chap06_旋转变压器

旋转变压器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材旋转变压器（Rotationaltransformer或Resolver)，是一种将转子转角变换成与之呈某一函数关系电信号的元件，是自动控制系统中的精密控制微电机。主要用途：解算元件：坐标变换、三角运算传感元件：远距离测量、传输或再现一个角度，移相主要类型：正余弦旋转变压器线性旋转变压器感应移相器感应同步器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材结构特点：结构与绕线式异步电机相似，定转子均由冲有齿和槽的电工钢片迭成，为了获得良好的电气对称性，以提高旋转变压器的精度，一般都设计成隐极式，定、转子之间的气隙是均匀的。定子和转子槽中各布置两个轴线相互垂直的交流分布绕组。6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材fU1rUd2rU'1R1R2R'2R1S'1S'2S2S正余弦旋转变压器空载运行dsffWE44.4cossin21ddddcoscos44.4sinsin44.421rdrrrdrrEfWEEfWEsrfruWWEEk6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材cossin21furfurUkEUkEcossin2010furfurUkUUkU由上式可见，当输入电源电压不变时，转子正、余弦绕组的空载输出电压分别与转角呈严格的正、余弦关系。正弦绕组和余弦绕组因此而得名。忽略励磁绕组的漏阻抗，则空载时转子输出绕组电势等于电压，即6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材正余弦旋转变压器负载运行d10rE1rI1rFdr1qr1(d相平衡）lrE1cos44.411qrrlrfWE21cos44.4rrfW6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材RRRWI1122111cossinRlRRfuRZZEjXEkE2111cosRlRRlRZZEjXE211cos1sinRlRfuRZZXjEkE1—空载；2—负载12211coscos244.4RRRRRlRIXIWfWE正弦绕组的合成电动势：6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材二次侧补偿的正余弦旋转变压器qrqrFF21sincos21rrII6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材所以，二次侧完全补偿的条件是sincoscossin21lrfulrfuZZEkZZEklllZZZ21直轴磁势平衡关系021sfdrdrWIFF0coscossinsin21sfrlrfurlrfuWIWZZEkWZZEklrfulrfufZZUkZZEkI226.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材一次侧补偿正余弦旋转变压器iqZZ对称补偿条件sin1SRRfWWII0sin1SfRRWIWI直轴磁势关系6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材线性旋转变压器（LinearRotationalTransformer)一次侧补偿的线性旋转变压器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材交轴磁通被定子交轴绕组所补偿直轴磁通由定子励磁磁势和转子余弦绕组磁通的直轴分量共同产生：)cos()cos(2RSfRRSfdWWIWIWI等效变压器：一次侧匝数为:二次侧为：转子正弦绕组R1-R’1)cos(RSWWcos1cos)(1cos'uuSRSRRSRukk旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材则等效变压器正弦绕组的输出电压为当ku=0.5时cos1sinsin'1ufufuRkUkUkU72024215.01504012065.0cos5.01sin5.06427531ffRUUUffUU311512180131646.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材略去高次项产生的误差主要决定于四次方项001.01804可求出线性误差不超过0.1%的转子转角的范围3.376514.018.04如变比ku=0.52，则在同样精度的情况下，转子转角范围可扩大到606.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材线性旋转变压器的输出特性正常输出电压-60~+60范围内有线性关系加偏置后的输出电压0~120范转内有线性关系6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材旋转变压器的误差1.函数误差%100sin(%)90UUs2.零位误差理论上正弦输出绕组的输出电压在=0和180时应等于零，余弦输出绕组的输出电压在=90及270时应等于零，对应的角度称为理论电气零位。但实际上当等于上述角度时输出电压不为零，我们称这个电压为零位电压。而当实际输出电压为零时所对应的角度称为实际电气零位。实际电气零位与理论电气零位之差就称为零位误差，以角分表示。6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.电气误差在不同转子转角时，两个输出绕组的输出电压之比所对应的正切或余切的角度与实际转角之差，通常以角分表示。5.输出相位移输出电压的基波分量与励磁电压的基波分量之间的相位差，称为输出相位移。%100(%)601UUU3.线性误差6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材变压器的精度等级精度等级0级I级II级III级正余弦函数误差（%）±0.05±0.1±0.2±0.3零位误差（'）±3±8±16±22线性误差（%）±0.06±0.11±0.22电气误差（'）±3±8±12±186.