第四章__旋转变压器
第四章旋转变压器
第四章 旋转变压器工作原理：一、二次绕组的电磁感应耦合程度由转子的转角决定。
当旋转变压器的一次侧外施单相交流电压励磁时，二次侧的输出电压将与转子转角严格保持某种函数关系。
第一节 旋转变压器的结构特点和分类结构：旋转变压器的典型结构由定子和转子两部分构成。
铁心：高磁导率的铁镍软磁合金片或硅钢片经冲制、绝缘、叠装而成。
定、转子之间的气隙是均匀的，绕组：两个轴线在空间互相垂直的分布绕组。
转子绕组引出线和滑环相接，滑环应有四个，固定在转轴的一端， 分类：按照输出电压和转子转角的函数关系来分：1) 正余弦旋转变压器（代号ＸＺ） 2) 线性旋转变压器（代号ＸＸ） 3) 比例式旋转变压器（代号ＸＬ）4) 特殊函数旋转变压器（正切函数、倒数函数、圆函数、对数函数等）按照电机极对数多少来分：单极对和多极对（可以提高系统的精度）。
按照有无电刷与滑环间的滑动接触来分：接触式和无接触式两类。
第二节 正余弦旋转变压器的工作原理4.2.1正弦绕组在旋转变压器中常用的绕组有两种形式，即双层短距分布绕组和同心式正弦绕组。
双层短距分布绕组能够达到较高的绕组精度并有良好的工艺性，但在绕组中存在一定量的谐波磁动势分量，其所引起的正余弦函数的误差达0.01%-0.07%，再加上工艺因素引起的误差，使旋转变压器的精度受到一定的限制，故双层短距分布绕组只适合对精度要求不很高的旋转变压器。
同心式正弦绕组为高精度绕组，它使各次谐波削弱到相当小，正余弦函数的误差从0.06%降到0.03%以下。
缺点为工艺性差，绕组系数低。
正弦绕组是指绕组各元件的导体数沿定子内圆或转子外圆按正弦规律分布的同心式绕组。
通常有两种分布形式：第一类是绕组的轴线对准槽的中心线，第二类是绕组的轴线对准齿的中心线。
旋转变压器大都采用这两类正弦绕组。
图4-2表示了正弦绕组中各元件在空间沿转子圆周外圆分布的情况及空间磁动势的分布情况。
为了使正弦绕组中各元件匝数沿圆周按正弦分布，各元件的匝数应满足Z)i (cosN N cm ci π12-= 正弦绕组每相的总匝数为])142cos(...3cos [cos 41Z Z Z Z N N N cm Zi ci πππ-+++==∑=4.2.2 正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器通常为两极结构，定子和转子分别安装两套互相垂直的正弦绕组。
第四章 旋转变压器。
• • •
若忽略励磁绕组的漏抗压降，则有 • •
U f ≈ −E1 空载运行理论分析 （2）定子绕组D3D4中的感应电势。 由于D1D2绕组轴线与D3D4绕组轴绕垂直，因 Φ 此，励磁磁通 Φ d 与绕组D3D4不匝链， d 将不 在D3D4绕组中感应电势。
4.2 正余弦旋转变压器的工作原理
4.2.1 空载运行理论分析 （4）转子绕组Z3,Z4中的感应电势 在Z3,Z4绕组中产生感应电势的有效值为
E2 = 4.44 fN r 2 K wr 2 Φ a = 4.44 fN r 2 K wr 2 Φ d cos a = K uU f cos α
4.2 正余弦旋转变压器的工作原理
4.2 正余弦旋转变压器的工作原理
4.2.1 空载运行理论分析 （3）转子绕组Z1,Z2中的感应电势 把磁密空间向量沿Z1,Z2轴线和Z2,Z3轴线分解 成两个分量，在Z1,Z2绕组中产生感应电势的 有效值为
E1 = 4.44 fN r1 K wr Φ r1 = 4.44 fN r1 K wr Φ d sin a = K uU f sin α
4.2 正余弦旋转变压器的工作原理
4.2.4一次侧补偿原理
励磁绕组外施单相交流电压励磁，定子交轴绕组 中接入合适的负载阻抗；而转子正弦输绕组连接 有负载阻抗，余弦输出绕组则为开路，就可以达 到完善解决交轴磁场对输出电压的影响，其接线 如右图所示。 正弦输出绕组中负载电流所产生的磁势可以分解 为直轴分量和交轴分量。磁势的交轴分量和定子 交轴绕组的轴线方向一致，它将在交轴绕组中感 应电势，并产生电流和形成磁势，这样，电机的 交轴磁场就由两部分磁势共同作用产生。交轴绕 组接入阻抗的大小将影响到交轴磁场的大小，通 常很小，它使交轴绕组近于短路状态．因此就产 生很强的去磁作用、致使交轴磁通趋于零，从而 消除了输出电压的畸变。
