旋转变压器.ppt

1、第6章 旋转变压器,第6章 旋转变压器,6.1 旋转变压器的类型和用途 6.2 旋转变压器的结构特点 6.3 正余弦旋转变压器的工作原理 思考题与习题,旋转变压器 简称旋变。是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度数字转换装置中。,旋转变压器的生产厂家有很多，其中日本多摩川是专业制造厂家，其生产的旋转变压器有分体式和一体式两种。 旋变由转子和定子构成，并且两者在结构上相互独立，初级

2、和次级线圈都绕在定子上，转子由两组相差90线圈组成，采用无刷设计，转子和定子分离，下图就是一款分体式旋变。,下图是一款专门用于混合动力汽车的旋转变压器，其转子是由硅钢片垫成，因此有很高的防护等级，具有耐高温，防震等特点，比较适合在恶劣环境下使用。结构上采用转子和定子分离设计，安装方便，易于维护。,右图所示是一体式旋变，电气上和分体式一样，但是结构上已经采用一体化设计，所以安装非常方便，且有电磁屏蔽功能，所以被广泛应用在电梯、数控等行业。,6.1 旋转变压器的类型和用途,按旋转变压器的输出电压和转子转角间的函数关系, 旋转变压器可分为正余弦旋转变压器(代号为XZ)、 线性旋转变压器(代号为XX)

3、以及比例式旋转变压器(代号为XL)。,类型,用途,坐标变换、三角函数计算和数据传输、将旋转角度转换成信号电压。,按电机极对数的多少来分, 可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。,按有无电刷与滑环间的滑动接触来分类, 旋转变压器可分为接触式和无接触式两大类。,6.2 旋转变压器的结构特点,正余弦旋转变压器,定子绕组有两个，分别叫定子励磁绕组(其引线端为D1、 D2)和定子交轴绕组(其引线端为D3、 D4)。两个绕组结构上完全相同，它们都布置在定子槽中，而且两绕组的轴线在空间互成90，定子铁心由导磁性能良好的硅钢片叠压而成, 定子硅钢片内圆处冲有一定数量的规定槽形，用以嵌放定子绕组。 定子铁心外圆

4、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。,定子,转子绕组也有两个，分别为正弦输出绕组（Z3、Z4）和余弦输出绕组（Z1、Z2）。两绕组轴线也成空间90角。转子外圆有槽用来装转子绕组。,转子,正弦输出,余弦输出,6.3 正余弦旋转变压器的工作原理,6.3.1 空载运行时的情况,6.3.2 负载后输出特性的畸变,6.3.3 副边补偿的正余弦旋转变压器,旋转变压器可以看作是原边（定）与副边（转）绕组之间的电磁耦合程度能随着转子转角改变而改变的变压器。,6.3.1 空载运行时的情况,转子输出绕组和定子交轴绕组开路, 仅将定子绕组D1-D2加交流励磁电压 。 那么气隙中

5、将产生一个脉振磁密 , 其轴线在定子励磁绕组的轴线上。 据自整角机的电磁理论, 磁密 将在副边即转子的两个输出绕组中感应出变压器电势。,空载,副边感应的两相电势在时间上同相位, 而有效值与对应 绕组的位置有关。,感应电势,Z1Z2绕组：,Z3Z4绕组：,D1D2绕组：,副边绕组感应电动势的最大值为：,WR表示输出绕组的有效匝数； WD表示励磁绕组的有效匝数。,变比,Z1Z2绕组：,Z3Z4绕组：,与变压器类似, 若忽略定子励磁绕组的电阻和漏电抗, 则ED=Us1,Z1Z2绕组：,Z3Z4绕组：,如果输入电源电压不变，则两输出电压分别与转角有着严格的正、余弦关系。,输出电压,Z1Z2绕组：,Z3

6、Z4绕组：,6.3.2 负载后输出特性的畸变,负载后,输出特性的畸变,畸变原因分析,直轴分量：,负载后，由于副方引入电流，原方必将增加一个电流的负载分量I1L。一般变压器，负载不变则感应电势不变，对输出畸变影响很小。相当于变压器建立的处于饱和状态的主磁通。,交轴磁通q必定和BZq 成正比,交轴分量Bzq,设匝链Z3-Z4输出绕组的磁通为q34,q34在 Z3-Z4的感应电势为：,旋转变压器Z3-Z4绕组接上负载后, 除了电压UR2=-kuUs1sin以外, 还附加了正比于BZ cos 2的电势Eq34。这个电势的出现破坏了输出电压随转角作正弦函数变化的规律, 即造成输出特性的畸变。而且在一定转

