第七章 旋转变压器A4

第七章旋转变压器

§ 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。当它的原方施加单相交流电源激磁时，其副方的输出电压与转角严格保持某种函数关系。在航空航天，军事领域和高精度伺服系统中有广泛应用。

一、旋转变压器的分类

旋转变压器有多种分类方法。

是否接触：接触式和无接触式（有限转角和无限转角）；

电机的极对数：单极对和多极对。

使用要求：解算装置用和用于随动系统。

(一)用于解算装置

1.正余弦旋转变压器

2.线性旋转变压器

3.比例式旋转变压器

4.特殊函数旋转变压器

(二)用于随动系统

1.旋变发送机

2.旋变差动发送机

3.旋变变压器

二、旋转变压器的结构特点

图7-1 旋转变压器的结构

§ 7－2 正余弦旋转变压器的工作原理

对正余弦旋转变压器有很高的精度要求。差值要求不大于正弦（余弦）幅值的0.3%。设计和工艺必须严格保证。

一、 正余弦旋转变压器的空载运行

图7-2 正余弦旋转变压器的空载运行

已知条件：

1) 两极结构，定子两套绕组（励磁绕组12D D 和交轴绕组34

D D ）正交,

匝数、型式完全一样，有效匝数s ws

N K 。 2) 转子两套绕组12Z Z 与34

Z Z 正交，匝数、型式完全一样，有效匝数r wr N K 。

3) 12Z Z 与34

Z Z ， 12D D 与34D D 均为正弦绕组。 4) 12D D 外施单相交流电源。

假定条件：

1) 设12

D D 绕组轴线方向为直轴（d 轴） 2) 用α来表示转子转角，12Z Z 的轴线与交轴绕组34

D D 轴线相重合时0α=。

3) 励磁绕组12D D 中漏阻抗0f

Z σ=。 激磁绕组（d 轴）施加单相激磁电压f U 产生直轴脉振磁通d Φ。 在激磁绕组中产生感应电势：

4.44f s ws d E fN K =Φ

s N —定子绕组匝数；

ws K —基波绕组系数；

d Φ—直轴脉振磁通幅值。

激磁电压f U 与感应电势平衡，忽略阻抗，d

Φ为常数，直轴磁场呈正弦分布。

d Φ可分解为1r Φ和2r Φ，其中

1sin r d αΦ=Φ

2cos r d αΦ=Φ

转子正弦绕组的开路电压为

1114.44 4.44sin r r r wr r r wr d U E fN K fN K α==Φ=Φ

r N —转子绕组匝数；

wr K —转子绕组基波绕组系数。

简化可得

11 4.44sin 4.44sin sin sin r wr r r f s ws

r wr f u f u f s ws fN K U E E fN K N K E K E K U N K αααα=====

u K —定转子有效匝比，为一常数。

结论：正余弦旋转变压器中，转子正弦输出绕组空载且激磁电压恒定时，输出电压1

r U 与转角α呈正弦函数关系。 因为转子余弦绕组与正弦绕组正交，转子余弦绕组的开路电压为 2sin(90)cos r u f u f U K U K U αα=+=

结论：正余弦旋转变压器中，转子余弦输出绕组空载且激磁电压恒定时，输出电压2

r U 与转角α呈正弦函数关系。 二、 正余弦旋转变压器的负载运行

图7-3 正余弦旋转变压器的负载运行

转子正弦输出绕组接负载阻抗1l Z ，有电流1

l I 1

11r l l r E I Z Z σ=+，r

Z σ转子绕组漏阻-抗。 1l I 在转子正弦输出绕组中产生脉振磁势1r F ，1r F 可在空间分解为直轴

分量1r d F 和交轴分量1r q

F ，如图4－3所示。

111111sin sin cos cos r d r r r wr r q r r r wr F F N K F F N K αααα⎧==⎪⎪⎨⎪==⎪⎩

忽略激磁绕组的漏抗压降，直轴磁通在转子正弦输出绕组上的感应电势1sin r d u f E

K U α=，方向与f U 相反。

交轴分量磁势产生交轴磁通

1q r q F Φ=Λ 交轴磁通在转子正弦输出绕组上产生感应电势

1 4.44cos r q r wr q E j fN K α=-Φ

114.44cos r q r wr r q E j fN K F α→=-Λ

222111211 4.44cos cos r r q r wr l r

r l r E E j fN K Z Z E jb Z Z σσαα=-Λ+=-+

式中

224.44r wr b fN K =Λ为常系

数。 因此，可得负载时旋转变压器正

弦输出绕组中感应电势为

111211sin cos r r d r q

r u f l r

E E E E K U jb Z Z σαα=+=--+

整理可得121sin 1cos u f r l r K U E b j Z Z σαα=-++

结论：由于交轴磁场的影响，将使正弦输出绕组中的感应电势1r E 不再与转子转角α保持正弦函数关系。这一结果同样影响到输出电

压。 图4－4给出了正余弦旋转变压器在空载和负载时，转子正弦绕组的感应电势与转角的关系曲线。

从上述分析可知，正余弦旋转变压器在负载时，输出电压将发生畸变，其根本原因在于负载电流产生的交轴磁场。为了消除输出电压的畸变，就必须在负载时设法对电机中的交轴磁势予以补偿。通常可以采用副方补偿和原方补偿两种方法。

三、 二次侧补偿的正余弦旋转变压器

正余弦旋转变压器进行副

方补偿的基本原理是在正余弦

旋转变压器的余弦输出绕组上

接入合适的负载阻抗2

l Z ，这样在余弦输出绕组上流过负载电

流，产生磁势2

r F ，由图4－5可以看到，选取合适的2

l Z ，可使磁势2r F 的交轴分量2r q

F 完全补偿磁势1r q

F 。 假定交轴磁势完全获得补偿，旋转变压器中就只有直轴磁通d Φ，与空载一样，直轴磁通d Φ在正弦和余弦输出绕组上感生电势1r E 和2

r E

，