旋轉(zhuǎn)變壓器(第6章)

1、 第第 6 6 章章旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 壓壓 器器6.1 旋轉(zhuǎn)變壓器概述旋轉(zhuǎn)變壓器概述第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器6.2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理第第6 6章章 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器本章要求：本章要求：掌握正余弦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)掌握正余弦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)熟練掌握正余弦變壓器的工作原理熟練掌握正余弦變壓器的工作原理和輸出特性出現(xiàn)畸變的原因及補(bǔ)償和輸出特性出現(xiàn)畸變的原因及補(bǔ)償方法方法6.16.1 概概 述述 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種旋轉(zhuǎn)變壓器是一種能轉(zhuǎn)動的變壓器能轉(zhuǎn)動的變壓器。這種。這種變壓器的原、付繞組分別放置

2、在定、轉(zhuǎn)子上。變壓器的原、付繞組分別放置在定、轉(zhuǎn)子上。原、付原、付繞組之間的繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)有關(guān)，因此，轉(zhuǎn)子繞組的，因此，轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓也與轉(zhuǎn)子的輸出電壓也與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)轉(zhuǎn)角有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)變壓器可分為旋轉(zhuǎn)變壓器可分為正余弦旋正余弦旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器、變壓器、線性線性旋轉(zhuǎn)變壓器和旋轉(zhuǎn)變壓器和比比例式例式旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器。Z4Z3D1D2Z1Z2控制電機(jī)控制電機(jī)2595旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 用途用途 ： 在隨動系在隨動系統(tǒng)中提供位置反饋或統(tǒng)中提供位置反饋或解算信號，本產(chǎn)品已解算信號，本產(chǎn)品已用于某裝備的慣性定用于某裝備的慣性定位、定向系統(tǒng)中。位、定

3、向系統(tǒng)中。 2914旋轉(zhuǎn)差動變壓器旋轉(zhuǎn)差動變壓器 用途：在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用途：在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的隨動系統(tǒng)中，提供的隨動系統(tǒng)中，提供位置反饋信號。已用位置反饋信號。已用于某系統(tǒng)中。于某系統(tǒng)中?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī)2909旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器(低頻低頻) 用途用途 ： 在隨動系在隨動系統(tǒng)中提供位置反饋或統(tǒng)中提供位置反饋或解算信號，本產(chǎn)品已解算信號，本產(chǎn)品已用于某慣性導(dǎo)航的穩(wěn)用于某慣性導(dǎo)航的穩(wěn)定平臺中。定平臺中。 用途用途 ： 在隨動系在隨動系統(tǒng)中提供位置反饋或統(tǒng)中提供位置反饋或解算信號，解算信號， 本產(chǎn)品已本產(chǎn)品已用于某慣性導(dǎo)航的穩(wěn)用于某慣性導(dǎo)航的穩(wěn)定平臺中。定平臺中。 2532旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器(高頻高頻)

4、控制電機(jī)控制電機(jī) 這些旋轉(zhuǎn)變壓器的用途主要是用來進(jìn)行這些旋轉(zhuǎn)變壓器的用途主要是用來進(jìn)行坐坐標(biāo)變換標(biāo)變換，三角運(yùn)算三角運(yùn)算和和角度數(shù)據(jù)傳輸角度數(shù)據(jù)傳輸，信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換，等等。等等。 旋轉(zhuǎn)變壓器按電機(jī)的極對數(shù)來分，可分為旋轉(zhuǎn)變壓器按電機(jī)的極對數(shù)來分，可分為單對極和多對極兩種。單對極和多對極兩種。本章以單極、接觸式旋轉(zhuǎn)變本章以單極、接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器為對象進(jìn)行詳細(xì)介紹。壓器為對象進(jìn)行詳細(xì)介紹。Z4Z3D1D2Z1Z26.26.2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器由定、轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定、轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器由定、轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定、轉(zhuǎn)子鐵心由導(dǎo)磁性能良好的電工鋼片疊成，定子

5、子鐵心由導(dǎo)磁性能良好的電工鋼片疊成，定子鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵心外圓上均布有齒槽。鐵心內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵心外圓上均布有齒槽。在定子槽中分別布置有兩個在定子槽中分別布置有兩個空間互成空間互成90o的繞組的繞組，一個是，一個是定子定子激磁激磁繞組，一個為定子繞組，一個為定子交軸繞組交軸繞組(補(bǔ)償補(bǔ)償)，兩套繞組的，兩套繞組的結(jié)構(gòu)是完全相同的。結(jié)構(gòu)是完全相同的。D1D2D3D4 D1D2定子定子激磁繞組激磁繞組 D3D4定子定子交軸繞組交軸繞組Z4Z3D1D2Z1Z2控制電機(jī)控制電機(jī)Z1Z2Z3Z4 在轉(zhuǎn)子槽中分別布置有兩個空間互成在轉(zhuǎn)子槽中分別布置有兩個空間互成90o的繞的繞組，一個正弦輸出繞組，一個余弦輸出

