旋转变压器简介

1、1 旋转变压器介绍旋转变压器介绍 曲家骐曲家骐 2012.5.102012.5.102 目录目录旋转变压器的结构旋转变压器的结构 旋转变压器的工作原理旋转变压器的工作原理 旋转变压器电磁原理旋转变压器电磁原理 .旋转变压器作为测角元件旋转变压器作为测角元件 旋转变压器函数、接线、转向之间的关系旋转变压器函数、接线、转向之间的关系 旋转变压器的主要参数和性能指标旋转变压器的主要参数和性能指标 旋转变压器的应用中若干问题旋转变压器的应用中若干问题 旋转变压器使用中注意事项旋转变压器使用中注意事项 旋转变压器使用中问题分析旋转变压器使用中问题分析 3旋转变压器的结构旋转变压器的结构 有刷旋转变压器有

2、刷旋转变压器：定、转子上都有绕组。转子绕定、转子上都有绕组。转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在，定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。 目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，仅仅介绍无刷旋转变压器介绍无刷旋转变压器。 无刷旋转变压器：无刷旋转变压器： 环形变压器式无刷旋转变压器，环形变压器式无刷旋转变压器， 磁阻式旋转变压器。磁阻式旋转变压器。4 B A右侧（右侧（A）：）： 旋

3、转变压器的旋转变压器的定、转子，信号定、转子，信号变换。变换。 左侧（左侧（B）：）： 环形变压器。环形变压器。定、转子绕组同定、转子绕组同心放置。心放置。 图图1 环变式旋转环变式旋转变压器结构示意变压器结构示意5图图2 10对极的磁阻式对极的磁阻式旋转变压器旋转变压器励磁绕组和输出绕组励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内。放在同一套定子槽内。励磁绕组和输出绕组励磁绕组和输出绕组的形式不一样，励磁单的形式不一样，励磁单相、输出两相。相、输出两相。转子磁极形状作特殊转子磁极形状作特殊设计：设计：1)气隙磁场正弦气隙磁场正弦形，形，2)满足极数要求满足极数要求。一般一般都做成分装式。都做成分装式

4、。6 旋转变压器的工作原理旋转变压器的工作原理旋转变压器的电磁关系旋转变压器的电磁关系 旋变发送机励磁绕组单相电压供电旋变发送机励磁绕组单相电压供电 （1） U1m励磁电压幅值，励磁电压幅值，励磁电压角励磁电压角频率。次级输出的两相绕组在空间成频率。次级输出的两相绕组在空间成正交，两相输出电压正交，两相输出电压 tUtUmRRsin)(1317 8变压器原理不同角度、 感生电势不同转向问题 图4 不同转向的电势 付边感生电压付边感生电压 (2) US1S3余弦相的输出电压，余弦相的输出电压，US2S4正弦相的输正弦相的输出电压，出电压，U2m次级输出电压的幅值；次级输出电压的幅值；励磁方励磁方

5、和次级输出方电压之间的相位角，和次级输出方电压之间的相位角，转子的转角。转子的转角。9sin)sin()(cos)sin()(242231tUtUtUtUmSSmSS副边电压与原边励磁电压同频率、副边电压与原边励磁电压同频率、 但有相位差但有相位差副边正弦相和余弦相时间相位同相，副边正弦相和余弦相时间相位同相， 幅值彼此随转角分别作正弦和余弦函数幅值彼此随转角分别作正弦和余弦函数 变化。变化。10 旋转变压器单独作为测角元件旋转变压器单独作为测角元件 在很多场合下，旋转变压器可以单独作为在很多场合下，旋转变压器可以单独作为测角元件用，直接和角度信号变换单元连测角元件用，直接和角度信号变换单元连

6、接，由角度变换单元输出角度信号数据。接，由角度变换单元输出角度信号数据。磁阻式旋变就是只起这个作用的。磁阻式旋变就是只起这个作用的。1112 旋变单独作测角元件，磁阻式旋变是典型。旋变单独作测角元件，磁阻式旋变是典型。 几个基本原则：几个基本原则：1）函数值的大小决定转角的大小）函数值的大小决定转角的大小 （sin 和和 cos），两相），两相三相三相2）极对数对应函数周期数）极对数对应函数周期数3）一对极可应用于任何极对数、函数值唯）一对极可应用于任何极对数、函数值唯 一性一性4）双通道，单极）双通道，单极粗机、多极粗机、多极精机精机旋转变压器函数、接线、转向之间的关系旋转变压器函数、接线、

