旋转变压器简介解析

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1、1 旋转变压器介绍 曲家骐 2012.5.10 2 目录 旋转变压器的结构 旋转变压器的工作原理 旋转变压器电磁原理 .旋转变压器作为测角元件 旋转变压器函数、接线、转向之间的关系 旋转变压器的主要参数和性能指标 旋转变压器的应用中若干问题 旋转变压器使用中注意事项 旋转变压器使用中问题分析 3 旋转变压器的结构 有刷旋转变压器：定、转子上都有绕组。转子绕 组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和 定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在 ，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。 目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，仅 介绍无刷旋转变压器。 无刷旋转变压器： 环形变压器式无刷旋转变压器，

2、 磁阻式旋转变压器。 4 右侧（A）： 旋转变压器的 定、转子，信号 变换。 左侧（B）： 环形变压器。 定、转子绕组同 心放置。 图1 环变式旋转 变压器结构示意 5 图2 10对极的磁阻式 旋转变压器 励磁绕组和输出绕组 放在同一套定子槽内。 励磁绕组和输出绕组 的形式不一样，励磁单 相、输出两相。 转子磁极形状作特殊 设计：1)气隙磁场正弦 形，2)满足极数要求。 一般都做成分装式。 6 旋转变压器的工作原理 旋转变压器的电磁关系 旋变发送机励磁绕组单相电压供电 （1） U1m励磁电压幅值，励磁电压角 频率。次级输出的两相绕组在空间成 正交，两相输出电压 7 8 变压器原理 不同角度、

3、感生电势不同 转向问题 图4 不同转向的电势 付边感生电压 (2) US1S3余弦相的输出电压，US2S4正弦相的输 出电压，U2m次级输出电压的幅值；励磁方 和次级输出方电压之间的相位角，转子的转 角。 9 副边电压与原边励磁电压同频率、 但有相位差 副边正弦相和余弦相时间相位同相， 幅值彼此随转角分别作正弦和余弦函数 变化。 10 旋转变压器单独作为测角元件 在很多场合下，旋转变压器可以单独作为 测角元件用，直接和角度信号变换单元连 接，由角度变换单元输出角度信号数据。 磁阻式旋变就是只起这个作用的。 11 12 旋变单独作测角元件，磁阻式旋变是典 型。 几个基本原则： 1）函数值的大小决

4、定转角的大小 （sin 和 cos），两相三相 2）极对数对应函数周期数 3）一对极可应用于任何极对数、函数值唯 一性 4）双通道，单极粗机、多极精机 旋转变压器函数、接线、转向之间的关系 基本原则 RDC只认函数关系 接线正负端颠倒，电势方向变反 接线端变化，零位变化 方向性（ CW和CCW） 正方向就是公式（2） 规定的余弦相在前、正弦相在后在一个转向 下（比方说CCW），如图5所示 13 14 不同接线下的函数关系和零位变化 励磁线反接（R1、R2互调） 15 图7中虚线是励磁正接时的波形相位，实线是 励磁反接时相位波形。和图5比较，发现： 若符合公式（2），零位应沿同一方向向前移 动1

5、80； 16 余弦（COS）端点对调 （S1、S3对调） 17 按照图8的波形，有两种情况： 如果余弦相仍为余弦相，那么电机的转向 变了。因为正弦相在前 面了，只有反转才 能余弦相在前面。零位相差180； 若想仍然正转，必须余弦相接到正弦相上 、而且反接，正弦相正向接到余弦相上。 此时零位与原来相差90。 18 正弦相反接（S2、S4端点对调） 19 按照图9波形，两种情况： 1）若余弦相仍为余弦相，电机转向改变。因 为：正弦相在前面了，只有反转才能余弦 相在前面。零位不变； 2）若想仍然正转，必须正弦相接到余弦相上 、而且反接，余弦相正向接到正弦相上。 此时零位在另一个方向上与原来相差90。

