旋轉(zhuǎn)變壓器PPT課件

1、第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 第第6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的類型和用途旋轉(zhuǎn)變壓器的類型和用途 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點 6.3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 6.4 線性旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器 6.5 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用 6.6 多極和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器多極和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器 6.7 感應(yīng)移相器感應(yīng)移相器 6.8 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 思考題與習題思考題與習題 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的類型

2、和用途旋轉(zhuǎn)變壓器的類型和用途 旋轉(zhuǎn)變壓器可以單機運行, 也可以像自整角機那樣 成對或三機組合使用。 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子輸出電壓與轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)角呈一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)角呈一定的函數(shù)關(guān)系, 它又是一種精密測位用的機電 元件, 在伺服系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)中也得到 了廣泛的應(yīng)用。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 從電機原理來看, 旋轉(zhuǎn)變壓器又是一種能旋轉(zhuǎn)的變 壓器。 這種變壓器的原、 副邊繞組分別裝在定、 轉(zhuǎn)子 上。 原、原、 副邊繞組之間的電磁耦合程度由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角副邊繞組之間的電磁耦合程度由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角 決定決定, 意味著：轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓大小及相

3、位必然與輸出電壓大小及相位必然與 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。 按旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 角間的函數(shù)關(guān)系, 旋轉(zhuǎn)變壓器可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 (代號為XZ)、 線性旋轉(zhuǎn)變壓器(代號為XX)以及比例式 旋轉(zhuǎn)變壓器(代號為XL)。其中, 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸 出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系; 線性旋轉(zhuǎn)變壓器 的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)成正比; 比例 式旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上增加了一個鎖定轉(zhuǎn)子位置的裝 置。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 這些旋轉(zhuǎn)變壓器的用途主要是用來進行坐標變換坐標變換、 三三 角函數(shù)計算和數(shù)據(jù)傳輸、角函數(shù)計算和數(shù)據(jù)傳輸

4、、 將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成信號電壓將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成信號電壓, 等等。 根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸在系統(tǒng)中的具體用途, 旋轉(zhuǎn)變壓器 又可分為旋變發(fā)送機(代號為XF)、 旋變差動發(fā)送機(代 號為XC)和旋變變壓器(代號為XB)。 其實, 這里數(shù)據(jù)傳 輸?shù)男D(zhuǎn)變壓器在系統(tǒng)中的作用與相應(yīng)的自整角機的 作用是相同的。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 若按電機極對數(shù)的多少來分, 可將旋轉(zhuǎn)變壓器分為 單極對和多極對兩種。 采用多極對是為了提高系統(tǒng)的 精度。 若按有無電刷與滑環(huán)間的滑動接觸來分類, 旋轉(zhuǎn)變 壓器可分為接觸式和無接觸式兩大類。 本章將以單極對、 接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器為研究對象

5、闡明旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理、 典型結(jié)構(gòu)和誤差補償?shù)取?第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)與一般繞線式異步電動機 相似。 它由定子定子和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分組成, 每一大部分又有 自己的電磁部分和機械部分電磁部分和機械部分, 如圖 6 - 1所示, 下面以正 余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)分析之。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 1 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 2 正余弦

6、旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 定子的電磁部分仍然由可導(dǎo)電的繞組導(dǎo)電的繞組和能導(dǎo)磁的導(dǎo)磁的 鐵心鐵心組成。 定子繞組有兩個, 分別叫定子勵磁繞組定子勵磁繞組(其 引線端為D1、 D2)和定子交軸繞組定子交軸繞組(其引線端為D3、 D4)。 兩個繞組結(jié)構(gòu)上完全相同, 它們都布置在定子槽中, 而 且兩繞組的軸線在空間互成90, 如圖 6 - 2 所示。 定 子鐵心由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊壓而成, 定子硅鋼片 內(nèi)圓處沖有一定數(shù)量的規(guī)定槽形, 用以嵌放定子繞組。 定子鐵心外圓是和機殼內(nèi)圓過盈配合, 機殼、 端蓋等部 件起支撐作用, 是旋轉(zhuǎn)

7、電機的機械部分。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 原理： 定子通入電流、電流產(chǎn)生磁場 磁場匝鏈定子中的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢ED 磁場匝鏈轉(zhuǎn)子中的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢ER 兩電壓之比等于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)之比。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3.1 空載運行時的情況空載運行時的情況 如圖 6 - 2 中, 設(shè)該旋轉(zhuǎn)變壓器空載, 即轉(zhuǎn)子輸出繞即轉(zhuǎn)子輸出繞 組和定子交軸繞組開路組和定子交軸繞組開路, 僅將定子繞組D1-D2加交流勵 磁電壓 。 那么氣隙

8、中將產(chǎn)生一個脈振磁密 , 其軸線在定子勵磁繞組的軸線上。 據(jù)自整角機的電磁 理論, 磁密 將在副邊即轉(zhuǎn)子的兩個輸出繞組中感應(yīng) 出變壓器電勢。 1f U D B D B 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 只是自整角機的副邊為發(fā)送機定子三相繞組, 而這里的 旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊為轉(zhuǎn)子兩相繞組。 這些變壓器電勢變壓器電勢 在時間上同相位在時間上同相位, 而有效值與對應(yīng)繞組的位置有關(guān)而有效值與對應(yīng)繞組的位置有關(guān)。 設(shè)圖中余弦輸出繞組Z1-Z2軸線與脈振磁密 軸線的 夾角為, 仿照自整角機中所得出的結(jié)論公式(式 5 - 4), 可以寫出這里的勵磁磁通 在正、 余弦輸出

