控制电机ppt电子课件教案第6章旋转变压器

《控制电机ppt电子课件教案第6章旋转变压器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制电机ppt电子课件教案第6章旋转变压器（147页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第6章 旋转变压器,6.1 旋转变压器的类型和用途 6.2 旋转变压器的结构特点 6.3 正余弦旋转变压器的工作原理 6.4 线性旋转变压器 6.5 旋转变压器的典型应用 6.6 多极和双通道旋转变压器 6.7 感应移相器 6.8 感应同步器 思考题与习题,6.1 旋转变压器的类型和用途,旋转变压器可以单机运行, 也可以像自整角机那样成对或三机组合使用。 旋转变压器的输出电压与转子转角呈一定的函数关系, 它又是一种精密测位用的机电元件, 在伺服系统、 数据传输系统和随动系统中也得到了广泛的应用。,从电机原理来看, 旋转变压器又是一种能旋转的变压器。 这种变压器的原、 副边绕组分别装在定、 转子

2、上。 原、 副边绕组之间的电磁耦合程度由转子的转角决定, 故转子绕组的输出电压大小及相位必然与转子的转角有关。 按旋转变压器的输出电压和转子转角间的函数关系, 旋转变压器可分为正余弦旋转变压器(代号为XZ)、 线性旋转变压器(代号为XX)以及比例式旋转变压器(代号为XL)。其中, 正余弦旋转变压器的输出电压与转子转角成正余弦函数关系; 线性旋转变压器的输出电压与转子转角在一定转角范围内成正比; 比例式旋转变压器在结构上增加了一个锁定转子位置的装置。,这些旋转变压器的用途主要是用来进行坐标变换、 三角函数计算和数据传输、 将旋转角度转换成信号电压, 等等。 根据数据传输在系统中的具体用途, 旋转

3、变压器又可分为旋变发送机(代号为XF)、 旋变差动发送机(代号为XC)和旋变变压器(代号为XB)。 其实, 这里数据传输的旋转变压器在系统中的作用与相应的自整角机的作用是相同的。,若按电机极对数的多少来分, 可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。 采用多极对是为了提高系统的精度。 若按有无电刷与滑环间的滑动接触来分类, 旋转变压器可分为接触式和无接触式两大类。 本章将以单极对、 接触式旋转变压器为研究对象阐明旋转变压器的工作原理、 典型结构和误差补偿等。 最后再简单介绍感应同步器和感应移相器如何分别被用作精密位移测量和移相的元件。,小结,1定义：旋转变压器是一种能旋转的变压器，它的原、副边绕组

4、分别装在定、转子上，原、副边绕组之间的电磁耦合程度由转子的转角决定，转子绕组的输出电压大小及相位与转子的转角呈一定的函数关系。 2分类： （1）按旋转变压器的输出电压和转子转角间的函数关系：正余弦旋转变压器（XZ）、线性旋转变压器（XX）和比例式旋转变压器（XL） （2）根据数据传输在系统中的具体用途：旋变发送机（XF）、旋变差动发送机（XC）和旋变变压器（XB） （3）按电机极对数的多少：单极对和多极对 （4）按有无电刷与滑环间的滑动接触接触式和无接触式,3用途用来进行坐标变换、三角函数计算和数据传输、将旋转角度转换为信号电压等，它是一种精密测位用的机电元件，在伺服系统、数据传输系统和随动系

5、统中得到了广泛的应用。可以单机运行，也可以像自整角机那样成对或三机组合使用。,6.2 旋转变压器的结构特点,旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。 它由定子和转子两大部分组成, 每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分, 如图 6 - 1所示, 下面以正余弦旋转变压器的典型结构分析之。,图 6 1 旋转变压器结构示意图,定子的电磁部分仍然由可导电的绕组和能导磁的铁心组成。 定子绕组有两个, 分别叫定子励磁绕组(其引线端为D1、 D2)和定子交轴绕组(其引线端为D3、 D4)。 两个绕组结构上完全相同, 它们都布置在定子槽中, 而且两绕组的轴线在空间互成90, 如图 6 - 2 所示。