第四章-旋转变压器
-6-
第四章 旋转变压器
1.正余弦旋转变压器的空载运行分析
励磁电压 U
f
脉振磁场
f
E r1 E 2 sin 感应电动势 E r2 E 2 cos
变比
ku E2 E1
E r1 k u E 1 sin E r2 k u E 1 cos
-7-
-4-
第四章 旋转变压器 §4.1 正余弦旋转变压器
一、基本结构
D1
D3 If
励磁绕组
Z3 α
Z1
余弦输出绕组
Uf
D4
补偿绕组
D2
Z2
正弦输出绕组
Z4
-5-
第四章 旋转变压器 §4.2
D1 If
正余弦旋转变压器的工作原理
励磁绕组
Z3 α
Z1
余弦输出绕组
Uf
D3
D4
补偿绕组
D2
Z2
正弦输出绕组
Z4
U f I f ( Z s jX m ) j I r 1 k u X m sin 2 0 jk X sin u m I f I r 1 ( Z r jk u X m Z l 1 )
I
r1
ku U Z s ( Z r Z l1 ) jX
第四章 旋转变压器 与普通变压器类似，可以忽略定子励磁绕组的漏 阻抗压降，空载时转子输出绕组的感应电动势在数值 上就等于输出电压，所以
U U
r1 r2
k uU k uU
f f
sin cos
上式表明，旋转变压器空载时其输出电压分别是 转角的余弦函数和正弦函数，这样转子绕组Z1-Z2 就称 为正弦输出绕组，而绕组Z3-Z4称为余弦输出绕组。
微特电机第四章旋转变压器
微特电机第四章旋转变压器1.引言旋转变压器是一种特殊类型的变压器，它采用旋转结构来实现变压变比的调节。
与传统的固定变压器相比，旋转变压器具有更大的灵活性和可调节性，可以适应不同负载条件下的电压需求。
本章将介绍微特电机公司研发的一款旋转变压器，包括其工作原理、结构设计、性能参数以及应用领域等内容。
2.工作原理旋转变压器的工作原理基于电磁感应定律和旋转结构的机械转动。
通过调整转子与固定绕组之间的相对位置，可以改变绕组之间的耦合系数，从而实现变压变比的调节。
当转子与绕组之间没有相对运动时，变压器的变比为1:1，即输入电压等于输出电压。
当转子旋转时，绕组之间的耦合系数发生变化，从而实现不同的变比输出。
3.结构设计微特电机的旋转变压器采用了先进的磁力平衡技术和高强度材料制成的磁芯。
磁芯的设计旨在减小磁场漏磁和铁心损耗，提高变压器的效率和性能。
同时，采用了特殊的绕组结构和绝缘材料，确保了电压输出的稳定性和可靠性。
除此之外，旋转变压器还配备了高精度的角度传感器和控制单元，用于实时监测和调节转子位置，保证变压器的稳定工作。
4.性能参数微特电机的旋转变压器具有以下主要性能参数：-额定功率：根据客户需求可定制，通常范围在1kVA到100kVA之间。
-输入电压范围：根据客户需求可定制，通常范围在220V到660V之间。
-输出电压范围：根据客户需求可定制，通常范围在0V到440V之间。
-效率：高达98%，具有较高的能量转换效率。
-变比调节范围：根据客户需求可定制，通常范围在1:1到1:10之间。
-响应时间：微秒级响应速度，适用于需要快速反应的应用场景。
5.应用领域微特电机的旋转变压器广泛应用于各种工业领域，包括：-变频器和电机驱动系统：用于变频器输出电压的稳定调节。
-电力系统：用于电网电压调节和负载均衡控制。
-物流设备和自动化系统：用于包括输送带、起重机和机器人在内的设备的电压供应和控制。
-光伏发电系统：用于光伏逆变器中的电压调节和能量转换。
第四章 旋转变压器
jKu X m 2 cos 2
Zr Z l1 jKu2 X m 2 2 2 2 2 Z X Z Z jK X jK X sin jK X cos u m u m u m s m r l1 2 Zr Z l 2 jKu X m
2 0 jI f Ku X m sin I r1 Zr Zl1 jKu X m
i
正弦输出绕组电流、电压
I r1
Z s Z r Z l1 Z r Z l1 K u2 Z s jK u2 X m cos 2 jX m