7、转向之间的关系 基本原则基本原则 RDC只认函数关系只认函数关系 接线正负端颠倒，电势方向变反接线正负端颠倒，电势方向变反 接线端变化，零位变化接线端变化，零位变化 方向性（方向性（ CW和和CCW） 正方向就是公式（正方向就是公式（2）规定的规定的余弦相在前、正弦相在后在一个转向余弦相在前、正弦相在后在一个转向下（比方说下（比方说CCW），如图），如图5所示所示1314不同接线下的函数关系和零位变化不同接线下的函数关系和零位变化励磁线反接（励磁线反接（R1、R2互调）互调）15图图7中虚线是励磁正接时的波形相位，实线是中虚线是励磁正接时的波形相位，实线是励磁反接时相位波形。和图励磁反接时相位

8、波形。和图5比较，发现：比较，发现：若符合公式（若符合公式（2），零位应沿同一方向向前移），零位应沿同一方向向前移动动180；16sin)sin()(cos)sin()(242231tUtUtUtUmSSmSS余弦（COS）端点对调（S1、S3对调）17按照图按照图8的波形，有两种情况：的波形，有两种情况：如果余弦相仍为余弦相，那么电机的转向如果余弦相仍为余弦相，那么电机的转向变了。因为正弦相在前变了。因为正弦相在前 面了，只有反转才面了，只有反转才能余弦相在前面。零位相差能余弦相在前面。零位相差180；若想仍然正转，必须余弦相接到正弦相上若想仍然正转，必须余弦相接到正弦相上、而且反接，正弦相

9、正向接到余弦相上。、而且反接，正弦相正向接到余弦相上。此时零位与原来相差此时零位与原来相差90。18正弦相反接（S2、S4端点对调）19按照图按照图9波形，两种情况：波形，两种情况：1）若若余弦相仍为余弦相余弦相仍为余弦相，电机转向电机转向改改变。因变。因为为：正弦相在前面了，只有反转才能余弦正弦相在前面了，只有反转才能余弦相在前面。零位不变；相在前面。零位不变；2）若想仍然正转，必须正弦相接到余弦相上）若想仍然正转，必须正弦相接到余弦相上、而且反接，余弦相正向接到正弦相上。、而且反接，余弦相正向接到正弦相上。此时零位在另一个方向上与原来相差此时零位在另一个方向上与原来相差90。20旋转变压器

10、误差的简单分析旋转变压器误差的简单分析 三台旋转变压器的误差三台旋转变压器的误差21零位误差比较小零位误差比较小、 正交误差比较大正交误差比较大、恒定分量误差比较明显恒定分量误差比较明显2223 基本参数和性能指标基本参数和性能指标1）额定励磁电压和励磁频率）额定励磁电压和励磁频率 一般一般10V以下。以下。频率频率400Hz、以及（、以及（510）kHz之间。之间。2）空载电流和空载消耗功率）空载电流和空载消耗功率 3）变压比和最大输出电压）变压比和最大输出电压 当输出绕组处于当输出绕组处于感生最大输感生最大输 出电压的位置时，输出电压和出电压的位置时，输出电压和原边励磁电压之比。原边励磁电

11、压之比。对于旋变发送机，当对于旋变发送机，当F0或或F90时，对于旋变变压器，时，对于旋变变压器，一相绕组通以额定电压，输出电压值和励一相绕组通以额定电压，输出电压值和励磁电压值之比。磁电压值之比。244）电气误差）电气误差 输出电动势和转角之间应符合输出电动势和转角之间应符合严格的正、余弦关系。不符严格的正、余弦关系。不符产生误差，产生误差，称为电气误差（机械角度）。称为电气误差（机械角度）。 多极以角秒（多极以角秒（）计；计； 单极在（单极在（515）之内）之内； 磁阻式一般都做到两对极以上，电气误差磁阻式一般都做到两对极以上，电气误差较大，较大，两对极磁阻旋变两对极磁阻旋变60（1)以下

12、以下。对。对于磁阻式，增加极对数于磁阻式，增加极对数提高精度，电提高精度，电气误差气误差数角秒（数角秒（）。）。255）阻抗）阻抗 和初、次级之间相互角度位置有关，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，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。对次级绕组施加电压。 4个阻抗：个阻抗：开路输入阻抗开路输入阻抗开路输出阻抗开路输出阻抗短路输入阻抗短路输入阻抗短路输出阻抗短路输出阻抗266）相位移）相位移 次级

