旋转变压器学习教案

1、会计学1旋转旋转(xunzhun)变压器变压器第一页，共135页。第1页/共134页第二页，共135页。、转变压器(代号为XX)以及比例式旋转变压器(代号为XL)。其中, 正余弦旋转变压器的输出电压与转子转角成正余弦函数关系; 线性旋转变压器的输出电压与转子转角在一定转角范围内成正比; 比例式旋转变压器在结构上增加了一个锁定转子位置的装置。第2页/共134页第三页，共135页。第3页/共134页第四页，共135页。型(dinxng)结构和误差补偿等。第4页/共134页第五页，共135页。第5页/共134页第六页，共135页。图 6 1 旋转(xunzhun)变压器结构示意图第6页/共134页第

2、七页，共135页。图 6 - 2 正余弦(yxin)旋转变压器原理示意图 第7页/共134页第八页，共135页。, 有一定数量的规定槽形, 用以嵌放定子绕组。 定子铁心外圆是和机壳内圆过盈配合, 机壳、 端盖等部件起支撑作用, 是旋转电机的机械部分。第8页/共134页第九页，共135页。原理(yunl)：定子(dngz)通入电流、电流产生磁场磁场匝链定子中的绕组产生感应电势ED磁场匝链转子中的绕组产生感应电势ER两电压之比等于定子绕组和转子绕组的匝数之比。第9页/共134页第十页，共135页。1fUDBDB第10页/共134页第十一页，共135页。 ER1=ERcos 在Z1-Z2中 ER2=

3、ER cos(+90)=-ERsin 在Z3-Z4中DBD(6 - 1)第11页/共134页第十二页，共135页。 式中, WR表示(biosh)输出绕组的有效匝数; WD表示(biosh)励磁绕组的有效匝数。 DRDRuWWEEk(6 - 2) ER1=ERcos 在Z1-Z2中 ER2=ER cos(+90)=-ERsin 在Z3-Z4中 第12页/共134页第十三页，共135页。(6 - 3) 与变压器类似, 可忽略定子励磁绕组的电阻和漏电抗, 则ED=Us1, 空载时转子输出绕组电势(dinsh)等于电压, 于是式(6 - 3)可写成 UR1=kuUs1cos UR2=-kuUs1si

4、n (6 - 4) 第13页/共134页第十四页，共135页。第14页/共134页第十五页，共135页。图 6 - 3 正弦输出(shch)绕组接负载ZL 第15页/共134页第十六页，共135页。如果负载电流越大, 两曲线的差别也越大。这种输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象被称为输出特性的畸变。 但是, 这种畸变必须加以(jiy)消除, 以减少系统误差和提高精确度。 接入负载，绕组接入负载，绕组(roz)中产生电流中产生电流电流产生脉振磁场电流产生脉振磁场该磁场分解为两个方向该磁场分解为两个方向第16页/共134页第十七页，共135页。不同的是，在一般变压器中，副方不同的是，在一般变压器中

5、，副方负载不变，原副边电势不变负载不变，原副边电势不变旋转变压器中，副方电流及其旋转变压器中，副方电流及其所产生的直轴磁通所感应的电势所产生的直轴磁通所感应的电势大小随转角的变化而变化。但是大小随转角的变化而变化。但是就输出电压曲线畸变的问题而言，就输出电压曲线畸变的问题而言，对其影响很小。该情况和普通变对其影响很小。该情况和普通变压器中主磁通和感应电势的情况压器中主磁通和感应电势的情况一样，只要原方电压不变，变压一样，只要原方电压不变，变压器从空载到负载的主磁通和感应器从空载到负载的主磁通和感应电势基本不变。电势基本不变。第17页/共134页第十八页，共135页。由图 6 - 3可以看出,

6、q与Z3-Z4输出绕组(roz)轴线的夹角为, 设q匝链Z3-Z4输出绕组(roz)的磁通为q34, 则 q34=q cos第18页/共134页第十九页，共135页。式中, WZ为转子(zhun z)上Z3-Z4输出绕组的有效匝数第19页/共134页第二十页，共135页。第20页/共134页第二十一页，共135页。阻抗Z, 应使阻抗Z等于负载阻抗ZL, 方能使q12=q34(即FR1q=FR2q), 以便得到全面补偿。1sU 为消除该磁通的影响，采取相应的措施。消除特性畸变(jbin)的方法也称为补偿。一种是：副边补偿；另一种是：原边补偿。第21页/共134页第二十二页，共135页。图 6 -

