旋转变压器课件

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1、第四章第四章旋转变压器旋转变压器4-1概述概述旋转变压器是自动装置中较常用的精密控制电机。旋转变压器是自动装置中较常用的精密控制电机。当旋转变压器的定子绕组施加单相交流电时，其转子绕组输当旋转变压器的定子绕组施加单相交流电时，其转子绕组输出的电压与转子转角成正弦余弦关系或线性关系等函数关系。出的电压与转子转角成正弦余弦关系或线性关系等函数关系。在自动控制系统中可以用作解算元件，实现坐标变换和三角在自动控制系统中可以用作解算元件，实现坐标变换和三角运算等，在随动系统中，用来传输与角度对应的电信号，此外运算等，在随动系统中，用来传输与角度对应的电信号，此外还可以用作移相器和角度还可以用作移相器和角

2、度-数字转换装置等等。数字转换装置等等。一、旋转变压器分类一、旋转变压器分类1、按有无滑动接触分类、按有无滑动接触分类接触式接触式(多用多用)无接触式无接触式又分为有限转角和无限转角又分为有限转角和无限转角2、按极对数分类、按极对数分类单极对数（多用）单极对数（多用）多极对数：主要用于电气变速的高精度双通道系统中多极对数：主要用于电气变速的高精度双通道系统中3、按使用要求分类、按使用要求分类解算装置：正余弦旋转变压器解算装置：正余弦旋转变压器输出电压与转子转角成正余输出电压与转子转角成正余弦函数关系弦函数关系线性旋转变压器线性旋转变压器输出电压与转子转角成线性关系输出电压与转子转角成线性关系比

3、例式旋转变压器比例式旋转变压器作为调整电压的比例元件作为调整电压的比例元件特殊函数旋转变压器特殊函数旋转变压器随动系统：旋转变压器发送机随动系统：旋转变压器发送机旋转变压器差动发送机旋转变压器差动发送机旋变变压器旋变变压器二、旋转变压器结构二、旋转变压器结构旋转变压器结构与绕线式异步电动机类似。旋转变压器结构与绕线式异步电动机类似。铁芯铁芯:定子、转子铁芯采用高磁导率的铁镍硅钢片冲叠而成定子、转子铁芯采用高磁导率的铁镍硅钢片冲叠而成;绕绕组组：在在定定子子铁铁芯芯和和转转子子铁铁芯芯上上分分别别安安装装有有两两个个在在空空间间上上互互相相垂直的高精度正弦绕组；垂直的高精度正弦绕组；通常设计为通

4、常设计为2极，转子绕组经电刷和集电环引出。极，转子绕组经电刷和集电环引出。正余弦旋转变压器结构图如图所示。正余弦旋转变压器结构图如图所示。 4-2正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器一、正余弦旋转变压器的空载运行一、正余弦旋转变压器的空载运行转转子子绕绕组组输输出出的的电电压压是是转转子子转转角角的的正正余余弦弦函函数数关关系系的的旋旋转转变压器叫正余弦旋转变压器。变压器叫正余弦旋转变压器。旋旋转转变变压压器器的的定定子子铁铁芯芯槽槽中中装装有有两两套套完完全全相相同同的的绕绕组组D1D2和和D3D4，但但在在空空间间上上相相差差90。每每套套绕绕组组的的有有效效匝匝数数为为NS，其其中中D1D2

5、为为直轴绕组直轴绕组，D3D4绕组为绕组为交轴绕组交轴绕组。转转子子铁铁芯芯槽槽中中也也装装有有两两套套完完全全相相同同的的绕绕组组Z1Z2和和Z3Z4和和，在在空空间间上上也也相相差差90，每每套套绕绕组组的的有有效效匝匝数数为为Nr。转转子子上上的的输输出绕组的轴线出绕组的轴线Z1Z2与定子的交轴之间的角度与定子的交轴之间的角度叫做叫做转子的转角。转子的转角。 通常把交流电源通常把交流电源Uf接入定子直轴绕组中，那么直轴绕组接入定子直轴绕组中，那么直轴绕组D1D2就成为励磁绕组，如果转子上的输出绕组开路，那么此时就是正就成为励磁绕组，如果转子上的输出绕组开路，那么此时就是正余弦旋转变压器的