9、繞組中 分別感應(yīng)的電勢。 ER1=ERcos 在Z1-Z2中 ER2=ER cos(+90)=-ERsin 在Z3-Z4中 D B D (6 - 1) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 式中, ER為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵磁繞組軸線 重合時, 磁通D在輸出繞組中感應(yīng)的電勢。 若假設(shè)D在勵磁繞組D1-D2中感應(yīng)的電勢為ED, 則旋轉(zhuǎn) 變壓器的變比為 式中, WR表示輸出繞組的有效匝數(shù); WD表示勵磁 繞組的有效匝數(shù)。 D R D R u W W E E k (6 - 2) ER1=ERcos 在Z1-Z2中 ER2=ER cos(+90)=-ERsin

10、在Z3-Z4中 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 把式(6 - 2)代入式(6 - 1)得 ER1=kuED cos ER2=-kuED sin (6 - 3) 與變壓器類似, 可忽略定子勵磁繞組的電阻和漏電 抗, 則ED=Us1, 空載時轉(zhuǎn)子輸出繞組電勢等于電壓, 于是 式(6 - 3)可寫成 UR1=kuUs1cos UR2=-kuUs1sin (6 - 4) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3.2 負載后輸出特性的畸變負載后輸出特性的畸變 旋轉(zhuǎn)變壓器在運行時總要接上一定的負載, 如圖 6 - 3 中Z3

11、、 Z4輸出繞組接入負載阻抗ZL。 由實驗得出, 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓隨轉(zhuǎn)角的變化已偏 離正弦關(guān)系, 空載和負載時輸出特性曲線的對比如圖 6 - 4 所示。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 3 正弦輸出繞組接負載ZL 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 引起畸變的主要原因：引起畸變的主要原因：交軸分量磁通密度BZq的作用。 Why？ 如果負載電流越大, 兩曲線的差別也越大。這種輸出特性偏 離理論上的正余弦規(guī)律的現(xiàn)象被稱為輸出特性的畸變輸出特性的畸變。 但 是, 這種畸變必須加以消除, 以減少系統(tǒng)誤差和提

12、高精確度。 接入負載接入負載，繞組中產(chǎn)生電流繞組中產(chǎn)生電流 電流產(chǎn)生脈振磁場電流產(chǎn)生脈振磁場 該磁場分解為兩個方向該磁場分解為兩個方向 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 第一個分量：直軸分量，作用相當于普通變壓器的磁通。第一個分量：直軸分量，作用相當于普通變壓器的磁通。 理論上：理論上：由磁勢平衡原理，副方接入負載流過電流I時， 原方電流也必然增加一個負載分量，以保持主磁通基本不變。 實際中：實際中： 由于電流增加，漏阻抗壓降也增加，從而主磁通 會略有減少。因而原、副邊感應(yīng)電勢也會略有下降。 在旋轉(zhuǎn)變壓器中，該直軸分量的磁通也相當于此作用在旋轉(zhuǎn)變壓器中，

13、該直軸分量的磁通也相當于此作用。 不同的是，在一般變壓器中，副方負載不變，原副邊電勢不變 旋轉(zhuǎn)變壓器中，副方電流及其所產(chǎn)生的直軸磁通所感應(yīng)的 電勢大小隨轉(zhuǎn)角的變化而變化。但是就輸出電壓曲線畸變的就輸出電壓曲線畸變的 問題而言，對其影響很小。問題而言，對其影響很小。該情況和普通變壓器中主磁通和 感應(yīng)電勢的情況一樣，只要原方電壓不變，變壓器從空載到 負載的主磁通和感應(yīng)電勢基本不變。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 第二個分量：第二個分量：顯然, 由于BZq=BZ cos, 故它所對應(yīng)的交軸 磁通q必定和BZ cos成正比: qBZ cos (6 - 5)

14、由圖 6 - 3可以看出, q與Z3-Z4輸出 繞組軸線的夾角為, 設(shè)q匝鏈Z3-Z4 輸出繞組的磁通為q34, 則 q34=q cos 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 將式(6 - 5)代入上式, 則 q34BZ cos 2 磁通q34在Z3-Z4繞組中感應(yīng)電勢仍屬變壓器電勢, 其有效值為: Eq34=4.44fWZq34BZ cos 2 (6 - 6) 式中, WZ為轉(zhuǎn)子上Z3-Z4輸出繞組的有效匝數(shù) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 由上式知, 旋轉(zhuǎn)變壓器Z3-Z4繞組接上負載后, 除了電壓 UR2=-ku

15、Us1sin以外, 還附加了正比于BZ cos 2的電勢 Eq34。 這個電勢的出現(xiàn)破壞了輸出電壓隨轉(zhuǎn)角作正弦函 數(shù)變化的規(guī)律, 即造成輸出特性的畸變。 而且在一定轉(zhuǎn) 角下, Eq34正比于BZ, 而BZ又正比于Z3-Z4繞組中的電流IR2, 即IR2愈大, Eq34也愈大, 輸出特性曲線畸變也愈嚴重。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3.3 副邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 副邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器實質(zhì)上就是副邊對稱 的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器, 其電氣接線圖如圖6 - 5所示。 其 勵磁繞組D1-D2加交流勵磁電壓 , D3-D4繞組開路; 轉(zhuǎn) 子Z1-Z