7、 5 副边补偿(bchng)的正余弦旋转变压器 第22页/共134页第二十三页，共135页。1RI1RF2RI2RF(6 - 7) 由图 6 - 5知, 交轴磁势为 FR1q=FR1sin=KIR1sin FR2q=FR2cos=KIR2cos (6 - 8) 第23页/共134页第二十四页，共135页。由图 6 - 5 的电路(dinl)关系得cossin111122ZZUkZZUIZZUkZZUIsuRRLsuLRR(6 - 9) 将式(6 - 9)代入式(6 - 8)得以下(yxi)两式: cossincossincossin122111ZZUkKIKFZZUkKIKFLsuRqRsuR

8、qR(6 - 11) (6 - 10)第24页/共134页第二十五页，共135页。第25页/共134页第二十六页，共135页。1sU第26页/共134页第二十七页，共135页。Z=Zn时, 由转子电流所引起的输出特性畸变可以得到完全的补偿。 因为一般电源内阻抗Zn值很小, 所以(suy)实际应用中经常把交轴绕组直接短路, 同样可以达到完全补偿的目的。第27页/共134页第二十八页，共135页。好。这是因为, 单独副边补偿时补偿所用阻抗Z的数值和旋转变压器所带的负载阻抗ZL的值必须相等。 对于变动的负载阻抗来说, 这样不能实现完全补偿。第28页/共134页第二十九页，共135页。第29页/共13

9、4页第三十页，共135页。 图 6 - 7 原、 副边同时补偿的正余弦(yxin)旋转变压器 第30页/共134页第三十一页，共135页。1sU第31页/共134页第三十二页，共135页。图 6 - 8 原边补偿(bchng)的线性旋转变压器 第32页/共134页第三十三页，共135页。cos1sin12usuRkUkU (6 - 12) 第33页/共134页第三十四页，共135页。图 6 - 9 曲线(qxin) 12cos1sinsuuRUkkU第34页/共134页第三十五页，共135页。, 方式, 与此图对应的表达式(6 - 12)就成了线性旋转变压器的原理公式。 该式推导方法如下: 第

10、35页/共134页第三十六页，共135页。 ER2=-kuED sin在转子Z1-Z2绕组中感应的电势(dinsh)为: ER1=kuED cos第36页/共134页第三十七页，共135页。故以上两式的比值为cos1sin12uusRkkUU第37页/共134页第三十八页，共135页。第38页/共134页第三十九页，共135页。第39页/共134页第四十页，共135页。第40页/共134页第四十一页，共135页。 图 6 - 10 求=arccos(E2/E1)的接线图 第41页/共134页第四十二页，共135页。第42页/共134页第四十三页，共135页。第43页/共134页第四十四页，共1

11、35页。, 直接短路进行原边补偿, 转子Z3-Z4 绕组开路(kil)。 将上式改写成: 1fUcos11ufRkUU第44页/共134页第四十五页，共135页。, 式旋转(xunzhun)变压器。将前级装置的输出电压加在该旋转(xunzhun)变压器的输入端, 调整比例式旋转(xunzhun)变压器的转子转角到适当值, 即可得到输出后级装置所需要的输入信号电压。第45页/共134页第四十六页，共135页。第46页/共134页第四十七页，共135页。第47页/共134页第四十八页，共135页。图 6 - 11 XF-XC-XB组成(z chn)的角度数据传输系统 第48页/共134页第四十九页

12、，共135页。第49页/共134页第五十页，共135页。第50页/共134页第五十一页，共135页。(cchng)分布展开图。 图中设线圈的跨距等于一个极距。第51页/共134页第五十二页，共135页。第52页/共134页第五十三页，共135页。 图 6 - 12 旋转(xunzhun)变压器的展开图(a) 两极旋转(xunzhun)变压器; (b) 多极旋转(xunzhun)变压器 第53页/共134页第五十四页，共135页。角, 用U2(l)、 U2(p)分别表示两极和多极旋转变压器输出电压的有效值, 则 U2(l)=Um(l)sin (6 - 14) U2(p)=Um(p)sinp (6