6、空载运行，如图所示。余弦旋转变压器的空载运行，如图所示。 励磁绕组励磁绕组D1D2通过交流电流通过交流电流If在气隙中建立一个正弦分布在气隙中建立一个正弦分布的脉振磁场的脉振磁场d 若忽略励磁绕组的压降，则认为若忽略励磁绕组的压降，则认为Uf=Ef。当。当Uf恒定时，可认恒定时，可认为直轴磁通的幅值为直轴磁通的幅值d为常数。为常数。 输输出出绕绕组组Z1Z2与与交交轴轴的的夹夹角角为为，故故气气隙隙磁磁场场与与输输出出绕绕组组Z1Z2相相交交链链的的磁磁通通为为r1=dsin。输输出出绕绕组组Z3Z4的的轴轴线线与与交交轴轴的的夹夹角角为为 90-， 那那 么么 气气 隙隙 磁磁 场场 与与

7、输输 出出 绕绕 组组 Z3Z4相相 交交 链链 的的 磁磁 通通 为为r2=dcos。据据上上述述分分析析，气气隙隙磁磁场场d在在励励磁磁绕绕组组中中所所感感生生的的电电动动势势为为气气隙隙磁磁通通的的两两个个分分量量r1和和r2分分别别在在输输出出绕绕组组Z1Z2和和Z3Z4中中所所感感生生的的电动势为电动势为 输出绕组与励磁绕组的有效匝数比为输出绕组与励磁绕组的有效匝数比为K。空载时有空载时有如果忽略励磁绕组和输出绕组的漏阻抗，则如果忽略励磁绕组和输出绕组的漏阻抗，则输出绕组的端电压分别为：输出绕组的端电压分别为：输出绕组Z1Z2 称为正弦绕组输出绕组Z3Z4 称为余弦绕组二、正余弦旋转

8、变压器的负载运行二、正余弦旋转变压器的负载运行 在在实实际际应应用用中中，输输出出绕绕组组都都接接有有负负载载，如如控控制制元元件件，放放大大器器等等，输输出出绕绕组组有有电电流流流流过过，从从而而产产生生磁磁通通势势，使使气气隙隙磁磁场场产产生生畸畸变变，从而使输出电压产生畸变，不再是转角的正、余弦函数关系。从而使输出电压产生畸变，不再是转角的正、余弦函数关系。如图如图4.2.2所示，输出绕组所示，输出绕组Z1Z2接上负载接上负载Zl1，产生的负载电流产生的负载电流Ir1,Ir1建建立立一一个个按按正正弦弦规规律律分分布布的的脉脉振振磁磁势势Fr1，其其幅幅值值轴轴线线就就是是Z1Z1绕组轴

9、线，绕组轴线，Fr1在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：直轴分量为直轴分量为Fr1d=Fr1sin交轴分量为交轴分量为Fr1q=Fr1cos利用等效电路分析利用等效电路分析根据电工理论，激磁绕组与正弦绕组间存在互感电抗。当两绕组轴线重合时交链的磁通最大，互感电抗最大。画出定子激磁绕组与转子正弦绕组等值电路rZs 按基尔霍夫第二定律，列写直轴绕组回路和正弦绕组回路电压平衡方程解得可见(1)Ur1与转子转角不再保持严格的正弦函数关系。(2)输出电压发生畸变的程度取决于Zl1的大小， Zl1越大输出电压畸变越小。(3)激磁绕组电流随转子转角而改变，不是常数，只有当

10、负载阻抗无穷大时才为常数。结论正余弦旋转变压器在负载时，输出电压发正余弦旋转变压器在负载时，输出电压发生了畸变，其原因在于负载电流产生的交生了畸变，其原因在于负载电流产生的交轴磁场轴磁场。三、二次侧补偿的正余弦旋转变压器（副方补偿）三、二次侧补偿的正余弦旋转变压器（副方补偿）1、补偿原理补偿原理负负载载运运行行的的正正余余弦弦旋旋转转变变压压器器的的补补偿偿方方法法是是从从消消除除或或减减弱弱造造成成电电压畸变的交轴分量磁势入手。压畸变的交轴分量磁势入手。如如图图所所示示，正正弦弦输输出出绕绕组组Z1Z2接接负负载载Zl1，余余弦弦输输出出绕绕组组Z3Z4作作为为补偿绕组也接入负载补偿绕组也接