16、2輸出繞組接阻抗Z, 應(yīng)使阻抗Z等于負載阻抗ZL, 方能使q12=q34(即FR1q=FR2q), 以便得到全面補償。 1s U 為消除該磁通的影響，采取相應(yīng)的措施。消除特性畸變的 方法也稱為補償。 一種是：副邊補償；另一種是：原邊補償。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 5 副邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 證明 設(shè)K為常數(shù), 通過Z1-Z2繞組的電流為 , 產(chǎn)生的磁勢為 ; 通過Z3-Z4繞組的電流為 , 產(chǎn) 生磁勢為 , 則 FR1=KIR1 FR2=KIR2 1R I

17、 1R F 2R I 2R F (6 - 7) 由圖 6 - 5知, 交軸磁勢為 FR1q=FR1sin=KIR1sin FR2q=FR2cos=KIR2cos (6 - 8) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 由圖 6 - 5 的電路關(guān)系得 cos sin 11 1 12 2 ZZ Uk ZZ U I ZZ Uk ZZ U I suR R L su L R R (6 - 9) 將式(6 - 9)代入式(6 - 8)得以下兩式: cos sin cos sin cos sin 1 22 1 11 ZZ Uk KIKF ZZ Uk KIKF L su Rq

18、R su RqR (6 - 11) (6 - 10) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 比較以上兩式, 如果要求全補償即FR1q=FR2q 時, 則 只有Z=ZL。 以上兩式的正負號也恰恰說明了不論轉(zhuǎn)角 是多少, 只要保持Z=ZL, 就可以使要補償?shù)慕惠S磁勢 FR2q(對應(yīng)于q34)和另一繞組產(chǎn)生的磁勢FR1q 大小相同, 方向相反。 從而消除了輸出特性曲線的畸變。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3.4 原邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器原邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 用原邊補償?shù)姆椒ㄒ部梢韵惠S磁通的影響。 接線圖

19、如圖 6 - 6所示, 此時定子D1-D2勵磁繞組接通交 流電壓 , 定子交軸繞組D3-D4端接阻抗Z; 轉(zhuǎn)子Z3-Z4 正弦繞組接負載ZL, 并在其中輸出正弦規(guī)律的信號電壓; Z1-Z2繞組開路。 1s U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 從圖 6 - 6 可以看出, 定子交軸繞組對交軸磁通q34 來說是具有阻尼作用的一個繞組。 根據(jù)楞次定律, 旋轉(zhuǎn) 變壓器在工作時交軸磁通q34在繞組D3-D4中要感生電 流, 該電流所產(chǎn)生的磁通對交軸磁通q34有著強烈的去 磁作用, 從而達到了補償?shù)哪康?。同證明副邊補償?shù)姆?法類似, 可以證明, 當定子交軸繞組外接

20、阻抗當定子交軸繞組外接阻抗Z等于勵磁等于勵磁 電源內(nèi)阻抗電源內(nèi)阻抗Zn, 即即Z=Zn時時, 由轉(zhuǎn)子電流所引起的輸出特由轉(zhuǎn)子電流所引起的輸出特 性畸變可以得到完全的補償性畸變可以得到完全的補償。 因為一般電源內(nèi)阻抗Zn 值很小, 所以實際應(yīng)用中經(jīng)常把交軸繞組直接短路, 同 樣可以達到完全補償?shù)哪康摹?第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.3.5 原、原、 副邊都補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器副邊都補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 原邊和副邊都補償時的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器如圖 6 - 7 所示, 此時其四個繞組全部用上, 轉(zhuǎn)子兩個繞組接有外 接阻抗ZL和Z, 允許ZL有所改變。

21、 和單獨副邊或單獨原邊補償?shù)膬煞N方法比較, 采用 原、 副邊都補償?shù)姆椒? 對消除輸出特性畸變的效果更 好。這是因為, 單獨副邊補償時補償所用阻抗Z的數(shù)值 和旋轉(zhuǎn)變壓器所帶的負載阻抗ZL的值必須相等。 對于 變動的負載阻抗來說, 這樣不能實現(xiàn)完全補償。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 而單獨原邊補償時, 交軸繞組短路, 此時負載阻抗 改變將不影響補償程度, 即與負載阻抗值的改變無關(guān), 所以原邊補償顯得容易實現(xiàn)。 但是同時采用原、 副邊 補償, 對于減小誤差、 提高系統(tǒng)性能將是更有利的。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)

22、變壓器 圖 6 - 7 原、 副邊同時補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.4 線性旋轉(zhuǎn)變壓器線性旋轉(zhuǎn)變壓器 線性旋轉(zhuǎn)變壓器是由正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器改變連接 線而得到的。 即將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子D1-D2繞組 和轉(zhuǎn)子Z1-Z2繞組串聯(lián), 并作為勵磁的原邊。 如圖6 -8所 示, 定子交軸繞組D3-D4端短接作為原邊補償, 轉(zhuǎn)子輸出 繞組Z3-Z4端接負載阻抗ZL, 如果將原邊施加交流電壓 后,轉(zhuǎn)子Z3-Z4繞組所感應(yīng)的電壓UR2與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有如下 關(guān)系: 1s U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變

23、壓器 圖 6 - 8 原邊補償?shù)木€性旋轉(zhuǎn)變壓器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 式中, 當變壓比ku取為0.560.59之間, 則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 在60范圍內(nèi), 輸出電壓UR2 隨轉(zhuǎn)角的變化將呈良好 的線性關(guān)系。 如圖 6 - 9 曲線所示。 cos1 sin 1 2 u su R k Uk U (6 - 12) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 9 曲線 12 cos1 sin s u u R U k k U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出電壓輸出電壓UR2