6、 20 旋转变压器误差的简单分析 三台旋转变压器的误差 21 零位误差比较小、 正交误差比较大、 恒定分量误差比较明显 22 23 基本参数和性能指标 1）额定励磁电压和励磁频率 一般10V以 下。频率400Hz、以及（510）kHz 之间。 2）空载电流和空载消耗功率 3）变压比和最大输出电压 当输出绕组处于 感生最大输 出电压的位置时，输出电压和 原边励磁电压之比。对于旋变发送机，当 F0或F90时，对于旋变变压器，一 相绕组通以额定电压，输出电压值和励磁 电压值之比。 24 4）电气误差 输出电动势和转角之间应符合 严格的正、余弦关系。不符产生误差 ，称为电气误差（机械角度）。 多极以角

7、秒（）计； 单极在（515）之内； 磁阻式一般都做到两对极以上，电气误差 较大，两对极磁阻旋变60（1)以下。对于 磁阻式，增加极对数提高精度，电气 误差数角秒（）。 25 5）阻抗 和初、次级之间相互角度位置有关 ，测量时应该取特定位置，将旋转变压器 看成四端变压器网络。当测量初级参数时 ，对初级绕组施加电压，当测量次级参数 时，对次级绕组施加电压。 4个阻抗： 开路输入阻抗 开路输出阻抗 短路输入阻抗 短路输出阻抗 26 6）相位移 次级输出电压相对于初级励磁电 压在时间上的相位差。相位差的大小有关 因素旋变类型、尺寸、结构和励磁频 率。 7）基准相位 基准相位是指旋转变压器从基 准电气零

8、位开始，作正向旋转时出现的第 一个基波最大电压的相位。 相位的规定方法：初级励磁电压的相位 为基准；以次级电压最大输出时的相位 为基准。 27 8）零位电压，2个分量：基准相位相交的分量、 高次谐波分量。 电气零位输出电压基波同相分量为零的点 ，此时所具有的电压称为零位电压。零位电压中 只有基波正交分量和高次谐波分量。每一电气周 期，四个电气零位，每相各两个：0、90、180 、270。当极对数大于1时，电气零位数是极对数 的倍数。 9）基准电气零位 从电气零位中选择0这点作为电 气基准零位。 28 应用中应注意的事项和问题分析 旋转变压器使用中注意事项 旋转变压器属于抗恶劣环境条件能力强 的

9、精密元器件，在应用中，不论在机械安装 ，还是电气连接上，都必须严格遵守一定的 原则。 29 1）机械安装的要求 定、转子之间的转动中心必须一致，保证气隙 磁场的变化规律严格按照理论值变化。尤其是分 装式旋变，定转子之间轴向磁中心线重合。 装配时，不能过紧或过松。不能用榔头敲击，以 免损坏。 图8 定转子偏心情况示意 30 2）施加额定电源电压 旋变所有参数都是在额定电压下测得的 ，施加电压偏大或偏小，都会在一定程度 上影响性能，也会影响应用。 3）避免噪声信号的影响 旋变属于信号元件，应该避免噪音信号对 它的影响；在长线传输时，会对噪声信号 敏感。因此，各对引出线应用屏蔽线，要 采用差动放大器

10、接收。 31 4）屏蔽 旋转变压器本身的磁场比较弱，当外部有 强磁场靠近旋转变压器时（例如在电动机 中），会影响旋转变压器的磁场和在旋转 变压器绕组端部的磁状态，进而产生误差 电势，产生误差。因此，应该尽量使得旋 转变压器远离强磁场，以及采取磁屏蔽措 施。 32 5）平衡负载 旋变两相输出端负载不对称时，会产生误 差。所以，使用时注意两相负载平衡。另 外，负载的阻抗值应该尽可能的大，以免 会对旋转变压器的工作产生影响。 6）接线正确 按照规定的标示接线，正弦相、余弦相以 及励磁的正方向都不能错。 33 旋转变压器使用中问题分析 1）精度偏低 精度偏低的可能原因： 安装偏差过大，偏心或轴向磁中心不 一致； 接线不牢靠； 励磁电压、频率不对或者电源波形不 好； 负载阻抗不对称或过小； 屏蔽、接地不好。 34 2）没有信号 励磁电源是否接好； 次级绕组的接线是否牢靠； 有否断线。 3）接好线之后转向不对 接线不正确。 35 4）次级输出电压幅值不对 励磁电压幅值或者频率不对。 5）信号不稳 定子或转子没有固定好； 接线没有接触好。 36 谢谢！