旋转变压器（课堂PPT）

1、2022-3-211旋转变压器旋转变压器 6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-212 旋转变压器（Rotational transformer 或Resolver)，是一种将转子转角变换成与之呈某一函数关系电信号的元件，是自动控制系统中的精密控制微电机。主要用途：主要用途：解算元件：坐标变换、三角运算传感元件：远距离测量、传输或再现一个角度，移相主要类型：主要类型：正余弦旋转变压器线性旋转变压器感应移相器感应同步器6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-213结构特点：结构特点： 结构与绕线

2、式异步电机相似，定转子均由冲有齿和槽的电工钢片迭成，为了获得良好的电气对称性，以提高旋转变压器的精度，一般都设计成隐极式，定、转子之间的气隙是均匀的。定子和转子槽中各布置两个轴线相互垂直的交流分布绕组。6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-214fU1rUd2rU1R1R2R2R1S1S2S2S正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器空载运行空载运行 dsffWE44. 4cossin21ddddcoscos44. 4sinsin44. 421rdrrrdrrEfWEEfWEsrfruWWEEk6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科

3、技大学电气学院电机系2022-3-215cossin21furfurUkEUkEcossin2010furfurUkUUkU由上式可见，当输入电源电压不变时，转子正、余弦绕组的空载输出电压分别与转角呈严格的正、余弦关系。正弦绕组和余弦绕组因此而得名。 忽略励磁绕组的漏阻抗，则空载时转子输出绕组电势等于电压，即 6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-216正余弦旋转变压器负载运行正余弦旋转变压器负载运行d10rE1rI1rFdr1qr1(d 相平衡）lrE1cos44. 411qrrlrfWE21cos44. 4rrfW6.旋转变压器旋转变压器

4、华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-217RRRWI1122111cossinRlRRfuRZZEjXEkE2111cosRlRRlRZZEjXE211cos1sinRlRfuRZZXjEkE1空载；2负载12211coscos244. 4RRRRRlRIXIWfWE正弦绕组的合成电动势：6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-218二次侧补偿的正余弦旋转变压器qrqrFF21sincos21rrII6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-219所以，二次侧完全补偿

5、的条件是sincoscossin21lrfulrfuZZEkZZEklllZZZ21直轴磁势平衡关系021sfdrdrWIFF0coscossinsin21sfrlrfurlrfuWIWZZEkWZZEklrfulrfufZZUkZZEkI226.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2110一次侧补偿正余弦旋转变压器iqZZ 对称补偿条件sin1SRRfWWII0sin1SfRRWIWI直轴磁势关系6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2111线性旋转变压器（Linear Rotational

6、 Transformer)一次侧补偿的线性旋转变压器6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2112交轴磁通被定子交轴绕组所补偿直轴磁通由定子励磁磁势和转子余弦绕组磁通的直轴分量共同产生：)cos()cos(2RSfRRSfdWWIWIWI等效变压器：一次侧匝数为: 二次侧为：转子正弦绕组R1-R1)cos(RSWWcos1cos)(1cosuuSRSRRSRukkWWWWWWWk6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2113则等效变压器正弦绕组的输出电压为当ku=0.5时cos1sinsin

7、1ufufuRkUkUkU72024215 . 01504012065 . 0cos5 . 01sin5 . 06427531ffRUUUffUU311512180131646.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2114略去高次项产生的误差主要决定于四次方项001. 01804可求出线性误差不超过0.1%的转子转角的范围3 .376514. 018. 04如变比ku=0.52，则在同样精度的情况下，转子转角范围可扩大到606.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2115线性旋转变压器的输出特性

8、线性旋转变压器的输出特性正常输出电压 -60+60范围内有线性关系加偏置后的输出电压0120范转内有线性关系6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2116旋转变压器的误差旋转变压器的误差1. 函数误差函数误差%100sin(%)90UUs2. 零位误差零位误差 理论上正弦输出绕组的输出电压在=0和180时应等于零，余弦输出绕组的输出电压在=90及270时应等于零，对应的角度称为理论电气零位。但实际上当等于上述角度时输出电压不为零，我们称这个电压为零位电压。而当实际输出电压为零时所对应的角度称为实际电气零位。实际电气零位与理论电气零位之差就称为

9、零位误差，以角分表示。 6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-21174. 电气误差电气误差 在不同转子转角时，两个输出绕组的输出电压之比所对应的正切或余切的角度与实际转角之差，通常以角分表示。5. 输出相位移输出相位移 输出电压的基波分量与励磁电压的基波分量之间的相位差，称为输出相位移。 %100(%)601UUU3. 线性误差线性误差6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2118变压器的精度等级变压器的精度等级 精度等级0级I级II级III级正余弦函数误差（%） 0.050.10.20.