24、與轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)角成正比即成正比即UR2=K的旋轉(zhuǎn)變壓的旋轉(zhuǎn)變壓 器被稱為線性旋轉(zhuǎn)變壓器器被稱為線性旋轉(zhuǎn)變壓器。 當轉(zhuǎn)角很小時, sin, 所 以當正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)角很小時, 輸出電壓近似是 轉(zhuǎn)角的線性函數(shù)。 但是, 若要求在更大的角度范圍內(nèi)得 到與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系的輸出電壓, 直接使用原來的正余 弦旋轉(zhuǎn)變壓器就肯定不能滿足要求。 因此, 將接線圖改 為圖 6 - 8 的方式, 與此圖對應(yīng)的表達式(6 - 12)就成了 線性旋轉(zhuǎn)變壓器的原理公式。 該式推導(dǎo)方法如下: 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 在圖 6 - 8 中, 由于采用了原邊補償(當然也可采用

25、副邊補償), 其交軸繞組被短接, 即認為電源內(nèi)阻抗Zn很 小。 交軸繞組的作用抵消了絕大部分的交軸磁通, 可以 近似認為該旋轉(zhuǎn)變壓器中只有直軸磁通D。 D在定子 D1-D2繞組中感應(yīng)電勢ED,則在轉(zhuǎn)子Z3-Z4繞組中感應(yīng)的 電勢為 ER2=-kuED sin 在轉(zhuǎn)子Z1-Z2繞組中感應(yīng)的電勢為: ER1=kuED cos 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 因為定子D1-D2繞組和轉(zhuǎn)子Z1-Z2繞組串聯(lián), 所以若 忽略繞組的漏阻抗壓降時, 則有 Us1=ED+kuED cos 又因為轉(zhuǎn)子輸出繞組的電壓有效值UR2在略去阻抗 壓降時就等于ER2, 即 UR2

26、=-ER2=kuED sin 故以上兩式的比值為 cos1 sin 1 2 u u s R k k U U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 上式和式(6 - 12)是一致的, 根據(jù)此式, 當電源電壓 Us1一定時, 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓UR2隨轉(zhuǎn)角變化曲線 與圖 6 - 9 曲線一致。 從數(shù)學推導(dǎo)可知, 當轉(zhuǎn)角 =60 范圍內(nèi), 而且變壓比ku=0.56時, 輸出電壓和轉(zhuǎn) 角之間的線性關(guān)系與理想直線相比較, 誤差遠遠小于 0.1%, 完全可以滿足系統(tǒng)要求。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.5 旋轉(zhuǎn)變壓器的典

27、型應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器廣泛應(yīng)用于解算裝置和高精度隨動系 統(tǒng)中及系統(tǒng)的裝置電壓調(diào)節(jié)和阻抗匹配等。在解算裝 置中主要用來求解矢量或進行坐標轉(zhuǎn)換、 求反三角函 數(shù)、 進行加減乘除及函數(shù)的運算等等; 在隨動系統(tǒng)中 進行角度數(shù)據(jù)的傳輸或測量已知輸入角的角度和或角 度差; 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器則是匹配自控系統(tǒng)中的阻抗和 調(diào)節(jié)電壓。 以下介紹三種典型例子。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.5.1 用旋轉(zhuǎn)變壓器求反三角函數(shù) 當旋轉(zhuǎn)變壓器作為解算元件時, 其變比系數(shù)ku常設(shè) 計為1。 它和有關(guān)元件配合可以進行數(shù)學計算、 坐標 變換等。 以下僅以求反三角函

28、數(shù)為例來說明。 即已知 E1和E2值, 如何求反余弦函數(shù)=arccos(E2/E1)的問題。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 10 求=arccos(E2/E1)的接線圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 接線圖如圖 6 - 10所示。 電壓U1加在旋轉(zhuǎn)變壓器的 轉(zhuǎn)子繞組Z1 - Z2端,略去轉(zhuǎn)子繞組阻抗壓降則電勢E1=U1; 定子繞組D1 - D2端和電勢E2串聯(lián)后接至放大器, 經(jīng)放大 器放大后加在伺服電動機的電樞繞組中, 伺服電動機通 過減速器與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸之間機械耦合。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變

29、壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 Z1 - Z2 繞組和D1 - D2繞組設(shè)計制造的匝數(shù)相同, 即ku=1, 所以Z1 - Z2繞組通過電流后所產(chǎn)生的勵磁磁通在D1 - D2 繞組中感應(yīng)電勢為E1cos。 放大器的輸入端電勢便為 E1 cos-E2。 如果E1 cos=E2, 此時伺服電動機將停止轉(zhuǎn) 動, 則E2/E1=cos, 因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角=arccos(E2/E1), 這正是 我們所要求的結(jié)果。 可見利用這種方法可以求取反余 弦函數(shù)。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.5.2 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的用途是用來匹配阻

30、抗和調(diào)節(jié) 電壓的。 若在旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組D1-D2端施以勵磁 電壓 , 轉(zhuǎn)子繞組Z1-Z2從基準電壓零位逆時針轉(zhuǎn)過 角, 則轉(zhuǎn)子繞組Z1 - Z2端的輸出電壓為 UR1=kuUf1cos 此式與式(6 - 4)的第一式相同。 此時, 定子D3-D4繞 組直接短路進行原邊補償, 轉(zhuǎn)子Z3-Z4 繞組開路。 將上 式改寫成: 1f U cos 1 1 u f R k U U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 上式中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角在0360之間變化, 也就是cos 在+1.0-1.0范圍內(nèi)變動。 因變比ku為常數(shù), 故比值 UR1/Uf1將在ku的范圍內(nèi)變化。