K u U f sin
励磁回路电压方程
余弦绕组回路电压方程
K X cos I Z Z jK X 0 jI
2 f u m r2
r
l2
u
m
解得
I f Zs jX m
Ir1
jKu X m 2 sin 2
2 u
U f
Zr Z l1 jK X m Zr Z l 2 jKu2 X m sin jKuU f
第四章 旋转变压器 Resolver
本章内容：
§4-1 概述 §4-2 正余弦旋转变压器的工作原理 §4-3 线性旋转变压器 §4-4 旋转变压器的应用 §4-5 感应移相器
§4-1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，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。
微特电机第四章旋转变压器
• 转子输出电压幅值与励
转子余弦 输出绕组
磁电压幅值成正比，相对位
移是转子转角，达到测量角
位移的目的。
定子交轴 绕组
转子正弦 输出绕组
4.2.2 正余弦旋转变压器的工作原理
• 定子的励磁绕组接上励磁交流电 压，设某瞬间线圈中电流I 的方向 和产生气隙磁通方向如图4.12所示。
• 电磁耦合到转子绕组上，输出 的电动势与转角成函数关系。 •输出电压：
轴线间的夹角
E2 KVS cos机 KVC sin 机
KVm KVm
scions(调动电 t(整势si定En2子，机电励当) sc磁幅ion电值s压为t机的零α时c电，o，s跟测踪电转αs子i机n感的应变机电化) ，
E当2输是出以幅Vm值si为n(零α电时-α，机)就此α为电可时幅通由α值过电测的电=量α交子机出变，线α电用路机压=α测电α。量表电 。现出α机的大小，
Z1
D2
α
BZq
Z3 Bz BZd
Z4 IR2
向的合成磁通（主磁通）基本不变 （比空载略微减小）。
负载交轴分量BZq无外加励磁与其平 衡。因此，负载时，气隙中出现了
ZL交轴分量BZq磁场。
Z2
4.2 正、余弦旋转变压器
D1
∑BD D3 Us1
BD D4
• BZd对BD起去磁作用，直轴主磁通
（ ∑BD ）基本不变，所以负载直轴 磁通对输出电压畸变的影响小。
US=Umsinα 在Z1-Z2中 UC=Umcosα 在Z3-Z4中
4.2 正、余弦旋转变压器
➢ 正余弦旋转变压器空载运行
Z1-Z2，Z3-Z4和D3-D4开路 ，假设转子绕组匝数相同
励磁绕组的感应电势：
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 》PPT课件_OK
3、按使用要求分类
解算装置：正余弦旋转变压器 输出电压与转子转角成正余
弦函数关系
线性旋转变压器 输出电压与转子转角成线性关系
比例式旋转变压器 作为调整电压的比例元件
特殊函数旋转变压器
随动系统：旋转变压器发送机
旋转变压器差动发送机
旋变变压器
2
二、旋转变压器结构 旋转变压器结构与绕线式异步电动机类似。 铁芯:定子、转子铁芯采用高磁导率的铁镍硅钢片冲叠而成; 绕组：在定子铁芯和转子铁芯上分别安装有两个在空间上互相 垂直的高精度正弦绕组； 通常设计为2极，转子绕组经电刷和集电环引出。 正余弦旋转变压器结构图如图所示。
输出绕组的端电压分别为：
U r10 E r1 k E f sin kU f sin
输出绕组Z1Z2 称 为正弦绕组
U r20 E r2 k E f cos kU f cos
输出绕组Z3Z4 称
为余弦绕组
8
二、正余弦旋转变压器的负载运行
在实际应用中，输出绕组都接有负载，如控制元件，放大器等， 输出绕组有电流流过，从而产生磁通势，使气隙磁场产生畸变， 从而使输出电压产生畸变，不再是转角的正、余弦函数关系。
Fr2d= Fr2cosα
交轴分量为
Fr2q= Fr2sinα
为消除或减弱造成电压畸变 的交轴分量磁势使Fr2q =Fr1q， 交轴分量磁势完全补偿。
21
Xm
22
按基尔霍夫第二定律：
••
•
•
U f I f (Zs jX m ) I r1( jku X m sin ) I r2 jku X m cos
