第四章－旋转变压器.ppt

1、-1-,第一章 旋转变压器,控制电机,第一节 正余弦旋转变压器,第二节 线性旋转变压器,第三节 特种函数旋转变压器*,第四节 旋转变压器的选用,-2-,旋转变压器是输出电压与转子转角成一定函数关系的特种电机，其一、二次侧绕组分别放在定、转子上，一次侧绕组与二次侧绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角密切相关。,第四章 旋转变压器,从原理上看，旋转变压器相当于一台可以转动的变压器；从结构上看，旋转变压器相当于一台两相的绕线转子异步电动机。,-3-,第四章 旋转变压器,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在一定转角范围内与转子转角成正比。,用于解算系统的旋转变

2、压器可以分为:,1、正余弦旋转变压器,2、线性旋转变压器,4、特种函数旋转变压器,3、比例式旋转变压器,-4-,可见，旋转变压器是将角度信号转换成与其成某种函数关系的电压信号，其主要用途就是进行三角函数计算、坐标变换和角度数据传输等。,用于随动系统的旋转变压器可以分为:,1、旋转发送机,3、旋转变压器,第四章 旋转变压器,2、旋转差动发送机,-5-,一、基本结构,第四章 旋转变压器,4.1 正余弦旋转变压器,-6-,第四章 旋转变压器,4.2 正余弦旋转变压器的工作原理,-7-,1.正余弦旋转变压器的空载运行分析,第四章 旋转变压器,脉振磁场,励磁电压,感应电动势,变比,-8-,与普通变压器类

3、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,第四章 旋转变压器,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。,-9-,第四章 旋转变压器,2. 负载运行分析,-10-,第四章 旋转变压器,引起交轴磁场，输出电压畸变,-11-,当输出绕组接了负载以后，其输出电压便不再是转角的正、余弦函数。正弦输出绕组Z1-Z2接有负载，其输出电压如图所示，它偏离了期望的正弦值，这种现象称为输出特性的畸变。,第四章 旋转变压器,-12-,第四章 旋转变压器,主要

4、原因,畸变是必须消除的，下面首先分析畸变产生的原因，然后介绍消除畸变的措施。,-13-,为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消除的方法有两种，即一次侧补偿和二次侧补偿。,第四章 旋转变压器,破坏了输出电压随转角作正弦函数变化的关系。,-14-,第四章 旋转变压器,定、转子绕组间最大互感电抗： Xfr1=Nrkwr Nskws =kuXm,定子有效匝数绕组：Nskws,转子有效匝数绕组：Nrkwr,定子绕组的主电抗（激磁电抗）：Xm=(Nskws)2,转子绕组的自感电抗：Xr1=(Nrkwr)2=ku2Xm,-15-,第四章 旋转变压器,激磁绕组、正弦输出绕组电压方程：,-16-,第四章

5、 旋转变压器,输出电压的畸变程度取决于负载阻抗的大小。Zl1越大，输出电压畸变越小,-17-,第四章 旋转变压器,正余弦旋转变压器负载时，激磁绕组的电流也随转子转角变化而变化。,正余弦旋转变压器负载时，输出电压发生畸变的原因在于负载电流产生的交轴磁场，为了消除电压畸变，必须对交轴磁场予以补偿。,-18-,第四章 旋转变压器,3. 畸变补偿,(1) 二次侧补偿,-19-,第四章 旋转变压器,激磁绕组、正弦、余弦输出绕组电压方程：,当取负载阻抗Zl1=Zl2=Zl时，正余弦旋转变压器的输出电压、电流与转子转角无关。,-20-,第四章 旋转变压器,Zl1=Zl2=Zl称为二次侧对称补偿,-21-,第