13、 - 15) 第54页/共134页第五十五页，共135页。 1两极旋转(xunzhun)变压器; 2多极旋转(xunzhun)变压器图 6 - 13 一对旋转(xunzhun)变压器作差角测量时的输出电压波形 第55页/共134页第五十六页，共135页。, 内圆所占电角度和机械角度相等均为360; 而p对极电机, 其定 子 内 圆 全 部 电 角 度 为360p, 但机械角度却仍为360。 所以二者存在以下关系: 电角度=机械角度极对数 (6 - 16) 第56页/共134页第五十七页，共135页。提高精度的原因。第57页/共134页第五十八页，共135页。到p倍, 图中仍为0处, 所以输出电

14、压U2(p)=Um(p)sinp0 的值比较高, 即图中的A点。该点电压放大(fngd)后可以使交流伺服电动机转动, 直到U2(p)=U0时才停转到图中B点。第58页/共134页第五十九页，共135页。图 6 - 14 两极(lingj)旋转变压器与多极 旋转变压器的误差比较 第59页/共134页第六十页，共135页。, 。统就会在这些“假”零位上协调, 以致造成莫大错误。 为了避免发生这种情况, 故发展了双通道同步随动系统。 其原理图如图 6 - 15所示。第60页/共134页第六十一页，共135页。图 6 - 15 电气(dinq)变速双通道同步随动系统 第61页/共134页第六十二页，共

15、135页。择电路(或叫电子开关(kigun), 见本节附注)SW。其作用如下: 当发送轴和接收轴处于大失调角时, SW只将精测通道的电压输出, 使系统工作在粗测信号下; 而当发送轴和接收轴处于小失调角时, SW只将精测通道的电压输出, 使系统的精测通道断开。 因此, 这种双通道系统既充分利用了采用多极旋转变压器时的优点, 又避免了假零位协调的缺点。第62页/共134页第六十三页，共135页。(ji nsh o); 也是由于多极旋变电机本身较两极旋变的精度提高很多。第63页/共134页第六十四页，共135页。角分, 而多极旋变则可达到几十个角秒甚至达到37。第64页/共134页第六十五页，共13

16、5页。, 刷和滑环引入或输出电信号; 分装式的转子一般为大内孔, 可直接套在被测装置的主轴上, 省略了传动齿轮, 有利于提高整体的精度, 分装式结构通常不带电刷和滑环, 而且便于与总机配套。第65页/共134页第六十六页，共135页。第66页/共134页第六十七页，共135页。图 6 - 16 多极旋转变压器的基本结构(jigu)形式 (a) 机械组合(平行式); (b) 机械组合(重叠式); (c) 磁路组合(组装式); (d) 磁路组合(分装式) 第67页/共134页第六十八页，共135页。多极双通道旋转变压器的常用极对数有: 5、 15、 30、36、 60、 72, 或2、 4、 8、

17、 16、32、 64、 128等。 其常用机座号有: 45、 70、 110、 160、200、 250、 320、 400等几种。第68页/共134页第六十九页，共135页。第69页/共134页第七十页，共135页。1精测通道(tngdo)输出绕组; 2粗测通道(tngdo)输出绕组 图 6 - 17 无触点电子切换开关 第70页/共134页第七十一页，共135页。(shch)路, 第71页/共134页第七十二页，共135页。第72页/共134页第七十三页，共135页。例 2 多极旋变变压器: 型号为110XBS1/30a; 极对数为1/30对极(粗机/精机); 励磁方在定子上; 额定电压为

18、12 V; 频率为400 Hz; 开路输入阻抗为3000/200(); 开路输入功率为0.03/1(W); 最大输出电压为6 V; 粗精机零位偏差为330。第73页/共134页第七十四页，共135页。第74页/共134页第七十五页，共135页。1fURU第75页/共134页第七十六页，共135页。图 6 - 18 感应(gnyng)移相器工作原理图 第76页/共134页第七十七页，共135页。CjIEURIEURRRRRR1)(sincos(6 - 17)(6 - 18) 第77页/共134页第七十八页，共135页。RUCjREEIRRR1sincos第78页/共134页第七十九页，共135页

