旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計

目錄1、旋轉(zhuǎn)變壓器簡介 錯誤！未定義書簽。2、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 錯誤！未定義書簽2.1旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng) 錯誤！未定義書簽2.2工作原理 錯誤！未定義書簽3、旋轉(zhuǎn)變壓器的基本結(jié)構(gòu) 錯誤！未定義書簽4、設(shè)計內(nèi)容 錯誤！未定義書簽4.1額定容量的確定 錯誤！未定義書簽4.2鐵心尺寸的選定 錯誤！未定義書簽4.3繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直徑 錯誤！未定義書簽5、實例計算 錯誤！未定義書簽6、結(jié)論 錯誤！未定義書簽7、心得體會 錯誤！未定義書簽參考文獻 錯誤！未定義書簽附錄 錯誤！未定義書簽。旋轉(zhuǎn)變壓器簡介旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver/transformer)是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。其中定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓，勵磁頻率通常用400、3000及5000HZ等。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似，區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)，而旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化,輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器在同步隨動系統(tǒng)及數(shù)字隨動系統(tǒng)中可用于傳遞轉(zhuǎn)角或電信號；在解算裝置中可作為函數(shù)的解算之用，故也稱為解算器。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)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，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)。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)圖4是一個比較典型的角度位置伺服控制系統(tǒng)。XF稱作旋變發(fā)送機，XB稱作旋變變壓器。旋變發(fā)送機發(fā)送一個與機械轉(zhuǎn)角有關(guān)的、作一定函數(shù)關(guān)系變化的電氣信號；旋變變壓器接受這個信號、并產(chǎn)生和輸出一個與雙方機械轉(zhuǎn)角之差有關(guān)的電氣信號。伺服放大器接受選變壓器的輸出信號，作為伺服電動機的控制信號。經(jīng)放大，驅(qū)動伺服電動機旋轉(zhuǎn)，并帶動接受方旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸及其它相連的機構(gòu)，直至達到和發(fā)送機方一致的角位置。旋變發(fā)送機的初級，一般在轉(zhuǎn)子上設(shè)有正交的兩相繞組，其中一相作為勵磁繞組，輸入單相交流電壓；另一相短接，以抵消交軸磁通，改善精度。次級也是正交的兩相繞組。旋變變壓器的初級一般在定子上，由正交的兩相繞組組成；次級為單項繞組，沒有正交繞組。變速齒輪圖4旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制:系統(tǒng)應(yīng)該指出，由于結(jié)構(gòu)的關(guān)系，磁阻式旋變只有旋變發(fā)送機，沒有旋變變壓器。工作原理前面已經(jīng)介紹過，旋轉(zhuǎn)變壓器有旋變發(fā)送機和旋變壓器之分。作為旋變發(fā)送機它的勵磁繞組是由單相電壓供電，電壓可以寫為式（1）形式：（1）其中，U1m—勵磁電壓的幅值，3—勵磁電壓的角頻率。勵磁繞組的勵磁電流產(chǎn)生的交變磁通，在次級輸出繞組中感生出電動勢。