6、四章 旋转变压器,Zl1=Zl2=Zl称为二次侧对称补偿，此时：Fr1q=Fr2q,交轴磁势相互抵消,且二次侧对称补偿时，激磁电流不随转子转角变化，正余弦旋转变压器的输入阻抗恒定。激磁绕组输入电流、功率、阻抗均不随转子转角变化。,Zl1=Zl2=Zl不易实现。,-22-,第四章 旋转变压器,(2) 一次侧补偿,-23-,第四章 旋转变压器,激磁绕组、交轴绕组、正弦输出绕组电压方程：,当取补偿阻抗Zq=0时，即交轴绕组短路，正余弦旋转变压器的输出电压、电流与转子转角无关。,-24-,第四章 旋转变压器,一次侧对称补偿的优点是：输出电压随转子转角呈正弦变化，且不受负载阻抗变化的影响,一次侧对称补偿

7、的缺点是：激磁绕组电流、功率、阻抗随转子转角变化而变化。,-25-,第四章 旋转变压器,为了达到完善补偿的目的，通常采用一、二次侧同时补偿。,-26-,线性旋转变压器的输出电压与转角成正比。当转角很小时，,第四章 旋转变压器,当转角较大时，这种线性函数关系便不再适用。,4.3 线性旋转变压器,事实上，对正余弦旋转变压器的连线进行适当改接，可以得到较大转角范围内输出电压与转角呈正比关系的线性旋转变压器。,-27-,第四章 旋转变压器,分析表明：旋转变压器的输出电压与转子转角满足,线性旋转变压器的输出电压与转角在一定的范围之内满足成正比。,当ku=0.5时，转子转角在37.40范围，输出电压与转子

8、转角成线性关系。,当ku=0.54时，转子转角在600范围，输出电压与转子转角成线性关系。,-28-,第四章 旋转变压器,一、 一次侧补偿的线性旋转变压器,-29-,第四章 旋转变压器,-30-,第四章 旋转变压器,由于采用了一次侧对称补偿，即使负载时，输出电压与转子转角仍能在一定范围内保持线性函数关系。,-31-,二、 二次侧补偿的线性旋转变压器,第四章 旋转变压器,-32-,第四章 旋转变压器,-33-,第四章 旋转变压器,-34-,根据上式，当电源电压一定时，旋转变压器的输出电压随转角的变化曲线如图1-7所示。,第四章 旋转变压器,-35-,(2) 额定频率。 指励磁电压的频率，有50H

9、z和400Hz两种。选择时应根据自己的需要，一般工频50Hz的使用起来比较方便，但性能会差一些，而400Hz的性能较好，但成本较高，故应选择性价比比较适中的产品。,第一章 旋转变压器,4.4 旋转变压器的选用,一、旋转变压器的主要技术数据,(1) 额定电压。 指励磁绕组应加的电压，有12、16、26、36、60、90、110、115、220V等几种。,-36-,(5) 开路输入阻抗（空载输入阻抗）。 输出绕组开路时，从励磁绕组看进去的等效阻抗值。标准开路输人阻抗有200、400、600、1000、2000、3000、4000、6000和10000等几种。,第四章 旋转变压器,(3) 变比。指在

10、规定的励磁一方的励磁绕组上加上额定频率的额定电压时，与励磁绕组轴线一致的处于零位的非励磁一方绕组的开路输出电压与励磁电压的比值，有0.15、0.56、0.65、0.78、1.0和2.0等几种。,(4) 输出相位移。 指输出电压与输入电压的相位差。该值越小越好，一般约在3l2电角度左右。,-37-,(1) 函数误差。 函数误差是评价正余弦旋转变压器性能的主要指标，它是指旋转变压器励磁绕组加上额定电压，补偿绕组短路时， 在不同的转子转角下，两个输出绕组实际输出特性和理想输出特性间的最大差值与理论上输出电压的最大值的百分比，其误差范围一般为0.02% 0.1% 。函数误差直接影响作为解算元件的解算精