6、繞組，組，一個正弦輸出繞組，一個余弦輸出繞組，兩套繞組的結(jié)構(gòu)是完全相同的。兩套繞組的結(jié)構(gòu)是完全相同的。Z1Z2余弦余弦輸出繞組輸出繞組Z3Z4正弦正弦輸出繞組輸出繞組D1D2D3D4 D1D2定子定子激磁繞組激磁繞組 D3D4定子定子交軸繞組交軸繞組Z4Z3D1D2Z1Z2控制電機(jī)控制電機(jī) 定、轉(zhuǎn)子間的氣隙是均勻的，氣隙磁場一定、轉(zhuǎn)子間的氣隙是均勻的，氣隙磁場一般為兩極。定子繞組引出線可直接引出或接到般為兩極。定子繞組引出線可直接引出或接到固定的接線板上，而轉(zhuǎn)子繞組引出線則通過滑固定的接線板上，而轉(zhuǎn)子繞組引出線則通過滑環(huán)和電刷引出。環(huán)和電刷引出。 對于線性旋轉(zhuǎn)變壓器，對于線性旋轉(zhuǎn)變壓器，因?yàn)檗D(zhuǎn)

7、子轉(zhuǎn)角有限，所以可因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有限，所以可以用軟導(dǎo)線直接將轉(zhuǎn)子繞組以用軟導(dǎo)線直接將轉(zhuǎn)子繞組接到固定的接線板上。接到固定的接線板上。Z4Z3D1D2Z1Z26.36.3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理一、旋轉(zhuǎn)變壓器空載時一、旋轉(zhuǎn)變壓器空載時 輸出繞組輸出繞組Z1 Z2和和Z3 Z4以及定子交軸繞組以及定子交軸繞組D3D4開路，開路，激磁繞組施加交流激磁電壓激磁繞組施加交流激磁電壓Us1 。 此時氣隙中將產(chǎn)生一個脈振磁此時氣隙中將產(chǎn)生一個脈振磁場場BD ，該磁場的軸線在定子激磁，該磁場的軸線在定子激磁繞組繞組D1D2的軸線上。的軸線上。Z1Z2Z3Z4Us1D1D2D3D4B

8、D控制電機(jī)控制電機(jī)D1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4 脈振磁場將在轉(zhuǎn)子的輸出脈振磁場將在轉(zhuǎn)子的輸出繞組繞組Z1 Z2和和Z3 Z4中感應(yīng)變壓中感應(yīng)變壓器電勢。器電勢。思考：思考：1 、輸出繞組、輸出繞組Z1 Z2和和Z3 Z4中中感應(yīng)變壓器電勢的相位如何？感應(yīng)變壓器電勢的相位如何？2、輸出繞組、輸出繞組Z1 Z2和和Z3 Z4中中感應(yīng)變壓器電勢的大小與什感應(yīng)變壓器電勢的大小與什么有關(guān)？么有關(guān)？控制電機(jī)控制電機(jī) 設(shè)定子繞組設(shè)定子繞組D1D2軸線和軸線和余弦輸出繞組余弦輸出繞組Z1 Z2軸線的夾軸線的夾角為角為，旋轉(zhuǎn)變壓器激磁磁通，旋轉(zhuǎn)變壓器激磁磁通D在正、余弦輸出繞組在正、余弦輸出繞組Z

9、3Z4和和Z1 Z2 中的感應(yīng)電勢分別為：中的感應(yīng)電勢分別為：ER1= 4. 44 f WRD cos = ER cosER2= 4. 44 f WRD cos(+90o) = -ER sinD1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4ER1ER2控制電機(jī)控制電機(jī)ER1= 4. 44 f WRD cos = ER cosER2= 4. 44 f WRD cos(+90o) = -ER sinER為激磁繞組和輸出繞組軸線重合時磁通為激磁繞組和輸出繞組軸線重合時磁通D在在該輸出繞組中的感應(yīng)電勢。該輸出繞組中的感應(yīng)電勢。若若D在激磁繞組中的感應(yīng)電勢為在激磁繞組中的感應(yīng)電勢為ED ，則：，則：ER /