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由于勵磁繞組和次級輸出繞組的相對位置發(fā)生變化，因而次級輸出繞組感生的電動勢也發(fā)生變化。又由于次級輸出的兩相繞組在空間成正交的90°電角度，因而兩相輸出電壓如式（2）所示：（2）其中，U2Fs—正弦相的輸出電壓，U2Fc—余弦相的輸出電壓，U2Fm—次級輸出電壓的幅值；aF—勵磁方和次級輸出方電壓之間的相位角，0F—發(fā)送機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角?？梢钥闯觯瑒畲欧胶洼敵龇降碾妷菏峭l率的，但存在著相位差。正弦相和余弦相在電的時間相位上是同相的，但幅值彼此隨轉(zhuǎn)角分別作正弦和余弦函數(shù)變這樣，式（2）所表示的兩相電壓，也就成了旋變變壓器的勵磁電壓，并在旋變變壓器中產(chǎn)生磁通屮B。旋轉(zhuǎn)變壓器的單相繞組作為輸出繞組，旋變發(fā)送機次級繞組和旋變變壓器初級繞組中流過的電流為由這兩個電流建立的空間和成磁動勢為Ff(x)=cos<9zcos—x-sin0Fsin—x=F2ytncos(^-f—x)〔△〉r tJ" r式(4)表示在旋變發(fā)送機中，合成磁動勢的軸線總是位于8F角上，亦即和勵磁繞組軸線一致的位置上，和轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。可以知道，在旋變變壓器中，合成磁動勢的軸線相應(yīng)地也是和A相繞組距8F角的位置上。只是由于電流方向相反，其方向也和在旋變發(fā)送機中相差180。。若旋變變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為8B,則其單相輸出繞組軸線和勵磁磁場軸線夾角相差△8=8F—8B。那么，輸出繞組的感應(yīng)電動勢應(yīng)是：將輸出繞組在空間移過90。。這樣，在協(xié)調(diào)位置時，輸出電動勢為零。此時，輸出電動勢和失調(diào)角的關(guān)系成為正弦函數(shù)：%〔3=匸気佢nW ⑹圖6旋變變壓器輸-出電動勢和失調(diào)角的關(guān)系曲線圖6旋變變壓器輸出電動勢和失調(diào)角的關(guān)系曲線從圖6和式(6)可以看出，輸出電動勢有兩個為零的位置，艮即\8=0。和在△8=180。。在0。和180°范圍內(nèi)，電動勢的時間相位為正，在180。和360°范圍內(nèi)，電動勢的時間相位變化了180。。厶8=180。的這個點屬于不穩(wěn)定點，因為在這個點上，電動勢的梯度為負。當有失調(diào)角時，旋變變壓器輸出繞組電動勢不為零，這個電動勢控制伺服放大器去驅(qū)動伺服電動機，驅(qū)使旋變變壓器和其它裝置轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)位置。這時，輸出繞組的輸出為零，伺服電動機停止工作。因此，根據(jù)信號幅值大小和正、負方向工作的伺服電動機，總是把旋變變壓器的轉(zhuǎn)軸帶到穩(wěn)定工作點厶8=0。的位置上。旋轉(zhuǎn)變壓器單獨作為測角元件在很多場合下，旋轉(zhuǎn)變壓器可以單獨作為測角元件用，直接和角度信號變換單元連接，由角度變換單元輸出角度信號數(shù)據(jù)。磁阻式旋變就是只起這個作用的。下面有關(guān)信號變換的部分將會說明。3旋轉(zhuǎn)變壓器的主要參數(shù)和性能指標旋轉(zhuǎn)變壓器的主要指標有以下幾個。1） 額定勵磁電壓和勵磁頻率勵磁電壓都采用比較低的數(shù)值，一般在10V以下。旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁頻率通常采用400Hz、以及（5?10）kHz之間。2） 變壓比和最大輸出電壓變壓比是指當輸出繞組處于感生最大輸出電壓的位置時，輸出電壓和原邊勵磁電壓之比。3） 電氣誤差輸出電動勢和轉(zhuǎn)角之間應(yīng)符合嚴格的正、余弦關(guān)系。如果不符，就會產(chǎn)生誤差，這個誤差角稱為電氣誤差。根據(jù)不同的誤差值確定旋轉(zhuǎn)變壓器的精度等級。不同的旋轉(zhuǎn)變壓器類型，所能達到的精度等級不同。多極旋轉(zhuǎn)變器可以達到高的精度，電氣誤差可以角秒（〃）來計算；一般的單極旋轉(zhuǎn)變壓器，電氣誤差在（5’?15'）之內(nèi)；對于磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器，由于結(jié)構(gòu)原理的關(guān)系，電氣誤差偏大。