11、度。,第四章 旋转变压器,二、旋转变压器的误差和精度,1. 旋转变压器的误差种类,-38-,(2) 零位误差。 零位误差也是评价正余弦旋转变压器性能的主要指标，它是指旋转变压器励磁绕组加上额定电压，补偿绕组短路时，两个输出绕组的实际电气零位与理论电气零位之差。以角分表示，误差范围一般为210。零位误差直接影响计算和数据传输系统的精度。,第四章 旋转变压器,-39-,(4) 电气误差。 电气误差是评价数据传输用旋转变压器性能的主要指标， 它是指转子的实际转角与对应的理论转角之差，以累积误差的形式表示。,第四章 旋转变压器,(3) 线性误差。 线性误差是评价线性旋转变压器性能的主要指标， 它是指旋

12、转变压器在一定的转角范围(一般为60)， 在采用线性旋转变压器方式接线时， 转子的实际转角与理想特性上所对应转角的最大差值。,-40-,旋转变压器的精度等级表示其所允许的误差值。,第四章 旋转变压器,2. 旋转变压器的精度等级,-41-,(1) 旋转变压器应尽可能在接近空载的状态下工作。因此，负载阻抗应远大于旋转变压器的输出阻抗。两者的比值越大，输出电压的畸变就越小。 (2) 使用时首先要准确地调准零位，否则会增加误差，降低精度。 (3) 励磁一方只用一相绕组时，另一相绕组应该短路或接一个与励磁电源内阻相等的阻抗。 (4) 励磁一方两相绕组同时励磁时，即只能采用二次侧补偿方式时，两相输出绕组的

13、负载阻抗应尽可能相等。,第四章 旋转变压器,三、旋转变压器的使用原则,-42-,1. 解算元件,第四章 旋转变压器,四、旋转变压器的应用实例,-43-,感应移相器是在旋转变压器的基础上演变而来的一种自控元件，其输出电压的幅值恒定，而相位角与转子转角成线性关系，常用于测角、测距及随动系统中。,第四章 旋转变压器,2. 感应移相器,-44-,忽略绕组的漏阻抗压降，根据式（1-1），可得转子正余弦输出绕组的电压平衡方程,第四章 旋转变压器,-45-,选择移相回路参数，,第四章 旋转变压器,当忽略绕组漏阻抗压降时， ， 因此上式表明，在满足一定的参数配合关系时，输出电压 的幅值保持不变，而相位角是转角

14、 的线性函数。,-46-,当感应移相器外接负载时，为保持上述相位角的线性关系，感应移相器本身和外接电路的参数必须满足,第四章 旋转变压器,感应移相器本身 输出阻抗的电阻分量,感应移相器本身 输出阻抗的电抗分量,-47-,第四章 旋转变压器,事实上，要满足 的关系是比较困难的，尤其在高频移相器中 。为保证移相器的精度，可以在转子正弦输出绕组R3-R4支路中再串接一个补偿电阻Rc，如图1-10所示，并且满足,-48-,感应移相器可应用于同步随动系统中，如图1-11所示。,第四章 旋转变压器,-49-,在伺服系统中，往往需要实时地检测电动机转子的位置，包括转子的绝对位置和增量式位置，同时还需检测出电

15、动机的转速，以实现对电动机转矩、转速及驱动机构的高精度控制。,第四章 旋转变压器,3. 位置传感器,-50-,本章小结 旋转变压器是一种输出电压与转子转角成一定函数关系的特种变压器，其一、二次侧绕组分别装在两相绕线转子异步电动机的定、转子上。本章主要介绍正余弦旋转变压器、线性旋转变压器和特种函数旋转变压器的基本结构和工作原理，并给出相应的输出特性。,第一章 旋转变压器,-51-,对于正余弦旋转变压器，由于在负载时出现的交轴磁动势，破坏了输出电压随转角作正余弦函数变化的规律，因此必须进行相应的补偿。通过一、二次侧补偿，可以大大削弱或消除输出电压的畸变。 线性旋转变压器是正余弦旋转变压器的一种特殊接法，对正余弦旋转变压器的连线进行适当改接，可以得到较大转角范围内输出电压与转角呈正比