在自动控制系统中可以用作解算元件，实现坐标变换和三角 运算等，在随动系统中，用来传输与角度对应的电信号，此外 还可以用作移相器和角度-数字转换装置等等。
第四章__旋转变压器
图4-5二次侧补偿正余弦旋转变压器
二、输出特性的补偿
完全补偿应满足下式
Z r1 Z L Z r 2 Z
Z r1 Z r2
Z ZL
要达到完全补偿必须保证在任何条件下两输出绕组的负载阻抗总是相等， 当负载阻抗 变化时，补偿阻抗 ZL 也应跟着作相应的变化，这在实际 Z 使用中存在一定难度，这是二次侧补偿存在的缺点。 二次侧补偿存在的优点：励磁电流不随转子转角而变化。因此输入 功率和输入阻抗都不随转子转角而改变。
项，
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。
二、输出特性的补偿
1． 二次侧补偿的正余弦旋转变压器
当正余弦旋转变压器一个 输出绕组工作，另一个输出 绕组作补偿时，称为二次测 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。
零位误差 o
3 ~ 16
线性误差
l
线性旋转变压器在工作转角范围内，不同 转角时，与最大输出电压同相的输出电压 的基波分量与理论值之差，对最大理论输 出电压之比 旋变发送机、旋变差动发送机、旋变变压 器在不同转角位置下，两个输出绕组的电 e 压比所对应的正切或余切角度与实际转角 之差 转子处于电气零位时的输出电压(由与励磁 电压频率相同，但相位相差90°的基波分 量和励磁频率奇数倍的谐波分量组成) 在规定励磁条件下，输出电压基波分量与 输入电压基波分量之间的相位差
一、正余弦旋转变压器的工作原理
励磁磁通在励磁绕组S1-S2、余弦R1-R2和正弦绕组R3-R4中感应电势分别为
Er2 4.44 fN r k 2 d cos Er1 4.44 fN r k 2 d cos(90 ) 4.44 fN r k 2 d sin Ef 4.44 fN s k1 d
最新微特电机第四章旋转变压器
• 转子输出电压幅值与励
转子余弦 输出绕组
磁电压幅值成正比，相对位
移是转子转角，达到测量角
位移的目的。
定子交轴 绕组
转子正弦 输出绕组
4.2.2 正余弦旋转变压器的工作原理
• 定子的励磁绕组接上励磁交流电 压，设某瞬间线圈中电流I 的方向 和产生气隙磁通方向如图4.12所示。
• 电磁耦合到转子绕组上，输出 的电动势与转角成函数关系。 •输出电压：
长 的 时 间 隧 道，袅
微特电机第四章旋转变压器
第4章 旋转变压器
4.1 旋转变压器概述 4.2 正余弦旋转变压器的结构特点、 工作原理
4.3 线性旋转变压器 4.4 旋转变压器的应用举例 4.5 旋转变压器主要性能指标
本章要求：
掌握正余弦变压器的结构特点 熟练掌握正余弦变压器的工作原理
掌握线性旋转变压器的工作原理 了解旋转变压器的主要性能指标 掌握旋转变压器的主要应用
US=Umsinα 在Z1-Z2中 UC=Umcosα 在Z3-Z4中
4.2 正、余弦旋转变压器
➢ 正余弦旋转变压器空载运行
Z1-Z2，Z3-Z4和D3-D4开路 ，假设转子绕组匝数相同
励磁绕组的感应电势：
E f 4.4f4W fK w fmU f
转子感应电势（α=0时）：
E r 4 .4f4 r W K w r m K e E f K e U f
D1D2定子 D1
Z1
激磁绕组
D3 D3D4定子 交轴绕组
D4
Z3
Z1Z2余弦 输出绕组
Z4
Z3Z4正弦 输出绕组
D2
两绕组感应Z2磁场、
电势的相位相差？
4.2.1 正余弦旋转变压器的结构
微特电机第四章旋转变压器
微特电机第四章旋转变压器第一节引言旋转变压器是一种通过转动来改变电压的装置。
它由一个主要线圈和一个次要线圈组成，两个线圈都绕在同一个铁心上。
旋转变压器通过改变主要线圈和次要线圈之间的耦合来改变输出电压。
本节将介绍旋转变压器的工作原理、结构特点以及应用领域。
第二节工作原理旋转变压器的工作原理基于电磁感应。
当通过主要线圈通电时，它会产生一个磁场，由于主要线圈绕在一个铁心上，这个磁场会传导到铁心中。