19、。jREIXRCRRRC11)sin(cos1(6 - 19) 第79页/共134页第八十页，共135页。)45(21)(sin(cos1)cos(sin11)sin(coscosjRRRRRReEjjjEjjERjREEU 从式(6 - 20)看出, 输出(shch)电压UR可满足幅值不变的要求, 而相位与转子转角成线性关系。 (6 - 20)第80页/共134页第八十一页，共135页。RRRRRCRRXR22221 (6 - 21)第81页/共134页第八十二页，共135页。)45(2jRReEU第82页/共134页第八十三页，共135页。第83页/共134页第八十四页，共135页。第84

20、页/共134页第八十五页，共135页。 图 6 - 19 感应(gnyng)移相器加补偿电阻RC的原理图 第85页/共134页第八十六页，共135页。制绕组使之转动。 伺服电动机通过齿轮箱又带动接收机转子转动, 直到接收机的位置与发送机的位置一致为止。 此时, 发送机转子和接收机转子协调, 两机输出电压(diny)相位一致, 相位比较器输出电压(diny)在零值, 伺服电动机即停止转动。第86页/共134页第八十七页，共135页。图6 - 20 由一对感应移相器组成(z chn)的同步随动系统 第87页/共134页第八十八页，共135页。第88页/共134页第八十九页，共135页。图 6 -

21、21 感应移相器作为角度(jiod)相位转换器 第89页/共134页第九十页，共135页。, 晶体振荡器的输出经分频器和触发器输出一个宽度为标准时间(例如 1 s)的脉冲, 去控制(kngzh)一个门, 这样送到计数器的信号, 就是一个标准时间内总的脉冲数。 显然, 脉冲总数正比于t, 而t正比于, 又正比于被测转角, 因此计数器所表示的脉冲数标志着被测转角的大小, 这样, 就完成了角度相位的转换。 最后通过检相、 分频、计数器等电子线路将转角测量出来。第90页/共134页第九十一页，共135页。环伺服系统以及高精度随动系统中。感应同步器由几伏的电压励磁, 励磁电压的频率为10 kHz, 输出

22、电压较小, 一般为励磁电压的1/10到几百分之一。 感应同步器的结构型式(xn sh)有直线式和圆盘式两大类, 现分述如下。第91页/共134页第九十二页，共135页。 图 6 - 22 直线式感应同步器 第92页/共134页第九十三页，共135页。 图 6 - 28 旋转式感应同步器绕组(roz)排列示意图 第93页/共134页第九十四页，共135页。第94页/共134页第九十五页，共135页。 图 6 - 22 直线式感应同步器 第95页/共134页第九十六页，共135页。, 滑尺则构成两相绕组。第96页/共134页第九十七页，共135页。图 6 - 23 直线式感应同步器定、 滑尺的印制

23、(yn zh)绕组 第97页/共134页第九十八页，共135页。第98页/共134页第九十九页，共135页。第99页/共134页第一百页，共135页。当一个矩形线圈(xinqun)通以电流 后，如图所示，两根竖直部分的单元导线周围空间将形成环形封闭磁力线（横向段导线暂不考虑）.第100页/共134页第一百零一页，共135页。由单元导线(doxin)1所形成的磁场在12区间的磁感应强度1由到2逐渐减弱，如近似斜线 所示。而由单元导线(doxin)2所形成的磁场在12区间的磁感应强度2由到1逐渐减弱，如近似斜线 所示。由于2和1电流方向相反(xingfn)，故在12区间产生的磁力线方向一致。 和

24、合成后使12区间形成一个近似均匀磁场。第101页/共134页第一百零二页，共135页。磁通在任一瞬间的空间分布为近似矩形波，而它的幅值则按激磁(jc)电流的瞬时值以正弦规律变化。这种在空间位置固定、而大小随时间变化的磁场称为脉振磁场。(P83)对上述矩形波采用谐波分析的方法，可获得基波、三次谐波，五次谐波。图3-47c用虚线画出了方波的基波和三次谐波。在下面的讨论中将只考虑(kol)基波部分，即把基波的正弦曲线作为 的分布曲线，谐波部分将设法消除或减弱。第102页/共134页第一百零三页，共135页。1( )sincos(/ )mBk Iwtb1k 是比例(bl)系数b 是矩形(jxng)线圈