10、ED = WR / WD = k WR 和和 WD分別為輸出繞組和激磁繞分別為輸出繞組和激磁繞組的有效匝數(shù)；組的有效匝數(shù)； k表示變比或匝數(shù)表示變比或匝數(shù)比。比。Z1Z2Z3Z4Us1D1D2D3D4BDER1ER2ED 控制電機(jī)控制電機(jī)ER1 = k ED cos則得：則得：ER2 = - k ED sin忽略激磁繞組的電阻和漏抗，忽略激磁繞組的電阻和漏抗，則則ED = Us1 ，得：，得：ER1 = k Us1 cosER2 = - k Us1 sin上式表明當(dāng)電源電壓不變時，上式表明當(dāng)電源電壓不變時，輸輸出電勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角出電勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有嚴(yán)格的正、有嚴(yán)格的正、余弦關(guān)系余弦關(guān)系。Z1Z2Z

11、3Z4Us1D1D2D3D4BDER1ER2ED 控制電機(jī)控制電機(jī)二、旋轉(zhuǎn)變壓器帶載時二、旋轉(zhuǎn)變壓器帶載時D1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4ZL 實(shí)驗(yàn)表明，圖中正弦輸出繞實(shí)驗(yàn)表明，圖中正弦輸出繞組組Z3Z4帶上負(fù)載以后，其輸出帶上負(fù)載以后，其輸出電壓不再是轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。電壓不再是轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。負(fù)載負(fù)載空載空載Um Um90o 0控制電機(jī)控制電機(jī)負(fù)載負(fù)載空載空載Um Um90o 0 左圖表示了旋轉(zhuǎn)變壓左圖表示了旋轉(zhuǎn)變壓器空載和負(fù)載時輸出特性器空載和負(fù)載時輸出特性的對比。的對比。 負(fù)載負(fù)載電流越大，二電流越大，二者的差別也越大。者的差別也越大。 這種輸出特性偏離正余弦規(guī)律的現(xiàn)象稱這種輸

12、出特性偏離正余弦規(guī)律的現(xiàn)象稱為為輸出特性的畸變輸出特性的畸變?；兊脑蚴鞘裁?？如何消除？畸變的原因是什么？如何消除？控制電機(jī)控制電機(jī)D1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4ZL三、輸出特性畸變原因三、輸出特性畸變原因IR2BzBZqBZd Z3 Z4 接上負(fù)載接上負(fù)載ZL時，繞時，繞組中有電流組中有電流IR2 ， IR2在氣隙中在氣隙中產(chǎn)生相應(yīng)的脈振磁場產(chǎn)生相應(yīng)的脈振磁場BZ 。 將將BZ 分解為分解為 BZd和和BZq 。其中。其中BZd對對BD起去磁作用，定子外起去磁作用，定子外加交流電源將輸出電流增加，加交流電源將輸出電流增加，以維持以維持D軸方向軸方向的的合成磁通合成磁通（主磁通）

13、基本不變（主磁通）基本不變（比空載（比空載略微減?。Ｂ晕p?。Ｘ?fù)載交軸分量負(fù)載交軸分量BZq無外加勵磁與無外加勵磁與其平衡。因此，其平衡。因此，負(fù)載時，氣隙負(fù)載時，氣隙中出現(xiàn)了交軸分量中出現(xiàn)了交軸分量BZq磁場磁場?？刂齐姍C(jī)控制電機(jī) BZd對對BD起去磁作用，直軸起去磁作用，直軸主磁通（主磁通（ BD ）基本不變，）基本不變，所以負(fù)載直軸磁通對輸出電所以負(fù)載直軸磁通對輸出電壓畸變的影響小。壓畸變的影響小。引起輸出電壓畸變的主要原引起輸出電壓畸變的主要原因是副邊電流所產(chǎn)生的交軸因是副邊電流所產(chǎn)生的交軸磁場分量磁場分量BZq 。D1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4ZLIR2BzBZqBZ

14、dBD控制電機(jī)控制電機(jī)BZq = BZ cos q BZ cos 設(shè)設(shè) q與輸出繞組與輸出繞組Z3Z4交交鏈的磁通為鏈的磁通為 q34 ，則，則 q34 = q cos q34 BZ cos2 D1D2D3D4Us1BDZ1Z2Z3Z4ZLIR2BzBZqBZdBD控制電機(jī)控制電機(jī)磁通磁通 q34的在的在Z3Z4繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也是一個變壓器電勢，其有效值為是一個變壓器電勢，其有效值為Eq34= 4. 44 f WRq34 BZ cos2 旋轉(zhuǎn)變壓器正弦輸出繞組旋轉(zhuǎn)變壓器正弦輸出繞組Z3Z4接上負(fù)載后，除接上負(fù)載后，除了存在了存在ER2 = - k Us1 sin