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材误差原因：绕组谐波齿槽磁路饱和材料制造工艺交轴磁场改进措施：严格加工工艺补偿正弦绕组、短距绕组斜槽6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材双通道测角系统与多极旋转变压器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材1—两极旋转变压器；2—多极旋转变压器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材空载感应移相器感应移相器特点：输出电压幅值恒定，相位角与转子转角成线性关系。6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材由正弦输出绕组支路可得：CjIUkURfu1)(sin20RIUkURfucos20CjRUkIfuR1)sin(cosjRUkIfuR11)sin(cosCR1jRRUkUkUfufu1)sin(coscos20)45(2jfueUk6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材负载时，欲使输出电压关系不变，需满足rsrsrsrsXCRRXR1加有补偿电阻的感应移相器rsrscpRXR6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材感应移相器应用举例移相器A移相器B6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材感应同步器(Inductivesynchronizer)直线式感应同步器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材定尺单相绕组滑尺两相绕组6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材滑尺导体电势幅值与位移的关系直线式感应同步器的工作原理tEesin2xEEm180cos16.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材旋转式感应同步器6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材输出信号处理方式(a)鉴幅工作方式两相励磁鉴幅型感应同步器工作原理tUutUufbfasincossinsin11tUkefuasincossin1010cosfubUketsin)90cos(tUkfusinsincos1baeee000tUkfusin)sin(16.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材(b)鉴相工作方式单相或两相励磁。现以两相励磁为例说明工作原理。tUutUufbfacossintUkefuasincos0tUkefubcossin0)sin()sincoscos(sin000tUkttUkeeefufuba6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材数字式旋转变压器4—COS输入7—SIN输入10~25—并行数据输出32，33—转换分辨率选择6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材AD2S83性能概述(1)提供有10位、12位、14位和16位的分辨率，并允许用户通过外围器件的不同连接选用适合的分辨率。(2)通过三态输出引脚输出并行二进制数，因而很容易与DSP或单片机等控制芯片接口。(3)采用比率跟踪转换方式，使之能连续输出数据而没有转换延迟并具有较强的抗干扰能力和远距离传输能力。(4)用户可通过外围阻容元件的选择来改变带宽、最大跟踪速度等动态性能。(5)具有很高的跟踪速度，10位分辨率时，最大跟踪速度达1040rps。(6)能产生与转速成正比的模拟信号，输出范围为±8VDC，通常线性度可达±0.1%，回差小于±0.3%，可代替传统的测速发电机，提供高精度的速度信号。(7)具有过零标志信号(RIPPLECOLCK)和旋转方向信号(DIRECTION)。(8)正常工作的参考频率为0～20kHz.6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材AD2S83与DSP的接口电路举例6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材应用举例：1.远距离高精度角度传输系统自整机角度传输系统的绝对误差为10~30分。若用两极正余弦旋转变压器作为发送机和接收机，传输误差可下降至1~5分。fU1'1R1R2R'2R1S'1S'2S1S'1S'2S'2R2R2S2S22U6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.矢量分解与合成励磁绕组上外施正比于矢量模值的励磁电压，转子从电气零位转过一个等于矢量幅角的转角，若此旋变的变比为1，则有：sin1fryUUUcos2frxUUU矢量分解6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材当伺服电机停转时有：0cossin2yxrUUUxyUUarctan221yxrUUU6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材3.加、减、乘、除运算若有两个量x1、x2以转角的形式给出，欲用电气方法相加或相减时，可利用两台线性旋转变压器RT1和RT2来进行。先将需要进行加、减的两个量x1、x2变换成正比于它们的电压，然后再把两台旋变的转子输出绕组串联起来，串联后的输出电压Ursl正比于x1、x2的和或差：)(21xxUKUfursl欲消去比例常数KuUf，可采用一自动平衡系统。6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材接线图符号图6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材当两相伺服电动机停转时，应有)(21xxUKyUKfufu21xxy6.旋转变压器普通高等教育“十一五”国家级规划教材