31、 如果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角到 某定值, 則可得到唯一的比值UR1/Uf1。 這就是比例式旋 轉(zhuǎn)變壓器的工作原理, 在自控系統(tǒng)中, 若前級裝置的輸 出電壓與后級裝置需要的輸入電壓不匹配, 可以在其間 放置一比例式旋轉(zhuǎn)變壓器。 將前級裝置的輸出電壓加 在該旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入端, 調(diào)整比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)角到適當值, 即可得到輸出后級裝置所需要的輸入 信號電壓。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.5.3 由XF、 XC、 XB構(gòu)成的角度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 旋變發(fā)送機XF、 旋變差動發(fā)送機XC及旋變變壓 器XB的結(jié)構(gòu)和本身的原理與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器完全相 同。 由XF、

32、 XC、 XB構(gòu)成的角度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(如圖 6 - 11 所示)與由ZKF、 ZKC、 ZKB組成的自整角機角 度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有相同的功用。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 由旋轉(zhuǎn)變壓器所構(gòu)成的角度傳輸系統(tǒng)也能精確地傳輸旋 變發(fā)送機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角1與旋變差動發(fā)送機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角2之差 角1-2。 1和2的正方向應(yīng)按照逆時針方向取正, 順時 針方向取負的原則來取。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 11 XF-XC-XB組成的角度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓

33、器 當旋變變壓器XB的輸出繞組接一相或兩相不對稱 負載時, 負載電流產(chǎn)生電樞反應(yīng), 使氣隙中的正弦磁場 發(fā)生畸變, 會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正 余弦函數(shù)的關(guān)系產(chǎn)生偏差, 造成解算精度和數(shù)據(jù)傳輸精 度下降。 為了提高精度消除偏差, 仍然采用原、 副邊 補償?shù)姆椒? 效果將更好。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.6 多極和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器多極和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器 為了提高系統(tǒng)對檢測的精度要求, 采用了由兩極和 多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成的雙通道伺服系統(tǒng)。 這樣可以使 精度從角分級提高到角秒級。 雙通道中粗測道由一對 兩極的旋轉(zhuǎn)變壓器組成, 精測道由一

34、對多極的旋轉(zhuǎn)變壓 器組成。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.6.1 采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器提高系統(tǒng)精度的原理 對于多極旋轉(zhuǎn)變壓器來說, 其工作原理和兩極旋轉(zhuǎn) 變壓器相同, 不同的只是定、 轉(zhuǎn)子繞組所通過的電流會 建立多極的氣隙磁場。 因此使旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓值 隨轉(zhuǎn)角變化的周期不同。 圖 6 - 12中圖(a)表示兩極旋 轉(zhuǎn)變壓器的磁場分布展開圖, 圖(b)表示多極旋轉(zhuǎn)變壓器 的磁場分布展開圖。 圖中設(shè)線圈的跨距等于一個極距。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 當定子勵磁相加電壓時, 沿定子內(nèi)圓建立p對極的磁場,

35、 每對極所對應(yīng)的圓心角為360/p。 不難想象, 轉(zhuǎn)子每 轉(zhuǎn)過360/p, 轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一對極的距離, 輸出繞組電勢 變化一個周期, 變化情況與兩極旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一 轉(zhuǎn)360的變化情況一樣。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 12 旋轉(zhuǎn)變壓器的展開圖 (a) 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器; (b) 多極旋轉(zhuǎn)變壓器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 與自整角機的情況一樣, 當一對旋轉(zhuǎn)變壓器作差角 測量時, 其輸出電壓的大小是差角的正弦函數(shù)。 兩極和 多極旋轉(zhuǎn)變壓器的不同之處是, 兩極時輸出電壓有效值 大小隨差角作正弦

36、變化的周期是360, 多極時周期為 360/p。 亦即差角變化360時, 多極的旋轉(zhuǎn)變壓器的 輸出電壓就變化了p個周期, 如圖 6 - 13 所示。 若用表 示差角, 用U2(l)、 U2(p)分別表示兩極和多極旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出電壓的有效值, 則 U2(l)=Um(l)sin (6 - 14) U2(p)=Um(p)sinp (6 - 15) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 1兩極旋轉(zhuǎn)變壓器; 2多極旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 13 一對旋轉(zhuǎn)變壓器作差角測量時的輸出電壓波形 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 式中,

37、Um(l)、 Um(p)分別為兩極、 多極旋轉(zhuǎn)變壓器的 最大輸出電壓有效值。 注意到多極旋轉(zhuǎn)變壓器每對極 在定子內(nèi)圓上所占的角度360/p指的是實際的空間幾 何角度, 這個角度被稱為機械角度。 在四極及以上極數(shù) 的電機中常常把一對極所占的360定義為電角度, 這 是因為繞組中感應(yīng)電勢變化一個周期為360。 對于兩 極電機, 其定子內(nèi)圓所占電角度和機械角度相等均為 360; 而p對極電機, 其定子內(nèi)圓全部電角度為360p, 但機械角度卻仍為360。 所以二者存在以下關(guān)系: 電角度=機械角度極對數(shù) (6 - 16) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 這樣以來

38、, 式(6 - 14)和式(6 - 15)中正弦函數(shù)所對應(yīng) 的角度實際上是用電角度表示的, 這個電角度當然和電 壓(或電勢、 電流)的時間相位角是對應(yīng)相等的。 式(6 - 14)中為兩極時的電角度, 式(6 - 15)中p為p對極時的 電角度。 經(jīng)比較可知， 多極旋轉(zhuǎn)變壓器把兩極時的角 度放大了p倍。 這就是采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成的測量 角度系統(tǒng)可以大幅度提高精度的原因。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 提高精度的原因可以用圖6 - 14的例子再加解釋。 圖中曲線1表示作角度測量時兩極旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電 壓有效值波形, 曲線2表示此時多極旋轉(zhuǎn)變壓器的輸

