极旋转变压器 感应同步器 自整角机
本章重点：旋转变压器和自整角机工作原理 本章难点：力矩式自整角机工作原理
四、教学过程：
3
第一节 旋转变压器
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)
4
第一节 旋转变压器
上海赢双电机有限公司
5
6
第一节 旋转变压器
于磁场中。
交轴磁密使磁场发生了改变。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
（2）负载运行
转子电流产生的磁势为
交轴磁势为 负载电流越大，交轴磁势以及由它引起的输出特性误差也越大
45 交轴磁势和交轴磁密最大，负载特性与空载特性之间出现最大偏差。
结论：负载时输出电压误差是由负载电流的交轴磁势引起的。
但旋转变压器又区别于普通变压器，其区别在于转、定子 间有气隙，转子可以转动，旋转变压器的二次侧线圈(输出线 圈)可随转子的转动而改变其与定子线圈的相对位置。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
（1）空载运行
旋转变压器的输出绕组是 R1R3 、R2 R4。空载时输出绕组开路 。定子绕组 S1S3 接交流激磁电压，频率为400Hz或50Hz 。产 生脉振磁场，位于 S1S3 的轴线上，并在绕组中感应出电势。
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第一节 旋转变压器 3 工作原理 （2）副边补偿的正余弦旋转变压器
副边补偿原理: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。
交轴磁势完全 抵消的条件是
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第一节 旋转变压器
3 工作原理 （2）副边补偿的正余弦旋转变压器
任课教师：李正强
2014－2015学年第二学期
本章教学:
一、教学要求：
掌握旋转变压器结构、分类和作用等概念; 掌握自整角机结构、分类和作用等概念; 理解旋转变压器和自整角机的工作原理 了解旋转变压器和自整角机的应用场所;
二、教学时间安排：2学时
2
本章教学:
三、主要内容：
第一节 第二节 第三节 第四节
有刷式旋转变压器 10
无刷式旋转变压器
第一节 旋转变压器 2 结构
旋转变压器在电气图中的图形符号如下表，外圆表示定子， 内圆表示转子。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
旋转变压器是一个能够转动的变压器，它的定子绕组相当 于普通变压器的一次侧线圈(励磁线圈)。而转子绕组就相当于 普通变压器的二次侧线圈。根据测得的输出电压，就可以知 道转子转角的大小。对励磁电压的相位移等于转子的转动角 度，检测出相位，即可测出角位移。
34
第一节 旋转变压器
5 旋转变压器的应用
1 -2 2
1
Eo
1
1
(1)测量角度差
转子相对标准位置
2
分别偏移1和2 。 磁场空间位置如图
接收机的输出与转 角之差（1-2）的 正弦成正比。
Eo=Eomsin(1-2)
旋35变发送机
旋变接收机
第一节 旋转变压器
5 旋转变压器的应用 （2）利用旋转变压器求反三角函数
1 概述
旋转变压器是一种能转动的变压器。是伺服系统中较为常见的 测量转角的元件，它属于精密的控制微电机。这种变压器的原、副 绕组分别放置在定、转子上。原、副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。
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 和比例式旋转变压器。 极数：两极旋转变压器和多极旋转变压器。
位误差。误差范围为： 3 ， ~22，。
ER1 = kμ ED cosθ
Z3
ER2
ER2 = - kμ ED sinθ
30
Z2
第一节 旋转变压器
5 主要性能指标
D1 BD
Us1
D3
D4
EDΒιβλιοθήκη D2Z1ER1
Z4
Z3
ER2
Z2 31
（5）零位电压U0
转子处于实际电气零 位时的输出电压称为零位 电压，其误差范围为额定
围较大，则旋转变压器不能满足要求。 U 为使输出电压在较大的转角范围内与
转角成正比，即 U=k ，则需改变接线。
0

24
第一节 旋转变压器 4 线性旋转变压器
忽略绕组的阻抗压降时有
U0

K sin 1 K cos
U
f
K WR /WS
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第一节 旋转变压器
4 线性旋转变压器
Uo (V)
ER24 ER cos(90 ) ER sin kuf sin
R1R3 是余弦绕组， R2 R4 是正弦绕组。 旋转变压器的输出绕组接到阻抗很大的
负载上时，可视为空载。
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第一节 旋转变压器
3 工作原理
（2）负载运行
带上负载的旋转变压器输出电压与正余弦函数之间出现误