同时，由于铁心、主要线圈和次要线圈之间的耦合，磁场也会传导到次要线圈中。
当次要线圈中有负载时，通过电磁感应，磁场会产生感应电动势，进而在次要线圈中产生电流。
该电流的大小取决于主要线圈中的电流和主要线圈与次要线圈之间的耦合系数。
因此，通过改变主要线圈的电流和耦合系数，就可以改变输出电压。
第三节结构特点1.铁心：旋转变压器采用铁心的设计，主要是为了提高磁场的传导效率。
铁心的材料通常是磁导率较高的材料，如硅钢片。
2.主要线圈：主要线圈是通电的线圈，它产生一个磁场，通过铁心传导到次要线圈中。
3.次要线圈：次要线圈是负载所接的线圈，当主要线圈中有电流时，通过电磁感应，次要线圈中就会产生电流。
4.旋转机构：旋转变压器具有一个旋转机构，可以通过旋转机构来改变主要线圈和次要线圈之间的耦合系数。
第四节应用领域旋转变压器可以应用在许多领域。
以下是一些常见的应用领域：1.变压器调节器：旋转变压器可以用作变压器调节器，通过改变电压来控制设备的性能。
2.电动机：旋转变压器可以用作电动机，通过改变电压来控制电动机的转速。
3.变频器：旋转变压器可以用作变频器，通过改变电压来改变交流电的频率。
4.电源：旋转变压器可以用作电源，通过改变电压来提供给不同电气设备所需的电力。
总结旋转变压器是一种通过转动来改变电压的装置。
它通过电磁感应原理，通过主要线圈和次要线圈之间的耦合来改变输出电压。
旋转变压器具有铁心、主要线圈、次要线圈和旋转机构等结构特点，可以应用在变压器调节器、电动机、变频器和电源等领域。
《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 。
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。
旋转变压器resolver原理
旋转变压器r e s o l v e r原理Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】§4—1旋转变压器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。
图4-1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4-1 有刷式旋转变压器图4-2 无刷式旋转变压器图4—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。
常见的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。
二、旋转变压器的工作原理由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子(旋转一周)之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当激磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。
旋转变压器
q34 qcos
415
若 B Z 表示绕组磁密代入上式;则
q34 BZcos2
416
最大值为 效值
q
3
4
的磁通在Z3 Z4 统组中所产生的感应电势也是个变压器电势;其有
q 3 44 .4 4fW c q 3 4 zco s2
417
可见旋转变压器正弦输出绕组Z3 Z4 接上负载以后;除了仍存在 的 EcKeUf cos 电势以外;还附加了正比于 BZ cos的2 电势 E; q 显3 4 然后者的出现破坏了输出电压 随转角作正弦函数变化的关系;造成输出特性的畸变; 由式 417 还可以看出; 在一定的转角下 正比于 ;而E q 3 4 又正比B于Z 绕组B Z Z3 Z4 中的电流所以负载电I R 2 流愈大; 也愈大;输出特性偏离正弦函数关系就愈远;
绕组和二次绕组;如图4 18;表示了余弦输出绕组Z3Z4带负载的情况;
在输出绕组中应出电动势Ec ; 电动势产生电流 电流Ic 产生沿绕组轴
线方向的磁通势Fc 它是一个脉振磁场; 设该磁场的作对应转子电流达到最大时的磁通
密度空间向量; Fc 可以分解为直轴方向和激磁绕组轴线方向一致的直
