旋轉(zhuǎn)變壓器resolver原理

1、§ 4-1 ?旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種常用的轉(zhuǎn)角檢測元件,由于它結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,且其精度能滿足一般 的檢測要求,因此被廣泛應用在數(shù)控機床上.一、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和兩相繞線式異步電機的結(jié)構(gòu)相似,可分為定子和轉(zhuǎn)子兩大局部.定子和 轉(zhuǎn)子的鐵心由鐵鍥軟磁合金或硅鋼薄板沖成的槽狀心片疊成.它們的繞組分別嵌入各自的槽狀鐵 心內(nèi).定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出.轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式.根據(jù)轉(zhuǎn) 子繞組兩種不同的引出方式,旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷式和無刷式兩種結(jié)構(gòu)形式.圖4-1是有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器.它的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出,具特點是結(jié)構(gòu)簡單, 體積小,但因電刷與

2、滑環(huán)是機械滑動接觸的,所以旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性差,壽命也較短.17 一7飛、'|1:圖4-1有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器圖4-2無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器、 "J I 1 I * I 圖42是無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器.它分為兩大局部,即旋轉(zhuǎn)變壓器本體和附加變壓器.附加變壓器的原、副邊鐵心及其線圈均成環(huán)形,分別固定于轉(zhuǎn)子軸和殼體上,徑向留有一定的間隙.旋轉(zhuǎn) 變壓器本體的轉(zhuǎn)子繞組與附加變壓器原邊線圈連在一起,在附加變壓器原邊線圈中的電信號,即 轉(zhuǎn)子繞組中的電信號,通過電磁耦合,經(jīng)附加變壓器副邊線圈間接地送出去.這種結(jié)構(gòu)預防了電 刷與滑環(huán)之間的不良接觸造成的影響,提升了旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性及使用壽命,但其體積、質(zhì)

3、量、本錢均有所增加.常見的旋轉(zhuǎn)變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式.兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和 I轉(zhuǎn)子各有一對磁極,四極繞組那么有兩對磁極,主要用于高精度的檢測系統(tǒng).除此之外,還有多極 式旋轉(zhuǎn)變壓器,用于高精度絕對式檢測系統(tǒng).二、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理由于旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證了其定子和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)一周)之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律,因此,當激磁電壓加到定子繞組時,通過電磁耦合,轉(zhuǎn)子繞組便產(chǎn)生感應電勢.圖 4- 3為 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器電氣工作原理圖.圖中 z為阻抗.設加在定子繞組$1%的激磁電壓為Vs=VmSin6t (4-i)-圖4-3兩極旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)電磁學原理,轉(zhuǎn)子繞組 B1B2

4、中的感應電勢那么為VB = KVs sin9 = KVm sine sin° t (4(427 2) 式中K-旋轉(zhuǎn)變壓器的變化；VmVs的幅值；U 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角,當轉(zhuǎn)子和定子的磁軸垂直時,口 =00如果轉(zhuǎn)子安裝在機床絲杠上,定子安裝在機床底座上,那么9角代表的是絲杠轉(zhuǎn)過的角度,它間接反映了機床工作臺的位移.由式(42)可知,轉(zhuǎn)子繞組中的感應電勢 Vb為以角速度隨時間t變化的交變電壓信號.其幅值KVmSin.隨轉(zhuǎn)子和定子的相對角位移 日以正弦函數(shù)變化.因此,只要測量出轉(zhuǎn)子繞組中的感應電勢的幅值,便可間接地得到轉(zhuǎn)子相對于定子的位置,即 0角的大小.以上是兩極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器的根本工作原理,

5、在實際應用中,考慮到使用的方便性和檢測 精度等因素,常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器.這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式 兩種工作方式.1. 里行式工本方式鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應電勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式.如圖4-4所示,定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個匝數(shù)相等互相垂直的繞組組成.圖中S1S2為定子主繞組,K1K2為定子輔助繞組.當SS2和K1K2中分別通以交變激磁電壓時；M= VmCO費 t (Q期;V=VV=V coat (4-3);Vs= VmSinQ(4444)根據(jù)線性疊加原理,可在轉(zhuǎn)子繞組B1B2中得到感應電勢 VB,其值為激磁電壓 Vs和Vk在B