10、3零位误差（）381622线性误差（%）0.060.110.22电气误差（ ）3812186.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2119误差原因：误差原因：绕组谐波齿槽磁路饱和材料制造工艺交轴磁场改进措施：改进措施：严格加工工艺补偿正弦绕组、短距绕组斜槽6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2120双通道测角系统与多极旋转变压器双通道测角系统与多极旋转变压器6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-21211两极旋转变压器；2多极旋转变压器6.

11、旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2122空载感应移相器感应移相器感应移相器特点：输出电压幅值恒定，相位角与转子转角成线性关系。特点：输出电压幅值恒定，相位角与转子转角成线性关系。6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2123由正弦输出绕组支路可得：CjIUkURfu1)(sin20RIUkURfucos20CjRUkIfuR1)sin(cosjRUkIfuR11)sin(cosCR1jRRUkUkUfufu1)sin(coscos20)45(2jfueUk6.旋转变压器旋转变压器华中科技大

12、学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2124负载时，欲使输出电压关系不变，需满足rsrsrsrsXCRRXR1加有补偿电阻的感应移相器rsrscpRXR6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2125感应移相器应用举例移相器A移相器B6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2126感应同步器(Inductive synchronizer)直线式感应同步器6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2127定尺单相绕组滑尺两相绕组6

13、.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2128滑尺导体电势幅值与位移的关系直线式感应同步器的工作原理tEesin2xEEm180cos16.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2129旋转式感应同步器6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2130输出信号处理方式输出信号处理方式(a)鉴幅工作方式鉴幅工作方式两相励磁鉴幅型感应同步器工作原理tUutUufbfasincossinsin11tUkefuasincossin1010cosfubUket

14、sin)90cos(tUkfusinsincos1baeee000tUkfusin)sin(16.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2131(b)鉴相工作方式鉴相工作方式单相或两相励磁。现以两相励磁为例说明工作原理。tUutUufbfacossintUkefuasincos0tUkefubcossin0)sin()sincoscos(sin000tUkttUkeeefufuba6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2132数字式旋转变压器4COS输入7SIN输入1025并行数据输出32，33

15、转换分辨率选择6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2133AD2S83性能概述(1)提供有10位、12位、14位和16位的分辨率，并允许用户通过外围器件的不同连接选用适合的分辨率。(2)通过三态输出引脚输出并行二进制数，因而很容易与DSP或单片机等控制芯片接口。(3)采用比率跟踪转换方式，使之能连续输出数据而没有转换延迟并具有较强的抗干扰能力和远距离传输能力。(4)用户可通过外围阻容元件的选择来改变带宽、最大跟踪速度等动态性能。(5)具有很高的跟踪速度，10位分辨率时，最大跟踪速度达1040 rps。(6)能产生与转速成正比的模拟信号，输出

16、范围为8VDC，通常线性度可达0.1%，回差小于0.3%，可代替传统的测速发电机，提供高精度的速度信号。(7)具有过零标志信号(RIPPLECOLCK)和旋转方向信号(DIRECTION)。(8)正常工作的参考频率为020kHz.6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2134AD2S83与DSP的接口电路举例6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2135应用举例：应用举例：1. 远距离高精度角度传输系统远距离高精度角度传输系统 自整机角度传输系统的绝对误差为1030分。若用两极正余弦旋转变压

17、器作为发送机和接收机，传输误差可下降至15分。fU11R1R2R2R1S1S2S1S1S2S2R2R2S2S22U6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-21362. 矢量分解与合成矢量分解与合成励磁绕组上外施正比于矢量模值的励磁电压，转子从电气零位转过一个等于矢量幅角的转角，若此旋变的变比为1，则有：sin1fryUUUcos2frxUUU矢量分解6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-2137当伺服电机停转时有：0cossin2yxrUUUxyUUarctan221yxrUUU6.旋转变压器旋转变压器华中科技大学电气学院电机系华中科技大学电气学院电机系2022-3-21383. 加、减、乘、除运算加、减、乘、除运算 若有两个量x1、x2以转角的形式给出，欲用电气方法相加或相减时，可利用两台线性旋转变压器RT1和RT2来进行。先将需要进行加、减的两个量x1、