6、定子铁心由导磁性能良好的硅钢片叠压而成, 定子硅钢片内圆处冲有一定数量的规定槽形, 用以嵌放定子绕组。 定子铁心外圆是和机壳内圆过盈配合, 机壳、 端盖等部件起支撑作用, 是旋转电机的机械部分。,图 6 - 2 正余弦旋转变压器原理示意图,小结,1.正余弦旋转变压器的结构组成,6.3 正余弦旋转变压器的工作原理,6.3.1 空载运行时的情况如图 6 - 2 中, 设该旋转变压器空载, 即转子输出绕组和定子交轴绕组开路, 仅将定子绕组D1-D2加交流励磁电压 。 那么气隙中将产生一个脉振磁密 , 其轴线在定子励磁绕组的轴线上。 据自整角机的电磁理论, 磁密 将在副边即转子的两个输出绕组中感应出变

7、压器电势。,只是自整角机的副边为发送机定子三相绕组, 而这里的旋转变压器的副边为转子两相绕组。 这些变压器电势在时间上同相位, 而有效值与对应绕组的位置有关。 设图中余弦输出绕组Z1-Z2轴线与脉振磁密 轴线的夹角为, 仿照自整角机中所得出的结论公式(式 5 - 4), 可以写出这里的励磁磁通 在正、 余弦输出绕组中分别感应的电势。 ER1=ERcos 在Z1-Z2中ER2=ER cos(+90)=-ERsin 在Z3-Z4中,(6 - 1),式中, ER为转子输出绕组轴线与定子励磁绕组轴线重合时, 磁通D在输出绕组中感应的电势。 若假设D在励磁绕组D1-D2中感应的电势为ED, 则旋转变压器

8、的变比为,式中, WR表示输出绕组的有效匝数; WD表示励磁 绕组的有效匝数。,(6 - 2),把式(6 - 2)代入式(6 - 1)得ER1=kuED cos ER2=-kuED sin,(6 - 3),与变压器类似, 可忽略定子励磁绕组的电阻和漏电抗, 则ED=-Uf1, 空载时转子输出绕组电势等于电压, 于是式(6 - 3)可写成UR1=kuUf1cos UR2=-kuUf1sin,(6 - 4),6.3.2 负载后输出特性的畸变旋转变压器在运行时总要接上一定的负载, 如图 6 - 3中Z3、 Z4输出绕组接入负载阻抗ZL。 由实验得出, 旋转变压器的输出电压随转角的变化已偏离正弦关系,

9、 空载和负载时输出特性曲线的对比如图 6 - 4 所示。 如果负载电流越大, 两曲线的差别也越大。这种输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象被称为输出特性的畸变。 但是, 这种畸变必须加以消除, 以减少系统误差和提高精确度。,图 6 - 3 正弦输出绕组接负载ZL,图 6 - 4 输出特性的畸变,交轴分量磁通密度BZq的作用是引起旋转变压器输出电压畸变的主要原因。 显然, 由于BZq=BZ cos, 故它所对应的交轴磁通q必定和BZ cos成正比: qBZ cos (6 - 5),由图 6 - 3可以看出, q与Z3-Z4输出绕组轴线的夹角为, 设q匝链Z3-Z4输出绕组的磁通为q34, 则q3

10、4=q cos将式(6 - 5)代入上式, 则q34BZ cos 2磁通q34在Z3-Z4绕组中感应电势仍属变压器电势, 其有效值为: Eq34=4.44fWZq34BZ cos 2 (6 - 6),式中, WZ为转子上Z3-Z4输出绕组的有效匝数。 由上式知, 旋转变压器Z3-Z4绕组接上负载后, 除了电压UR2=-kuUf1sin以外, 还附加了正比于BZ cos 2的电势Eq34。 这个电势的出现破坏了输出电压随转角作正弦函数变化的规律, 即造成输出特性的畸变。 而且在一定转角下, Eq34正比于BZ, 而BZ又正比于Z3-Z4绕组中的电流IR2, 即IR2愈大, Eq34也愈大, 输出

11、特性曲线畸变也愈严重。,6.3.3 副边补偿的正余弦旋转变压器副边补偿的正余弦旋转变压器实质上就是副边对称的正余弦旋转变压器, 其电气接线图如图6 - 5所示。 其励磁绕组D1-D2加交流励磁电压 , D3-D4绕组开路; 转子Z1-Z2输出绕组接阻抗Z, 应使阻抗Z等于负载阻抗ZL, 方能使q12=q34(即FR1q=FR2q), 以便得到全面补偿。,图 6 - 5 副边补偿的正余弦旋转变压器,证明 设K为常数, 通过Z1-Z2绕组的电流为 , 产生的磁势为 ; 通过Z3-Z4绕组的电流为 , 产生磁势为 , 则FR1=KIR1FR2=KIR2,(6 - 7),由图 6 - 5知, 交轴磁势

