029-课件-旋转变压器

控制电机第六章旋转变压器主要内容–旋转变压器–正余玄旋转变压器的结构特点–正余玄旋转变压器的工作原理–线性旋转变压器–旋转变压器的应用重点与难点旋转变压器的工作原理控制电机旋转变压器•旋转变压器：–原理上：类似于变压器，幅边绕组输出正弦交变电势，其幅值与转子旋转角度有关UO=f(θ)–结构上：类似于交流电机，定转子铁心绕两相对称绕组差90°–总结：能转动的变压器•旋转变压器的分类–正余玄旋转变压器：UO=f(sinθ)–线性旋转变压器：UO=kθ–比例式旋转变压器：UO=f(sinθ)•旋转变压器的作用–能将转角转换成与转角成某种函数关系的信号电压用以进行坐标变换、三角函数运算和角度数据传输、信号转换。控制电机正余玄旋转变压器的结构特点控制电机控制电机控制电机正余弦旋转变压器的结构特点•结构上类似于交流电机，但定转子绕组为两相对称绕组。•定子–铁心：电工硅钢片叠成，内圆分布齿槽。–绕组：两相对称分布绕组，在空间上互成90°相位角度。激磁绕组•转子–铁心：电工硅钢片叠成，内圆分布齿槽。–绕组：两相对称分布绕组，在空间上互成90°相位角度。输出绕组–电刷和滑环D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4控制电机正余玄旋转变压器的工作原理•主要内容–空载时的旋转变压器–负载时的旋转变压器–旋转变压器的补偿问题•分析方法–以电流（绕组）--磁场（正玄交变）--电势（绕组）为主线，分析旋转变压器工作时转子绕组电势与转子旋转角度θ之间的关系UO=f(sinθ)。控制电机空载时的旋转变压器•空载条件–D3-D4开路；D1-D2加电源Us1–Z1-Z2；Z3-Z4开路•磁场情况–D1-D2相单相绕组+正玄交变电流产生脉振磁场。–Z1-Z2、Z3-Z4、D3-D4无电流，不产生磁场–总结：由定子绕组D1-D2的电流在旋转变压器的气隙中产生脉振磁场•绕组电势D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1控制电机空载时的旋转变压器•空载条件•磁场情况•绕组电势–磁场：在绕组轴线方向铰链绕组的磁场在绕组上产生感应电势–激磁绕组电势：•D1-D2：ED=4.44wDfØD–输出绕组电势•Z1-Z2：ER1=ERcosθZ3-Z4：ER2=ERcos(θ+90°)=-ERsinθ•ER：磁场和输出绕组轴线重合时磁通ØD在输出绕组上产生的感应电势,ER=4.44wRfØD–变比：ku=ER/ED=wR/wD•ER1=kuEDcosθ≈kuUs1cosθ•ER2=-kuEDsinθ≈-kuUs1sinθD3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BjBjBj2Bj1控制电机负载时的旋转变压器•负载运行：Z3-Z4接负载ZL，有负载电流IR2•磁场情况：–激磁电流磁场BD–负载电流磁场BZ–合成磁场•ΣBd=BD+BZd=Bj（Bj：空载时的激磁磁场）•ΣBq=BZq=BZCOSθ•输出绕组电势：–ER2d=-ERsinθ，ER=4.44wRfØD，(Bj—ØD)–ER2q=4.44wRfØq34•Øq34=ØzqCOSθ=ØzCOS2θ，(BZ—Øz)•ER2q∝BZCOS2θ•输出特性畸变D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BDBzBzdBzqIR2ZL控制电机负载时的旋转变压器•负载运行•磁场情况•输出绕组电势•输出特性畸变–输出电压UR2=ER2d-ER2q–ER2d=-kuUs1sinθ∝BjCOSθ–ER2q∝BZCOS2θ•BZ∝IR2•ER2q∝IR2COS2θ–总结：UR2(V)90θ(°)空载负载ΔUm控制电机旋转变压器的补偿•副边补偿–补偿方法：•副边绕组对称•接对称负载，ZL‘=ZL–补偿原理：•Bz1q=Bz1sinθ；Bz2q=Bz2cosθ；•ER1=kuUs1cosθ；ER2=--kuUs1sinθ，且绕组对称，Bz1∝cosθ；Bz2∝sinθ；•Bz1q∝sinθcosθ；Bz2q∝sinθcosθ–结论：两副边绕组电流产生的交轴磁场相互抵消为零•原边补偿•原副边补偿D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BDBz2Bz2qBz1qZLBz1ZL'控制电机旋转变压器的补偿•副边补偿•原边补偿–补偿方法：•D3-D4接阻抗或短接，Z1-Z2开路，Z3-Z4接负载–补偿原理：•Bzq在D3-D4绕组轴线方向，D3-D4绕组有电势及电流，并产生磁场BDq•BDq≈Bzq，相互抵消。–Z=激磁电源内阻抗Z*•原副边补偿D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BDBzqIR2ZLBDqZ控制电机旋转变压器的补偿•副边补偿•原边补偿•原副边补偿–副边补偿的缺点：ZL‘=ZL，负载变化时难以实现–原边补偿：误差大–补偿方法：原副边同时补偿D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BDBz2Bz2qBz1qZLBz1BDqZL'控制电机线性旋转变压器•正余玄旋转变压器：–正余玄旋转变压器输出特性：Uo=-kusinθ•θ很小时，sinθ≈θ，Uo∝θ；但θ较大时，sinθ和θ差值较大，非线性。–线性旋转变压器输出特性：Uo=kθ•线性旋转变压器：改变正余玄旋转变压器的连接方式使其在较大范围线性化。–联接方式：(如右图）•D1-D2和Z1-Z2相绕组串联加激磁电压Us1•Z3-Z4接负载ZL输出信号,D3-D4短接补偿–磁场情况：•原边补偿使交轴磁通为零，直轴磁通为ØD–感应电势：•ER1=kuEDcosθ；ER2=-kuEDsinθ；其中：ED=4.44wDfØD–电势平衡D3D1D2D4Z1Z2Z3Z4θUs1BDBzqIR2ZLBDqZ控制电机线性旋转变压器•正余玄旋转变压器：•线性旋转变压器：–联接方式–磁场情况–感应电势–电势平衡•Us1=ED+ER1=ED+kuEDcosθ•UR2≈ER2=-kuEDsinθ•结论：输出电压UR2随θ变化如图曲线所示：–当ku≈0.52,在θ=±60°范围内UR2∝θ，误差＜0.1%cos1sincossin12uuDuDDusRkkEkEEkUUθ(°)UR2(V)60120180-180-120-60控制电机旋转变压器的应用•测量差角：高精度随动系统中–磁场：原理类似于自整角机测量差角，感应电流通过第二个旋转变压器的定子绕组后在气隙中产生的脉振磁场B‘与Bj同向。–电势：B‘在Z3-Z4绕组轴线方向分量与Z3-Z4绕组完全铰链，产生感应电势•E∝B‘cos(90°-θ1+θ2）即E∝sin(θ1-θ2）•用作解算元件：Z1Z2Z3Z4D1D2D4D3Z1'Z2'Z3'Z'4D1'D2'D4'D3'Us1Eθ1θ2BjB'控制电机旋转变压器的应用•测量差角：•用作解算元件：–D1-D2绕组电势：•ER2=E1cosθ（ku=1）–E=ER2-E2=E1cosθ-E2–伺服电动机停止运行时，理想运放输出为零。所以E1cosθ-E2=0–θ=arccos(E2/E1)Z1Z2Z3Z4D1D2D3D4θ＞E2E1E控制电机