图4 9 旋转变压器定转子组件图
旋转变压器分为有刷式和无刷式
有刷式旋转变压器
无刷式旋转变压器
4 2 2正余弦旋转变压器的工作原理
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;
按旋转变压器在系统中用途可
分为解算用旋转和数据传输用旋转 变压器; 根据数据传输用旋转变压 器在系统中的具体用途;又可分为旋 变发送机代号为XF;旋变差动发送 机代号为XC;旋变变压器又名旋变 接收器代号为XB;
第四章旋转变压器1
（4-13）
式中， ku = Wz / WD —旋转变压器转、定子的匝 数比，即变比，是一个常数。
•
图 4-7
B j 的分解
•
可见，空载且 U j 保持不变时，转子输出绕组 Z1Z 2 的输出电压与转子转角呈余弦 函数关系。因此，称 Z1Z 2 绕组为余弦输出绕组。 （4）转子绕组 Z 3 Z 4 中感应电势 在 Z 3 Z 4 绕组中产生的感应电势 Es 为
图 4-9 副边补偿
•
分别产生感应电势 ES 和 EC ，在励磁绕组中产生 E j ，转子绕组中的负载电流
I c 和 I s 分别为
•
•
Ic =
k uU j cos θ Ec = z fc + z c z fc + z c
（4-14）
• •
Is =
k uU j sin θ Es = z fs + z s z fs + z s
I2W2 。铁心内主磁通 φ 是由上述两个磁势的合成磁势所产生。这样，将有磁势
平衡方程
• • •
I 1 W1 + I 2 W2 = I 0 W1
式中
I 1 W1 ——负载情况下原边绕组产生的磁势 I 2 W2 ——负载情况下副边绕组产生的磁势 I 0 W1 ——空载时原边绕组产生的磁势。
• •
•移项后，整理得sinθ• •（4-15）
在正弦绕组中，由负载电流 I s 产生的磁密为 B s ，它的交轴磁密 B sq
B sq = B s cos θ = k c I s cos θ
将式（4—14）代入，有
• • • • • • • • • • • •
图 4-1 变压器惯例
•
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一、正余弦旋转变压器的工作原理
励磁磁通在励磁绕组S1-S2、余弦R1-R2和正弦绕组R3-R4中感应电势分别为
Ef 4.44 fN sk1d
Er2 4.44 fN r k 2d cos
Er1
4.44
fN
r k 2d
cos (90 )4.44fNr k 2d
sin
Nsk1 为定子绕组的有效匝数； Nrk2 为转子绕组的有效匝数。
Zr1 Zr2
Z ZL
要达到完全补偿必须保证在任何条件下两输出绕组的负载阻抗总是相等，
当负载阻抗 变Z化L 时，补偿阻抗 也Z应 跟着作相应的变化，这在实际
使用中存在一定难度，这是二次侧补偿存在的缺点。
二次侧补偿存在的优点：励磁电流不随转子转角而变化。因此输入 功率和输入阻抗都不随转子转角而改变。
一、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、比例式旋转变压 器和特殊函数旋转变压器等。
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 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。
第4章 旋转变压器
4.1 概 述 4.2 正余弦旋转变压器 4.3 线性旋转变压器 4.4 旋转变压器的误差分析及主要技术指标 4.5 多极旋转变压器和感应同步器
4.1 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， 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。
出阻抗Z so 抗
在规定励磁条件下，最大空载
变压比 K u 输出电压的基波分量与励磁电
二、旋转变压器的结构特点
旋转变压器的基本结构设计成两极隐极结构，定子、转子上分别 放置两组空间相差90度绕组。