12、为FR1q=FR1sin=KIR1sinFR2q=FR2cos=KIR2cos,(6 - 8),由图 6 - 5 的电路关系得,(6 - 9),将式(6 - 9)代入式(6 - 8)得以下两式:,(6 - 10),(6 - 11),比较以上两式, 如果要求全补偿即FR1q=FR2q 时, 则只有Z=ZL。 以上两式的正负号也恰恰说明了不论转角是多少, 只要保持Z=ZL, 就可以使要补偿的交轴磁势FR2q(对应于q34)和另一绕组产生的磁势FR1q 大小相同, 方向相反。 从而消除了输出特性曲线的畸变。,6.3.4 原边补偿的正余弦旋转变压器用原边补偿的方法也可以消除交轴磁通的影响。 接线图如图

13、 6 - 6所示, 此时定子D1-D2励磁绕组接通交流电压 , 定子交轴绕组D3-D4端接阻抗Z; 转子Z3-Z4正弦绕组接负载ZL, 并在其中输出正弦规律的信号电压; Z1-Z2绕组开路。,图 6 - 6 原边补偿的正余弦旋转变压器,从图 6 - 6 可以看出, 定子交轴绕组对交轴磁通q34来说是具有阻尼作用的一个绕组。 根据楞次定律, 旋转变压器在工作时交轴磁通q34在绕组D3-D4中要感生电流, 该电流所产生的磁通对交轴磁通q34有着强烈的去磁作用, 从而达到了补偿的目的。同证明副边补偿的方法类似, 可以证明, 当定子交轴绕组外接阻抗Z等于励磁电源内阻抗Zn, 即Z=Zn时, 由转子电流

14、所引起的输出特性畸变可以得到完全的补偿。 因为一般电源内阻抗Zn值很小, 所以实际应用中经常把交轴绕组直接短路, 同样可以达到完全补偿的目的。,6.3.5 原、 副边都补偿的正余弦旋转变压器原边和副边都补偿时的正余弦旋转变压器如图 6 - 7 所示, 此时其四个绕组全部用上, 转子两个绕组接有外接阻抗ZL和Z, 允许ZL有所改变。 和单独副边或单独原边补偿的两种方法比较, 采用原、 副边都补偿的方法, 对消除输出特性畸变的效果更好。这是因为, 单独副边补偿时补偿所用阻抗Z的数值和旋转变压器所带的负载阻抗ZL的值必须相等。 对于变动的负载阻抗来说, 这样不能实现完全补偿。,而单独原边补偿时, 交

15、轴绕组短路, 此时负载阻抗改变将不影响补偿程度, 即与负载阻抗值的改变无关, 所以原边补偿显得容易实现。 但是同时采用原、 副边补偿, 对于减小误差、 提高系统性能将是更有利的。,图 6 - 7 原、 副边同时补偿的正余弦旋转变压器,小结,1.正余弦变压器的输出电压： UR1=kuUf1cos UR2=-kuUf1sin 2.输出特性的畸变：输出特性偏离理论上的正余弦规律的现象被称为输出特性的畸变。 3.畸变的原因：输出绕组中的电流IR2产生的交轴分量,4.副边补偿（主动补偿）：在转子余弦输出绕组中接一个等于负载阻抗ZL的阻抗，可以实现完全补偿.优点：旋转变压器的输入阻抗与转角无关。 5.原边补偿（被动补偿）:定子交轴绕组外接阻抗Z等于励磁电源内阻抗Zn, 即Z=Zn时, 由转子电流所引起的输出特性畸变可以得到完全的补偿。优点：交轴绕组的阻抗和负载阻抗无关。,6.4 线性旋转变压器,线性旋转变压器是由正余弦旋转变压器改变连接线而得到的。 即将正余弦旋转变压器的定子D1-D2绕组和转子Z1-Z2绕组串联, 并作为励磁的原边。 如图6 -8所示, 定子交轴绕组D3-D4端短接作为原边补偿, 转子输出绕组Z3-Z4端接负载阻抗ZL, 如果将原边施加交流电压 后,转子Z3-Z4绕组所感应的电压UR2与转子转角有如下关系:,