6、B2中產(chǎn)生感應電勢VBS和VBK之和,即.= VbS Vbk=KVS sin( - D KVk cos.=KVm cos.tsin + KVm sin® t cos9 (45)圖4-4旋轉(zhuǎn)變感臨所(的！ 3)( 4 5)由式(4 4)和(4 5)可見,旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應電勢 VB與定子繞組中的激磁電壓同頻率,但相位不同,其差值為9.而a角正是被測位移,故通過比較感應電勢 VB與定子激磁電壓信號Vk的相位,便可求出9 o在圖44中,轉(zhuǎn)子繞組A4接一-高阻抗,它不作為旋轉(zhuǎn)變壓器的測量輸出,主要起平衡磁 場的作用,目的是為了提升測量精度.2.鑒幅式工作方式鑒幅式工作方式是通過對旋轉(zhuǎn)

7、變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應電勢幅值的檢測來實現(xiàn)位移檢測的.具工作原理如下：參看圖4-4,設定子主繞組和輔助繞組K1K2分別輸入交變激磁電壓Vs= Vmco/ sin«t(449)；V=VV = V c0stsin8 t(4-6);Vs= Vmsin« sin« t (4(4q7)式中VmC0st和VmS.a分別為激磁電壓VS和Vk的幅值.a角可以改變,稱其為旋轉(zhuǎn)變 壓器的電氣角.vb =V鼾蟋性KV脈株)彳KVkCOs縊Kv興盛出晦曲慟如?os i-=KVmsin&-Qsincot (4拘8)* ; 1- J J由式(4-8)可以看出,感應電勢VB是幅值為KVm

8、 sin(a 一 ° )的交變電壓信號, 我們只要逐漸改 菖、. I I s 變以值,使Vb的幅值等于零,這時,因："KVmsinR -e)=0(49)(49)故可得：=a (410)«值就是被測角位移9的大小.由于二是我們通過對它的逐漸改變,實現(xiàn)使 VB幅值等于零 的,具值自然是應該知道的.三、旋轉(zhuǎn)變壓器的應用 I在旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒相式工作方式中,感應信號 Vr和激磁信號Vk之間的相位差9角,可通過專用的鑒相器線路檢測出來并表示成相應的電壓信號,設為U(9 ),通過測量該電壓信號,便可間接地求得®值.但由于vb是關于e的周期性函數(shù),U陋)是通過比較vb和

9、vk之值獲得的,因而它也是關于9的周期性函數(shù),即U(9 )=U(n X2tt +9 )(n=1,2,3,)(49)故在實際應用中,不但要測出 Up)的大小,而且還要測出 Ui )的周期性變化次數(shù)n,或者 將被測角位移9角限制在土冗之內(nèi).在旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒幅式工作方式中,VB的幅值設為VBm ,由式(4-8)可知VBm= KVmsinC -9) (410)(412)它也是關于9的周期性函數(shù),在實際應用中,同樣需要將 ±角限制在土冗之內(nèi).在這種情況 下,假設規(guī)定和限制«角只能在-兀,兀內(nèi)取值,利用式(4-10),便可唯一地確定出9之值.否 那么,如=3冗/2(冗),這時,« =3冗/2和a =-九/2都可使VBm = 0 ,從而使0角不能唯 一地確定,造成檢測結(jié)果錯誤.由上述知,無論是旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒相式工作方式,還是鑒幅式工作方式,都需要將被測角位 移日角限定在土冗之內(nèi),只要 日在土冗之內(nèi),就能夠被正確地檢測出來.事實上,對于被測角位 移大于冗或小于-冗的情況,如用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測機床絲杠轉(zhuǎn)角的情況,盡管總的機床絲杠轉(zhuǎn)角9可能很大,遠遠超出限定的土冗范圍,但卻是機床絲杠轉(zhuǎn)過的假