13、输出电压相对于初级励磁电次级输出电压相对于初级励磁电压在时间上的相位差。相位差的大小有关压在时间上的相位差。相位差的大小有关因素因素旋变类型、尺寸、结构和励磁频旋变类型、尺寸、结构和励磁频率。率。7）基准相位）基准相位 基准相位是指旋转变压器从基基准相位是指旋转变压器从基准电气零位开始，作正向旋转时出现的第准电气零位开始，作正向旋转时出现的第一个基波最大电压的相位。一个基波最大电压的相位。 相位的规定方法：初级励磁电压的相位相位的规定方法：初级励磁电压的相位为基准；以次级电压最大输出时的相位为基准；以次级电压最大输出时的相位为基准。为基准。278）零位电压，零位电压，2个分量：基准相位相交的分

14、量、个分量：基准相位相交的分量、 高次谐波分量。高次谐波分量。 电气零位电气零位输出电压基波同相分量为零的点，输出电压基波同相分量为零的点，此时所具有的电压称为零位电压。零位电压中只此时所具有的电压称为零位电压。零位电压中只有基波正交分量和高次谐波分量。每一电气周期，有基波正交分量和高次谐波分量。每一电气周期，四个电气零位，每相各两个：四个电气零位，每相各两个：0、90、180、270。当极对数大于。当极对数大于1时，电气零位数是极对数时，电气零位数是极对数的倍数。的倍数。 9）基准电气零位基准电气零位 从电气零位中选择从电气零位中选择0这点作为电这点作为电气基准零位。气基准零位。28应用中应

15、注意的事项和问题分析应用中应注意的事项和问题分析旋转变压器使用中注意事项旋转变压器使用中注意事项 旋转变压器属于抗恶劣环境条件能力强旋转变压器属于抗恶劣环境条件能力强的精密元器件，在应用中，不论在机械安的精密元器件，在应用中，不论在机械安装，还是电气连接上，都必须严格遵守一装，还是电气连接上，都必须严格遵守一定的原则。定的原则。291）机械安装的要求）机械安装的要求 定、转子之间的转动中心必须一致，保证气隙定、转子之间的转动中心必须一致，保证气隙磁场的变化规律严格按照理论值变化。尤其是分磁场的变化规律严格按照理论值变化。尤其是分装式旋变，定转子之间轴向磁中心线重合。装式旋变，定转子之间轴向磁中

16、心线重合。装配时，不能过紧或过松。不能用榔头敲击，以装配时，不能过紧或过松。不能用榔头敲击，以免损坏。免损坏。a)定转子同心b)定子偏心c)转子偏心图图8 定转子偏心情况示意定转子偏心情况示意302）施加额定电源电压）施加额定电源电压 旋变所有参数都是在额定电压下测得的，旋变所有参数都是在额定电压下测得的，施加电压偏大或偏小，都会在一定程度上施加电压偏大或偏小，都会在一定程度上影响性能，也会影响应用。影响性能，也会影响应用。3）避免噪声信号的影响）避免噪声信号的影响 旋变属于信号元件，应该避免噪音信号对旋变属于信号元件，应该避免噪音信号对它的影响；在长线传输时，会对噪声信号它的影响；在长线传输

17、时，会对噪声信号敏感。因此，各对引出线应用屏蔽线，要敏感。因此，各对引出线应用屏蔽线，要采用差动放大器接收。采用差动放大器接收。314）屏蔽）屏蔽 旋转变压器本身的磁场比较弱，当外部有旋转变压器本身的磁场比较弱，当外部有强磁场靠近旋转变压器时（例如在电动机强磁场靠近旋转变压器时（例如在电动机中），会影响旋转变压器的磁场和在旋转中），会影响旋转变压器的磁场和在旋转变压器绕组端部的磁状态，进而产生误差变压器绕组端部的磁状态，进而产生误差电势，产生误差。因此，应该尽量使得旋电势，产生误差。因此，应该尽量使得旋转变压器远离强磁场，以及采取磁屏蔽措转变压器远离强磁场，以及采取磁屏蔽措施。施。325）平衡

18、负载）平衡负载 旋变两相输出端负载不对称时，会产生误旋变两相输出端负载不对称时，会产生误差。所以，使用时注意两相负载平衡。另差。所以，使用时注意两相负载平衡。另外，负载的阻抗值应该尽可能的大，以免外，负载的阻抗值应该尽可能的大，以免会对旋转变压器的工作产生影响。会对旋转变压器的工作产生影响。6）接线正确）接线正确 按照规定的标示接线，正弦相、余弦相以按照规定的标示接线，正弦相、余弦相以及励磁的正方向都不能错。及励磁的正方向都不能错。33 旋转变压器使用中问题分析旋转变压器使用中问题分析1）精度偏低）精度偏低精度偏低的可能原因：精度偏低的可能原因：安装偏差过大，偏心或轴向磁中心不安装偏差过大，偏心或轴向磁中心不一致；一致；接线不牢靠；接线不牢