39、出 電壓有效值波形。 設(shè)在0角時, 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出 電壓U0經(jīng)放大后尚不能驅(qū)動交流伺服電動機。 但如果 改用多極旋轉(zhuǎn)變壓器, 在同樣的0時,由于電角度比兩極 時放大到p倍, 圖中仍為0處, 所以輸出電壓 U2(p)=Um(p)sinp0 的值比較高, 即圖中的A點。該點電 壓放大后可以使交流伺服電動機轉(zhuǎn)動, 直到U2(p)=U0時 才停轉(zhuǎn)到圖中B點。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 14 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器與多極 旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差比較 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 此時系統(tǒng)的誤差由0減少到0。

40、由圖可知, 0較0小得 多, 故使系統(tǒng)的精度大大提高。 一般情況下, 多極旋轉(zhuǎn) 變壓器的極數(shù)越多, 系統(tǒng)的精度就越高。 如果僅使用一對多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成的測角系統(tǒng), 如圖 6 - 13中在機械角度等于360/p, 2(360/p), 3(360/p), 這些位置上時, 其輸出電壓都為0。 則 系統(tǒng)就會在這些“假”零位上協(xié)調(diào), 以致造成莫大錯誤。 為了避免發(fā)生這種情況, 故發(fā)展了雙通道同步隨動系統(tǒng)。 其原理圖如圖 6 - 15所示。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 15 電氣變速雙通道同步隨動系統(tǒng) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6

41、6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖中1XF、 1XB分別表示兩極的旋變發(fā)送機 和兩極旋變變壓器, 它們組成了粗測通道。 nXF、 nXB分別表示多極旋變發(fā)送機和多極旋變變壓器, 它 們組成精測通道。 兩個通道的旋變發(fā)送機和旋變變壓 器的軸分別直接耦合, 如圖中點劃線所示。 精測和精測 旋變變壓器的輸出都接到選擇電路(或叫電子開關(guān), 見 本節(jié)附注)SW。其作用如下: 當發(fā)送軸和接收軸處于大 失調(diào)角時, SW只將精測通道的電壓輸出, 使系統(tǒng)工作在 粗測信號下; 而當發(fā)送軸和接收軸處于小失調(diào)角時, SW 只將精測通道的電壓輸出, 使系統(tǒng)的精測通道斷開。 因 此, 這種雙通道系統(tǒng)既充分利用了采用多極旋轉(zhuǎn)

42、變壓器 時的優(yōu)點, 又避免了假零位協(xié)調(diào)的缺點。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 如果將角位移時的轉(zhuǎn)速用電角度來表示， 則多極 旋轉(zhuǎn)變壓器在系統(tǒng)中可將電氣轉(zhuǎn)速提高到p倍, 因此這 種系統(tǒng)又稱之為電氣變速式雙通道同步隨動系統(tǒng)。 這 時的極對數(shù)p也認為是電氣速比。 這種同步隨動系統(tǒng)具 有很高的精度, 一般可以達到系統(tǒng)精度小于1。 其精度 高的原因: 一方面是依靠增加電氣速比p來減少系統(tǒng)誤 差; 另一方面也是由于多極旋變電機本身較兩極旋變的 精度提高很多。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 因為當極對數(shù)增加時, 每對極沿

43、定子內(nèi)圓所占的弧長就 減短, 那么在某一對極下, 由于氣隙不均勻等因素所引 起的磁通密度非正弦分布的程度就小得多。 如果各對 極極面下的平均氣隙仍不相等, 則可通過各對應(yīng)極對下 的繞組之間進行串聯(lián)以達到平均補償, 這樣便使得多極 旋變較兩極旋變的精度大大提高。 例如, 一般兩極旋變 的精度只能做到幾個或幾十個角分, 而多極旋變則可達 到幾十個角秒甚至達到37。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.6.2 多極旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu) 用于電氣變速的同步隨動系統(tǒng)中的雙通道旋轉(zhuǎn)變 壓器, 是由兩極旋轉(zhuǎn)變壓器(粗機)和多極旋轉(zhuǎn)變壓器(精 機)組合成一體的旋轉(zhuǎn)變壓器。

44、 從磁路組合情況可將它 分為組裝式和分裝式兩大類, 如圖 6 - 16的圖(c)和(d)所 示。 組裝式的定、 轉(zhuǎn)子裝在同一機殼內(nèi), 通過軸伸、 嚙合齒輪和主軸聯(lián)接, 并通過電刷和滑環(huán)引入或輸出電 信號; 分裝式的轉(zhuǎn)子一般為大內(nèi)孔, 可直接套在被測裝 置的主軸上, 省略了傳動齒輪, 有利于提高整體的精度, 分裝式結(jié)構(gòu)通常不帶電刷和滑環(huán), 而且便于與總機配套。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 從機械組合情況看, 又可將雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器分為 平行式和重疊式兩類, 如圖 6 - 16的圖(a)和(b)所示。 機 械組合式的結(jié)構(gòu), 其精機和粗機在電磁方面互不干

45、擾, 容易保證精機的精度, 而且使粗精機零位可調(diào)。 但是磁 路組合式結(jié)構(gòu)簡單, 工藝性好, 體積小, 是機械組合式所 不及的。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 16 多極旋轉(zhuǎn)變壓器的基本結(jié)構(gòu)形式 (a) 機械組合(平行式); (b) 機械組合(重疊式); (c) 磁路組合(組裝式); (d) 磁路組合(分裝式) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 多極旋轉(zhuǎn)變壓器除了上述粗精機組合在一起的組 合結(jié)構(gòu)外, 也有單獨精機結(jié)構(gòu)的多極旋轉(zhuǎn)變壓器, 其結(jié) 構(gòu)形式也可分為組裝式和分裝式兩種。 它和磁路組合 式的結(jié)構(gòu)基