11、入负载Zl2。输出绕组输出绕组Z3Z3接上负载接上负载Zl2，产生的负载电流产生的负载电流Ir2, Ir2建建立立一一个个按按正正弦弦规规律律分分布布的的脉脉振振磁磁势势Fr2，其其幅幅值值轴轴线线就就是是Z3Z4绕组轴线，绕组轴线，Fr2在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：直轴分量为直轴分量为Fr2d=Fr2cos交轴分量为交轴分量为Fr2q=Fr2sin 为消除或减弱造成电压畸变为消除或减弱造成电压畸变的交轴分量磁势使的交轴分量磁势使Fr2q=Fr1q，交轴分量磁势完全补偿。交轴分量磁势完全补偿。按基尔霍夫第二定律：解方程组得解方程组得如果取如果取Zl1

12、=Zl2，则可去掉分母中与转子转角有关的项。则可去掉分母中与转子转角有关的项。这时这时:则输出电压则输出电压可见，当二次侧补偿时，若使Zl1= Zl2= Zl，则正弦输出绕组输出电压余弦输出绕组输出电压结论结论 采用二次侧补偿，余弦输出绕组所加阻抗与正弦绕组所加负载阻抗相等时，可以消除交轴磁势对输出电压的影响。使同时，输入的电流与转子转角同时，输入的电流与转子转角无关，则输入的功无关，则输入的功率也与转子转角率也与转子转角无关。无关。四、一次侧补偿的正余弦旋转变压器（原方补偿）四、一次侧补偿的正余弦旋转变压器（原方补偿）1、补偿原理补偿原理消消除除或或减减弱弱造造成成电电压压畸畸变变的的交交轴

13、轴分分量量磁磁势势，接接线线图图如如图图所所示示。即即原方交轴绕组接入负载阻抗原方交轴绕组接入负载阻抗Zq，余弦绕组开路。余弦绕组开路。输出绕组输出绕组Z1Z2接上负载接上负载Zl1，产生的负载电流产生的负载电流Ir1,Ir1建立一个建立一个按正弦规律分布的脉振磁势按正弦规律分布的脉振磁势Fr1，其幅值轴线就是其幅值轴线就是Z1Z1绕组轴线，绕组轴线，Fr1在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：在直轴和交轴两个方向上分为两个分量：直轴分量为直轴分量为Fr1d=Fr1sin交轴分量为交轴分量为Fr1q=Fr1cos交交轴轴绕绕组组中中接接入入负负载载阻阻抗抗Zq，产产生生的的负负载载电电流流Iq，

14、Iq在在交交轴轴方向产生交轴磁势方向产生交轴磁势Fq。当当Fq与与Fr1q大小相等方向相反时，交轴磁势完全补偿。大小相等方向相反时，交轴磁势完全补偿。 画出一次侧补偿接线时旋转变压器等效电路图画出一次侧补偿接线时旋转变压器等效电路图列写回路电压平衡方程式列写回路电压平衡方程式解得分析：分析： 为使正弦输出绕组输出电压正比于为使正弦输出绕组输出电压正比于sin，就必须使，就必须使I Ir1r1正比于正比于sinsin，因此必须使，因此必须使A A与与无关，为此必须无关，为此必须使使Z Zq q=0=0。 我们称我们称Z Zq q=0=0时一次侧补偿为对称补偿。时一次侧补偿为对称补偿。一次侧对称补

15、偿时正弦输出绕组输出电压：一次侧对称补偿时正弦输出绕组输出电压：结论结论将交轴绕组短接将交轴绕组短接,可得到一次侧对称补偿可得到一次侧对称补偿,使正使正弦输出绕组输出电压弦输出绕组输出电压一次侧对称补偿法和二次侧对称补偿法有相同一次侧对称补偿法和二次侧对称补偿法有相同的输出结果的输出结果. 此时，输入的电流与转子转角此时，输入的电流与转子转角有关，则输入有关，则输入的功率也与转子转角的功率也与转子转角有关。有关。五、正余弦旋转变压器的主要技术指标五、正余弦旋转变压器的主要技术指标正余弦旋转变压器作为解算元件时，其精度由函数误差和零位正余弦旋转变压器作为解算元件时，其精度由函数误差和零位误差来决