磁阻式旋變一般都做到兩對極以上。兩對極磁阻式旋變的電氣誤差，一般做到60'（1°）以下。但是，在現(xiàn)代的理論水平和加工條件下，增加極對數(shù)，也可以提高精度，電氣誤差也可控制在數(shù)角秒（〃）之內(nèi)。4） 阻抗一般而言，旋轉(zhuǎn)變壓器的阻抗隨轉(zhuǎn)角變化而變化，以及和初、次級之間相互角度位置有關(guān)。因此，測量時應(yīng)該取特定位置。有這樣4個阻抗：開路輸入阻抗、開路輸出阻抗、短路輸入阻抗、短路輸出阻抗。在目前的應(yīng)用中，作為旋轉(zhuǎn)變壓器負載的電子電路阻抗都很大，因而往往都把電路看作空載運行。在這種情況下，實際上只給出開路輸入阻抗即可。5） 相位移在次級開路的情況下，次級輸出電壓相對于初級勵磁電壓在時間上的相位差。相位差的大小，隨著旋轉(zhuǎn)變壓器的類型、尺寸、結(jié)構(gòu)和勵磁頻率不同而變化。一般小尺寸、頻率低、極數(shù)多時相位移大，磁阻式旋變相位移最大，環(huán)形變壓器式的相位移次之。6） 零位電壓輸出電壓基波同相分量為零的點稱為電氣零位，此時所具有的電壓稱為零位電壓。7） 基準電氣零位確定為角度位置參考點的電氣零位點稱作基準電氣零位。旋轉(zhuǎn)變壓器的信號變換旋轉(zhuǎn)變壓器的信號輸出是兩相正交的模擬信號，它們的幅值隨著轉(zhuǎn)角做正余弦變化，頻率和勵磁頻率一致。這樣一個信號還不能直接應(yīng)用，這就需要角度數(shù)據(jù)變換電路，把這樣一個模擬量變換成明確的角度量，這就是RDC（ResolverDigitalconverter—旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字變換器）電路。在數(shù)字變換中有兩個明顯的特征：①為了消除由于勵磁電源幅值和頻率的變化，所引起的副邊輸出信號幅值和頻率的變化，從而造成角度誤差，信號的檢測采用正切法，即檢測兩相信號的比值：，這就避免了幅值和頻率變化的影響；②采用適時跟蹤反饋原理測角，是一個快速的數(shù)字隨動系統(tǒng)，屬于無靜差系統(tǒng)。目前采用的大多都是專用集成電路，例如美國AD公司的AD2S1200、AD2S1205帶有參考振蕩器的12位數(shù)字R/D變換器以及AD2S121010到16位數(shù)字、帶有參考振蕩器的數(shù)字可變R/D變換器。圖7是旋轉(zhuǎn)變壓器和RDC的連接圖示意，位置信號和速度信號都是絕對值信號，它們的位數(shù)由RDC的類型和實際需要決定（10位到16位）。有兩種形式的輸出，

串行或并行。上述的幾種RDC芯片，還可將輸出信號變換成編碼器形式的輸出，即正交的A、B和每轉(zhuǎn)一個的Z信號。勵磁電源同時接到旋轉(zhuǎn)變壓器和RDC,在RDC中作為相位的參考。利用DSP（數(shù)字信號處理器）技術(shù)和軟件技術(shù)，不用RDC芯片，直接用DSP作旋轉(zhuǎn)變壓器位置和速度變換，已經(jīng)成為現(xiàn)實。例如采用TI公司的DSP芯片TMS320F240就得到成功的應(yīng)用。用DSP實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼，具有這樣一些明顯的優(yōu)點：①降低成本，取消了專用的RDCIC芯片；②采用數(shù)字濾波器，可以消除速度帶來的滯后效應(yīng)。用軟件實現(xiàn)帶寬的變換，以折中帶寬和分辨率的關(guān)系，并使帶寬作為速度的函數(shù)；③抗環(huán)境噪聲的能力更強。幾種類型旋轉(zhuǎn)變壓器的比較由于結(jié)構(gòu)形式和原理的不同，在性能和抗惡劣環(huán)境條件能力上，各種類型的旋轉(zhuǎn)變壓器的特點不一樣。表1給出了情況比較。表1各種類型的旋轉(zhuǎn)變壓器性能、特點比較類型精度工藝性相位移可靠性結(jié)構(gòu)成本有刷型高差小差復(fù)雜高環(huán)變型高一般較匕匕大好般般磁阻型低好大最好簡單低表1指出，有刷旋轉(zhuǎn)變壓器可以得到最小的電氣誤差、最大的精度。但是由于在結(jié)構(gòu)上，存在著電的滑動接觸，因此可靠性差；環(huán)形變壓器型的旋變，也可達到高的精度，工藝性、結(jié)構(gòu)情況、可靠性以及成本都比較好；磁阻式旋變的可靠性、工藝性、結(jié)構(gòu)性以及成本都是最好的，但精度比其它兩種低。