46、本上是一樣的,只不過其定、 轉(zhuǎn)子繞組均為 多極繞組, 并非兩極繞組。 多極旋轉(zhuǎn)變壓器除了用于角 度傳輸系統(tǒng)中之外, 還可以用于解算裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置中。 多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的常用極對數(shù)有: 5、 15、 30、 36、 60、 72, 或2、 4、 8、 16、 32、 64、 128等。 其常用機座號有: 45、 70、 110、 160、 200、 250、 320、 400等幾種。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.6.3 說明 (1) 按照前述旋轉(zhuǎn)變壓器提高精度的原理, 自整角 機也和旋轉(zhuǎn)變壓器一樣, 可以制成多極的結(jié)構(gòu), 以大幅 度地提

47、高系統(tǒng)和自整角機本身的精度。 多極自整角機 也廣泛應(yīng)用于雙通道甚至三通道的同步系統(tǒng)中。 其理 論和多極旋變相似, 這里不再贅述了。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 1精測通道輸出繞組; 2粗測通道輸出繞組 圖 6 - 17 無觸點電子切換開關(guān) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 (2) 關(guān)于圖 6 - 15中的選擇電路SW問題, 它實質(zhì)上 是一種電子開關(guān)。 目前常用的一種電子開關(guān)如圖 6 - 17所示。 它又叫無觸點電子切換開關(guān)。 這種開關(guān)的工 作原理是利用了半導(dǎo)體元件非線性的伏安特性。 在精 測通道電路中, 電阻

48、R2遠大于R1。 當失調(diào)角較大, 輸出 電壓較大時, 整流器B1、 B2的電阻很小, 就相當于將精 測通道的輸出電壓短路, 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 而粗測通道的輸出電壓則大部分降落在電阻R3上, 因此, 這時在輸出端上只有粗測通道的輸出電壓起作用; 當失 調(diào)角很小時, 輸出電壓不大, 整流器B1的電阻變得很大, 則精測通道的大部分電壓降落在電阻R2上, 而粗測通道 的輸出電壓降落在整流器B2上。 此時, 在電子切換開關(guān) 的輸出端上, 實際上只有精測通道的輸出電壓在起作用。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器

49、 (3) 磁路組合式多極旋轉(zhuǎn)變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)舉例。 例 1 多極旋變發(fā)送機: 型號為110XFS1/30a; 極對 數(shù)為1/30對極(粗機/精機); 勵磁方在轉(zhuǎn)子上; 額定電壓36 V; 頻率為400 Hz; 開路輸入阻抗2000/150 ()(粗機/精 機); 開路輸入功率0.5/6.5(W)(粗機/精機); 最大輸出電壓 為12 V; 粗精機零位偏差030。 例 2 多極旋變變壓器: 型號為110XBS1/30a; 極 對數(shù)為1/30對極(粗機/精機); 勵磁方在定子上; 額定電壓 為12 V; 頻率為400 Hz; 開路輸入阻抗為3000/200(); 開 路輸入功率為0.03/1(W

50、); 最大輸出電壓為6 V; 粗精機零 位偏差為330。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.7 感感 應(yīng)應(yīng) 移移 相相 器器 感應(yīng)移相器是在旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)上演變而成的一 種自控元件。 它作為移相元件常用于測角或測距及隨 動系統(tǒng)中。 其主要特點是輸出電壓的相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 成線性關(guān)系, 而且其輸出電壓的幅值能保持恒定。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)移相器的基本結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器相同, 若將旋 轉(zhuǎn)變壓器的輸出繞組接上移相電路, 如圖6 - 18所示, 當 其中電阻R和電容C以及旋轉(zhuǎn)變壓器本身的參數(shù)滿足一 定的

51、條件時, 則旋轉(zhuǎn)變壓器就轉(zhuǎn)變成感應(yīng)移相器了。 當 定子邊加上單相勵磁電壓 時, 感應(yīng)移相器的輸出 電壓 將是一個幅值不變、 相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線 性關(guān)系的交流電壓。 1f U R U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 18 感應(yīng)移相器工作原理圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.7.1 空載時的輸出電壓 先通過推導(dǎo)感應(yīng)移相器空載時的輸出電勢來加以 說明。 為簡便起見, 忽略繞組的漏阻抗壓降。 按照分 析變壓器時的規(guī)定正方向, 根據(jù)基爾霍夫第二定律列出 該正方向下(如圖 6 - 18 所示)的轉(zhuǎn)子邊正、

52、 余弦繞組的 電勢平衡方程式： Cj IEU RIEU RRR RRR 1 )(sin cos (6 - 17) (6 - 18) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 由于以上兩式的右邊均等于 , 故可將它們相等, 從中解得 R U Cj R EE I RR R 1 sincos 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 若使移相回路的參數(shù)能滿足如下條件: jR E I XR C R R R C 1 1 )sin(cos 1 (6 - 19) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 將式(6

53、 - 19)代入式(6 - 17)得 )45( 2 1 )(sin(cos 1 )cos(sin 1 1 )sin(coscos j R RR R RR e E j jjE j jE R jR E EU 從式(6 - 20)看出, 輸出電壓UR可滿足幅值不變的要求, 而相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。 (6 - 20) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.7.2 負載時感應(yīng)移相器的輸出電壓 為了使感應(yīng)移相器在負載后仍能保持上述關(guān)系, 感 應(yīng)移相器本身的參數(shù)和外接電路必須滿足以下兩個條件: RR RR R C RR XR 22 22 1 (6 - 21) 第第