7、角下, Eq34正比于BZ，而BZ又正比于Z3-Z4绕组中的电流IR2，即IR2愈大，Eq34也愈大，输出特性曲线畸变也愈严重。,畸变原因,Eq34=4.44fWZq34BZ cos 2,为了消除输出特性畸变，必须给予补偿。即消除Eq34的影响。,自整角机分析时，定子绕组只产生与转角无关的直轴磁场，并不产生交轴磁场，根本原因是由于定子绕组及其所连接的负载是对称的（三相对称）。 同理，若旋转变压器两转子绕组接上相等的阻抗Z=ZL，使副边电路成为对称（两相对称）后，能使得FR1q=FR2q ，就能消除交轴磁通q34的作用，从而消除输出畸变。,6.3.3 副边补偿的正余弦旋转变压器,副边对称的正余弦

8、旋转变压器, 其励磁绕组D1-D2加交流励磁电压 , D3-D4绕组开路; 转子Z1-Z2输出绕组接阻抗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。,6.3.3 副边补偿的正余弦旋转变压器,实质,设K为常数, 通过Z1-Z2绕组的电流为 , 产生的磁势为 ; 通过Z3-Z4绕组的电流为 , 产生磁势为 , 则,证明,交轴磁势,电路关系,to be continued,如果要求全补偿即FR1q=FR2q 时, 则只有Z=ZL。以上两式的正负号也恰恰说明了不论转角是多少, 只要保持Z=ZL, 就可以使要补偿的交轴磁势FR2q(对应于q34)

9、和另一绕组产生的磁势FR1q 大小相同, 方向相反。从而消除了输出特性曲线的畸变。,证明(续）,定子交轴绕组对交轴磁通q34来说是具有阻尼作用的一个绕组。根据楞次定律, 旋转变压器在工作时交轴磁通q34在绕组D3-D4中要感生电流，该电流所产生的磁通对交轴磁通q34有着强烈的去磁作用，从而达到了补偿的目的。同证明副边补偿的方法类似，可以证明，当定子交轴绕组外接阻抗Z等于励磁电源内阻抗Zn，即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。,原理,6.3.4 原边补偿的正余弦旋转变压

10、器,用原边补偿的方法也可以消除交轴磁通的影响。定子D1-D2励磁绕组接通交流电压 ，定子交轴绕组D3-D4端接阻抗Z; 转子Z3-Z4正弦绕组接负载ZL, 并在其中输出正弦规律的信号电压; Z1-Z2绕组开路。,6.3.4 原边补偿的正余弦旋转变压器,接线方式,原边和副边都补偿时的正余弦旋转变压器如图 6 - 7 所示, 此时其四个绕组全部用上, 转子两个绕组接有外接阻抗ZL和Z, 允许ZL有所改变。 和单独副边或单独原边补偿的两种方法比较, 采用原、 副边都补偿的方法, 对消除输出特性畸变的效果更好。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。

11、对于变动的负载阻抗来说, 这样不能实现完全补偿。而单独原边补偿时, 交轴绕组短路, 此时负载阻抗改变将不影响补偿程度, 即与负载阻抗值的改变无关, 所以原边补偿显得容易实现。 但是同时采用原、 副边补偿, 对于减小误差、 提高系统性能将是更有利的。,6.3.5 原、副边都补偿的正余弦旋转变压器,思考题与习题,1.消除旋转变压器输出特性曲线畸变的方法是什么? 2.正余弦旋转变压器副方全补偿的条件是什么?原方全补偿的条件又是什么? 3.旋转变压器副方全补偿时只产生与转角如何(有关; 无关)的直轴磁场?而能否(不; 可以)产生交轴磁场, 其原因是什么?,4.采用原方全补偿时, 旋转变压器在工作时交轴磁通在某绕组中感生电流, 该电流所产生的磁通对交轴磁通有什么作用