出于可靠性的考慮，目前有刷的旋轉(zhuǎn)變壓器，基本上不被采用，而是采用無刷的旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)子電信號引進、引出的方式，分為有刷旋轉(zhuǎn)變壓器和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。在有刷旋轉(zhuǎn)變壓器中，定、轉(zhuǎn)子上都有繞組。轉(zhuǎn)子繞組的電信號，通過滑動接觸，由轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)和定子上的電刷引進或引出。由于有刷結(jié)構(gòu)的存在，使得旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性很難得到保證。因此目前這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用的很少，我們著重于介紹無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。目前無刷旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種稱作為環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，另一種稱作為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。1）環(huán)形變壓器式旋轉(zhuǎn)變壓器圖1示出環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)很好地實現(xiàn)了無刷、無接觸。圖中右側(cè)部分是典型的旋轉(zhuǎn)變壓器的定、轉(zhuǎn)子，在結(jié)構(gòu)上和有刷旋轉(zhuǎn)變壓器一樣的定、轉(zhuǎn)子繞組，作信號變換。左側(cè)是環(huán)形變壓器。它的一個繞組在定子上，一個在轉(zhuǎn)子上，同心放置。轉(zhuǎn)子上的環(huán)形變壓器繞組和作信號變換的轉(zhuǎn)子繞組相聯(lián)，它的電信號的輸入輸出由環(huán)形變壓器完成。B圖1環(huán)變式旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意A—B圖1環(huán)變式旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意A—普通旋轉(zhuǎn)變壓器—環(huán)形變壓器2）磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器圖2是一個10對極的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的示意圖。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內(nèi)，固定不動。但勵磁繞組和輸出繞組的形式不一樣。兩相繞組的輸出信號，仍然應(yīng)該是隨轉(zhuǎn)角作正弦變化、彼此相差90°電角度的電信號。轉(zhuǎn)子磁極形狀作特殊設(shè)計，使得氣隙磁場近似于正弦形。轉(zhuǎn)子形狀的設(shè)計也必須滿足所要求的極數(shù)?？梢钥闯觯D(zhuǎn)子的形狀決定了極對數(shù)和氣隙磁場的形狀。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器一般都做成分裝式，不組合在一起，以分裝形式提供給用戶，由用戶自己組裝配合。3）多圖3多轉(zhuǎn)子繞所以稱壓器稱。圖3a）b)ilz示意圖壓器壓器的結(jié)構(gòu)：所謂粗機，是指單對磁極的鉀，粗、精機定、壓器，它的精度低，多對磁極的旋轉(zhuǎn)變生子組裝成一體，由如定轉(zhuǎn)子是分開的，繞組各有自己的鐵形式不一樣，圖3c）的粗、精機平行放置，圖3d）粗、精機是垂直放置，粗機在內(nèi)腔。另外，很多時候也有單獨的多極旋轉(zhuǎn)變壓器。應(yīng)用時，若仍需要單對極的旋轉(zhuǎn)變壓器，則另外配置町組裝式b汾裝式精平行放置d）粗精垂直放置圖$多極旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意組公用-為粗機;為精機。機殼、端蓋和套鐵匚、。旋轉(zhuǎn)精度

定子和轉(zhuǎn)3b）的精機是指多對極的旋轉(zhuǎn)變壓其中］軸承將圖3