结构示意图
绕组原理图
图4-1旋转变压器定、转子绕组结构示意图 S1-S2 S3-S4 励磁绕组，交轴绕组。 R1-R2 R3-R4余弦输出绕组， 正弦输出绕组。
4.2 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
二、输出特性的补偿
完全补偿应满足下式
忽略电源内阻时
Zq Zi Zq 0
一次侧补偿存在的优点：直接将交轴绕组两端短接。输 出电压随转子转角呈正弦函数变化，且不受负载阻抗变 动的影响。
一次侧补偿存在的缺点：励磁电流随转子转角而变化。 因此输入功率和输入阻抗都随转子转角而改变。
二、输出特性的补偿
3．一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器
2．负载运行
正弦输出绕组R3-R4带上负载 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。
Is
Bs
Bsd Bsq
Bs Bs
s in cos
作用与空载相同 在正弦绕组中感应电势图4-3正弦绕组接负载Z L
一、正余弦旋转变压器的工作原理
.
U Ls Zr ZL (1
当正余弦旋转变压器一个 输出绕组工作，另一个输出 绕组作补偿时，称为二次测 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4-5二次侧补偿正余弦旋转变压器
二、输出特性的补偿
完全补偿应满足下式
Zr1 ZL Zr2 Z
Ku Uf sin
Zs
)
K
2 u
Zs
j
Xm
K
2 u
cos2
ZL
jX m
ZL
ZL
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
Xm
K
2 u
cos2
项，
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ZL 变。并且负
载阻抗越小，畸变愈严重。
二、输出特性的补偿
1． 二次侧补偿的正余弦旋转变压器
20V、26V、 36V等
50Hz、400Hz
输出端开路时，励磁端的阻抗 200~10000Ω, 共9种
工频使用起来比较方便，但 性能会差一些；400Hz性能 好，但成本高，选择时注意 性价比
在一定的励磁电压下，开路 输入阻抗越大，励磁电流越 小，所需电源容量也越小
短路输 输入端短路时，输出端的 阻
采用一、二次测同时 补偿，副边接不变的阻抗， 负载变动时副边未补偿的 部分由原边补偿，从而达 到全补偿的目的。
图4-7 一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器
三、旋转变压器的主要技术指标
表4-1 旋转变压器的主要技术指标
名称 含 义
范围
备注
额定电压 UN 额定频率f
开路输
入阻抗Z ci
励磁绕组应加的电压值 励磁电压的频率
Ku
Nr k 2 N sk1
Er1 Er 2
Ku Ef Ku Ef
s in cos
忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则 Ef Uf
旋转变压器的变比
U r10 U r 20
Er1 Er2
K uU f K uU f
s in cos
输出电动势与转子转角有严格的正、余弦关系。
一、正余弦旋转变压器的工作原理
S3
二、输出特性的补偿
2．一次侧补偿的正余弦旋转变压器
定子交轴绕组 S3 S4 对交轴磁通 来说是一个阻尼线圈。因为交轴磁 通在绕组S3 S4 中要产生感应电流， 根据楞次定律，该电流所产生的磁 通是反对交轴磁通变化的，因而对 交轴磁通起去磁作用，从而达到补 偿的目的。
图4-6 一次侧补偿的正余弦旋转变压器
一、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 加交流励磁电压此时气隙中将产生一 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4-2旋转变压器的工作原理