54、6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 式中, R2R為感應(yīng)移相器本身輸出阻抗中的電阻分量; X2R為感應(yīng)移相器本身輸出阻抗中的電抗分量。 此時, 輸出電壓公式也和式(6 - 20)相符合, 即 )45( 2 j R R e E U 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 要證明負載后式(6 - 20)成立是比較復(fù)雜的。 首先 要列出原、 副邊4個回路的電勢平衡方程式, 在列寫的 過程中要注意考慮它們之間的互感作用; 再求解方程組 得出負載電流及負載電壓公式, 并對電壓公式進行變換; 最后再代入上述兩個條件, 則式(6 - 21)

55、即可證得。 具體 推導(dǎo)從略。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 在某些頻率較高的感應(yīng)移相器中, 其電容相回路往 往還串有電阻RC(見圖 6 - 19)。 因為感應(yīng)移相器本身 一般是X2RR2R的情況, 很難達到X2R=R2R。 為了使感應(yīng) 移相器輸出電壓保持正常要求, 還須加上補償電阻RC, 這里的RC值就滿足下式: RC=X2R-R2R 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 19 感應(yīng)移相器加補償電阻RC的原理圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.7.3 感應(yīng)移

56、相器的應(yīng)用舉例 1.感應(yīng)移相器應(yīng)用于隨動系統(tǒng)中 由一對感應(yīng)移相器組成的同步隨動系統(tǒng)如圖 6 - 20 所示。 當發(fā)送機和兩轉(zhuǎn)角處于失調(diào)位置時, 兩機輸出電 壓的相位不一致, 通過相位比較器得到相位差值。 相位 比較器的輸出電壓經(jīng)過放大器送到伺服電動機的控制 繞組使之轉(zhuǎn)動。 伺服電動機通過齒輪箱又帶動接收機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動, 直到接收機的位置與發(fā)送機的位置一致為止。 此時, 發(fā)送機轉(zhuǎn)子和接收機轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào), 兩機輸出電壓相 位一致, 相位比較器輸出電壓在零值, 伺服電動機即停 止轉(zhuǎn)動。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖6 - 20 由一對感應(yīng)移相器組成的同步隨動

57、系統(tǒng) 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 2.感應(yīng)移相器應(yīng)用于測角裝置中 在測角裝置中可以將感應(yīng)移相器作為角度相位轉(zhuǎn) 換器, 然后對相位進行測量。 圖6 - 21 是該轉(zhuǎn)換器的電 氣原理示意圖。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 21 感應(yīng)移相器作為角度相位轉(zhuǎn)換器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖中感應(yīng)移相器的作用是將機械轉(zhuǎn)角變換成輸入 電壓和輸出電壓的相位差, 輸入電壓和輸出電壓分別 經(jīng)過限幅放大并整形后送入檢相裝置。 檢相裝置輸出 一個寬度為t的脈沖, t正

58、比于相位差, 再經(jīng)過控制 門使該脈沖在t時間內(nèi)被來自石英振蕩器的高頻脈沖所 填滿。 另外, 石英晶體振蕩器的輸出經(jīng)分頻器和觸發(fā)器 輸出一個寬度為標準時間(例如 1 s)的脈沖, 去控制一個 門, 這樣送到計數(shù)器的信號, 就是一個標準時間內(nèi)總的脈 沖數(shù)。 顯然, 脈沖總數(shù)正比于t, 而t正比于, 又 正比于被測轉(zhuǎn)角, 因此計數(shù)器所表示的脈沖數(shù)標志著被 測轉(zhuǎn)角的大小, 這樣, 就完成了角度相位的轉(zhuǎn)換。 最后 通過檢相、 分頻、計數(shù)器等電子線路將轉(zhuǎn)角測量出來。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.8 感感 應(yīng)應(yīng) 同同 步步 器器 感應(yīng)同步器是一種高精度測位用

59、高精度測位用的機電元件, 其基 本原理是基于多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器之上。 它的定、 轉(zhuǎn)子(或叫初、 次級)繞組均采用了印制繞組印制繞組, 從而使之 具有一些獨有的特性,它廣泛應(yīng)用于精密機床數(shù)字顯示精密機床數(shù)字顯示 系統(tǒng)系統(tǒng)和數(shù)控機床環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床環(huán)伺服系統(tǒng)以及高精度隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)中。 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器由幾伏的電壓勵磁, 勵磁電壓的頻率為10 kHz, 輸出電壓較小輸出電壓較小, 一般為勵磁電壓的一般為勵磁電壓的1/10到幾百分之一。到幾百分之一。 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)型式有直線式直線式和圓盤式圓盤式兩大類, 現(xiàn)分 述如下。 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)

60、變壓器 圖 6 - 22 直線式感應(yīng)同步器 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 - 28 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器繞組排列示意圖 第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器第旋轉(zhuǎn)變壓器第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 6.8.1 直線式感應(yīng)同步器直線式感應(yīng)同步器 直線式感應(yīng)同步器示意圖如圖 6 - 22所示。 它由定由定 尺尺和滑尺滑尺組成, 用于檢測直線位移檢測直線位移。 定尺和滑尺的基 板通常采用厚度約為10 mm的鋼板, 基板上敷有約0.1 mm厚的絕緣層, 并粘壓一層約0.06 mm厚的銅箔, 采用 與制造印制電路板相同的工藝作出感應(yīng)同步器的印制 繞組。 為防止