15、電勢外，還附加了正比電勢外，還附加了正比于于BZ cos2 的電勢的電勢Eq34 。Eq34的出現(xiàn)破壞了輸出電壓隨的出現(xiàn)破壞了輸出電壓隨轉(zhuǎn)角作正弦變化的關(guān)系，造轉(zhuǎn)角作正弦變化的關(guān)系，造成輸出特性的畸變。成輸出特性的畸變。Z1Z2Z3Z4ZLIR2BzBZqBZdEq34Bq34ER2控制電機(jī)控制電機(jī)Eq34 BZ cos2 在一定的轉(zhuǎn)角下，在一定的轉(zhuǎn)角下， Eq34 正比于正比于 BZ ，而，而BZ正比于正比于 IR2 ，所以負(fù)載電流越大，所以負(fù)載電流越大， Eq34也越大，輸出特也越大，輸出特性偏離正弦函數(shù)關(guān)系就越遠(yuǎn)。性偏離正弦函數(shù)關(guān)系就越遠(yuǎn)。因此，旋轉(zhuǎn)變壓器有載時，因此，旋轉(zhuǎn)變壓器有載時，

16、輸出特性的畸變，主要是由輸出特性的畸變，主要是由交軸磁通引起的。交軸磁通引起的。為了消除為了消除畸變，就必須設(shè)法消除交軸畸變，就必須設(shè)法消除交軸磁通的影響磁通的影響。消除畸變的方。消除畸變的方法稱為補(bǔ)償。法稱為補(bǔ)償。Z1Z2Z3Z4ZLIR2BzBZqBZdEq34Bq34ER2控制電機(jī)控制電機(jī)四、消除畸變方法四、消除畸變方法1 原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器原邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器接線如圖。由旋轉(zhuǎn)變壓器接線如圖。由圖可以看出，定子交軸繞組圖可以看出，定子交軸繞組D3D4對交軸磁通對交軸磁通 q來說是一來說是一個阻尼線圈。個阻尼線圈。 因?yàn)榻惠S磁通在繞組因?yàn)榻惠S磁通在繞組D3D4中要

17、產(chǎn)生感應(yīng)電勢及其中要產(chǎn)生感應(yīng)電勢及其感應(yīng)電流。感應(yīng)電流。Z1Z2Z3Z4ZLD1D2D3D4Us1BDZ q控制電機(jī)控制電機(jī) 根據(jù)楞次定律，該感應(yīng)電流所產(chǎn)根據(jù)楞次定律，該感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通是反對交軸磁通變化的，因生的磁通是反對交軸磁通變化的，因而對交軸磁通起去磁作用，從而達(dá)到而對交軸磁通起去磁作用，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。補(bǔ)償?shù)哪康?。為了更好地抵消交軸磁通，因?yàn)榱烁玫氐窒惠S磁通，因此常把交軸繞組直接短路。此常把交軸繞組直接短路。Z1Z2Z3Z4ZLD1D2D3D4Us1BDZ q q1控制電機(jī)控制電機(jī)2、副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器、副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器，副邊補(bǔ)

18、償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器，就是指副邊就是指副邊接對稱負(fù)載接對稱負(fù)載，如圖。，如圖。正弦輸出繞組正弦輸出繞組Z3Z4接上負(fù)載接上負(fù)載ZL ，余弦輸出繞組，余弦輸出繞組Z1Z2接阻接阻抗抗Z ，Z=ZL此時輸出電壓和此時輸出電壓和轉(zhuǎn)角之間可以保持嚴(yán)格的正余轉(zhuǎn)角之間可以保持嚴(yán)格的正余弦關(guān)系。弦關(guān)系。交軸磁場抵消等于零；交軸磁場抵消等于零；總負(fù)載磁場與勵磁磁場反向總負(fù)載磁場與勵磁磁場反向。D1D2D3D4Us1BDZ1Z3Z4ZLZBZI12BZ12I34BZ34控制電機(jī)控制電機(jī)副邊補(bǔ)償時，阻抗副邊補(bǔ)償時，阻抗 Z 的大小與旋轉(zhuǎn)變壓器所帶的負(fù)載的大小與旋轉(zhuǎn)變壓器所帶的負(fù)載 ZL 的大小有關(guān)的大小有關(guān)(Z=ZL)。這種補(bǔ)償方法，對于變動的負(fù)。這種補(bǔ)償方法，對于變動的負(fù)載阻抗，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。載阻抗，不