25、的宽度第103页/共134页第一百零四页，共135页。当把另一个矩形线圈靠当把另一个矩形线圈靠设感应线圈A的中心从励磁(l c)线圈中心右移的距离为x, 则穿过线圈 的磁通为/2/2( )x bx bBd第104页/共134页第一百零五页，共135页。1(2 /)sincos(/ )Ambk Iwtx b当 x=b的整数倍 时，其匝链的磁通为最大当 x=b/2的奇数倍 时，其匝链的磁通为最小，即不匝链磁通。第105页/共134页第一百零六页，共135页。由此可得感应(gnyng)线圈的感应(gnyng)电动势为：1(2 /)coscos(/ )mebk wIwtx b第106页/共134页第一

26、百零七页，共135页。加定尺绕组(roz)上励磁电压，在垂直于定、滑尺导片某位置作一剖面，如上图所示。由右手螺旋定则可判断出磁力线的方向。由于所加励磁电流是交变的，可知该磁场是脉振磁场。该磁场在滑尺上产生感应电势。第107页/共134页第一百零八页，共135页。图 6 - 26 定、 滑尺相对位置改变(gibin)时滑尺导片所匝链磁通的变化 a位置位置(wi zhi)其匝链磁通最大，其匝链磁通最大，电势也最大。电势也最大。b位置位置(wi zhi)其匝链磁通为零，其匝链磁通为零，电势也为零。电势也为零。c位置其匝链磁通最大，位置其匝链磁通最大，电势也最大。方向同电势也最大。方向同a位置位置相反

27、。相反。第108页/共134页第一百零九页，共135页。图 6 - 27 滑尺导片电势(dinsh)有效值第109页/共134页第一百一十页，共135页。xx1802360 (电角度) (6 - 22) 然后就可以写出一个导片的感应(gnyng)电势有效值为xEEEmm180coscos1 式中, E1m是一个导片在x=0, 2, 4, 位置时感应(gnyng)电势的有效值, 也是导片的最大有效值电势。 第110页/共134页第一百一十一页，共135页。xExCEECEmmC180cos180cos111(6 - 23) 式中, Em为余弦绕组最大的相电势, 单位(dnwi)为“V”; x为余

28、弦绕组轴线相对励磁绕组轴线的位移, 单位(dnwi)为长度“m”。 第111页/共134页第一百一十二页，共135页。xExEEmms180sin90180cos(6 - 24) 第112页/共134页第一百一十三页，共135页。多极旋转变压器的输出电势是完全相仿的, 区别(qbi)是这里用(180/)x来表示电角度。xExCEECEmmC180cos180cos111xExEEmms180sin90180cos第113页/共134页第一百一十四页，共135页。, 和直线感应同步器的滑尺绕组相似, 是由正弦绕组和余弦绕组组成的两相绕组, 每相绕组又分成若干组, 正、 余弦绕组的每一组是间隔排列

29、并各自串联连接(参考图 6 - 23), 因此相邻两个组均相差90电角度。应注意到, 这里旋转感应同步器的转子对应于直线式的定尺, 而其定子对应于直线式的滑尺。第114页/共134页第一百一十五页，共135页。 图 6 - 28 旋转式感应同步器绕组(roz)排列示意图 第115页/共134页第一百一十六页，共135页。第116页/共134页第一百一十七页，共135页。 Ec=Em cosp (6 - 26)式中, Em为最大的感应电势。第117页/共134页第一百一十八页，共135页。第118页/共134页第一百一十九页，共135页。外径为300 mm、 极对数为360的旋转式感应同步器的精度可达12, 重复精度可达0.10.2。第119页/共134页第一百二十页，共135页。环境适应性强, 维护简便。第120页/共134页第一百二十一页，共135页。第121页/共134页第一百二十二页，共135页。示), 还能作点位控制和轮廓控制数控机床的位置检测元