第6章 旋转变压器

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1、第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 6.1 旋转变压器的类型和用途旋转变压器的类型和用途 6.2 旋转变压器的结构特点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正余弦旋转变压器的工作原理6.4 线性旋转变压器线性旋转变压器 6.5 旋转变压器的典型应用旋转变压器的典型应用 6.6 多极和双通道旋转变压器多极和双通道旋转变压器 6.7 感应移相器感应移相器 6.8 感应同步器感应同步器 思考题与习题思考题与习题 第第6章章 旋转变压器旋转变压器第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 6.1 旋转变压器的类型和用

2、途旋转变压器的类型和用途 旋转变压器可以单机运行, 也可以像自整角机那样成对或三机组合使用。旋转变压器的输出电压与转子转角呈一定的函数关系, 它又是一种精密测位用的机电元件, 在伺服系统、 数据传输系统和随动系统中也得到了广泛的应用。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 从电机原理来看, 旋转变压器又是一种能旋转的变压器。 这种变压器的原、 副边绕组分别装在定、 转子上。 原、 副边绕组之间的电磁耦合程度由转子的转角决定, 故转子绕组的输出电压大小及相位必然与转子的转角有关。 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

3、(代号为XZ)、 线性旋转变压器(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。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 这些旋转变压器的用途主要是用来进行坐标变换、 三角函数计算和数据传输、 将旋转角度转换成信号电压, 等等。 根据数据传输在系统中的具体用途, 旋转变压器又可分为旋变发送机(代号为XF)、 旋变差动发送机(代号为XC)和旋变变压器(代号为XB)。 其实, 这里数据传

4、输的旋转变压器在系统中的作用与相应的自整角机的作用是相同的。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 若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。 采用多极对是为了提高系统的精度。 若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。 本章将以单极对、 接触式旋转变压器为研究对象阐明旋转变压器的工作原理、 典型结构和误差补偿等。 最后再简单介绍感应同步器和感应移相器如何分别被用作精密位移测量和移相的元件。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 6.2 旋转变压器的结构特点旋转

5、变压器的结构特点 旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。 它由定子和转子两大部分组成, 每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分, 如图 6 - 1所示, 下面以正余弦旋转变压器的典型结构分析之。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 图 6 1 旋转变压器结构示意图第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 定子的电磁部分仍然由可导电的绕组和能导磁的铁心组成。 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

6、两绕组的轴线在空间互成90, 如图6-2所示。 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。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 图 6 - 2 正余弦旋转变压器原理示意图 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 6.3 正余弦旋转变压器的工作原理正余弦旋转变压器的工作原理 6.3.1 空载运行时的情况空载运行时的情况 如图 6 - 2 中, 设该旋转变压器空载, 即转子输出

7、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。 1fUDBDB第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 只是自整角机的副边为发送机定子三相绕组, 而这里的旋转变压器的副边为转子两相绕组。 这些变压器电势在时间上同相位, 而有效值与对应绕组的位置有关。 设图中余弦输出绕组Z1-Z2轴线与脉振磁密 轴线的夹角为, 仿照自整角机中所得出的结论公式(式 5 - 4), 可以写出这里的励磁磁通 在正、 余弦输出

8、绕组中分别感应的电势。 ER1=ERcos 在Z1-Z2中 ER2=ER cos(+90)=-ERsin 在Z3-Z4中 DBD(6 - 1)第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 式中, ER为转子输出绕组轴线与定子励磁绕组轴线重合时, 磁通D在输出绕组中感应的电势。 若假设D在励磁绕组D1-D2中感应的电势为ED, 则旋转变压器的变比为uRRDDEWkEW 式中, WR表示输出绕组的有效匝数; WD表示励磁绕组的有效匝数。 (6 -2)第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 把式(6 - 2)代入式(6 - 1)得 ER1

9、=kuED cos ER2=-kuED sin (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等于电压, 于是式(6 - 3)可写成 UR1=kuUs1cos UR2=-kuUs1sin (6 - 4) 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 6.3.2 负载后输出特性的畸变负载后输出特性的畸变 旋转变压器在运行时总要接上一定的负载, 如图 6 - 3中Z3、 Z4输出绕组接入负载阻抗ZL。 由实验得出, 旋转变压器的输出电压随转角的变化已偏离正弦关系, 空载和负载时输出特性曲线的对比如图 6 -

10、4 所示。 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, 这种畸变必须加以消除, 以减少系统误差和提高精确度。 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 图 6 - 3 正弦输出绕组接负载ZL第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 图 6 - 4 输出特性的畸变第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 交轴分量磁通密度BZq的作用是引起旋转变压器输出电压畸变的主要原因。 显然, 由于BZq=BZ cos, 故它所对应的交轴磁通q必定

11、和BZ cos成正比: qBZ cos (6 - 5) 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 由图 6 - 3可以看出, q与Z3-Z4输出绕组轴线的夹角为, 设q匝链Z3-Z4输出绕组的磁通为q34, 则 q34=q cos 将式(6 - 5)代入上式, 则 q34BZ cos 2 磁通q34在Z3-Z4绕组中感应电势仍属变压器电势, 其有效值为: q34=4.44fWZq34BZ cos 2 (6 - 6) 第第6 6章章 旋转变压器第旋转变压器第6 6章章 旋转变压器旋转变压器 式中, WZ为转子上Z3-Z4输出绕组的有效匝数。 由上式知, 旋转变压器