16、定。若作为回线自整角机系统使用，其精度便由电气误误差来决定。若作为回线自整角机系统使用，其精度便由电气误差来决定。差来决定。(一一)正余弦函数误差正余弦函数误差fe当当正正余余弦弦旋旋转转变变压压器器的的励励磁磁绕绕组组外外施施额额定定单单相相交交流流电电压压励励磁磁，且交轴绕组短接。且交轴绕组短接。在在不不同同的的转转子子转转角角位位置置时时，转转子子上上两两个个输输出出绕绕组组的的感感应应电电势势与与理理论论的的正正弦弦(或或余余弦弦)函函数数值值之之差差对对最最大大理理论论输输出出电电压压之之比比，称称为为该旋转变压器的正余弦函数误差。该旋转变压器的正余弦函数误差。在在实实际际测测试试中

17、中，常常常常将将百百分分值值所所表表示示的的函函数数误误差差折折算算成成相相应应的的角度误差来表示。角度误差来表示。 (二二)零位误差零位误差0当当正正余余弦弦旋旋转转变变压压器器的的励励磁磁绕绕组组外外施施额额定定的的单单相相交交流流电电压压励励磁磁，且交轴绕组短接。且交轴绕组短接。转转动动转转子子使使两两个个输输出出绕绕组组中中任任意意一一个个的的输输出出电电压压为为最最小小值值时时转转子子位位置置称称为为电电气气零零位位。零零位位误误差差是是实实际际的的电电气气零零位位与与理理论论电电气气零零位位(即即转转子子转转角角为为0、90、180、270)之之差差，以以角角分分表表示示，零零位位

18、误误差差的大小将直接影响到解算装置和角度传输系统的精度。的大小将直接影响到解算装置和角度传输系统的精度。(三三)零位电压零位电压U0正正余余弦弦旋旋转转变变压压器器的的转转子子处处于于电电气气零零位位时时的的输输出出电电压压的的大大小小，称称为为零零位位电电压压。旋旋转转变变压压器器的的最最大大零零位位电电压压与与额额定定电电压压之之比比应应不不超超过过规定值。规定值。零零位位电电压压由由两两部部分分组组成成：一一部部分分是是与与励励磁磁电电压压的的频频率率相相同同，但但相相位相差位相差90电角度的基波正交分量；电角度的基波正交分量；另另一一部部分分是是频频率率为为励励磁磁频频率率奇奇数数倍倍

19、的的高高次次谐谐波波分分量量。零零位位电电压压过过高将引起输出电压外接的放大器饱和。高将引起输出电压外接的放大器饱和。 (四四)电气误差电气误差e当当正正余余弦弦旋旋转转变变压压器器的的励励磁磁绕绕组组外外施施额额定定的的单单相相交交流流电电压压励励磁磁，且交轴绕组短接。且交轴绕组短接。在在不不同同的的转转子子转转角角时时，两两个个输输出出绕绕组组的的输输出出电电压压之之比比所所对对应应的的正正切切或或余余切切的的角角度度与与实实际际转转角角之之差差值值称称为为电电气气误误差差，通通常常以以角角分分来表示。来表示。(五五)输出相位移输出相位移当正余弦旋转变压器的励磁绕组外施额定的单相交流电压励

20、磁，当正余弦旋转变压器的励磁绕组外施额定的单相交流电压励磁，且交轴绕组短接。且交轴绕组短接。它的输出电压基波分量和励磁电压基波分量之间的相位差，称它的输出电压基波分量和励磁电压基波分量之间的相位差，称为输出相位移。为输出相位移。引起输出电压相位移的主要因素为励磁绕组的电阻和铁心的铁引起输出电压相位移的主要因素为励磁绕组的电阻和铁心的铁损耗。损耗。使用注意事项：使用注意事项：1、负载阻抗应远大于输出阻抗负载阻抗应远大于输出阻抗2、注意调准零位注意调准零位3、励励磁磁方方只只用用一一相相绕绕组组时时，另另一一相相绕绕组组应应短短路路或或接接一一个个与与励励磁电源内阻相同的阻抗。磁电源内阻相同的阻抗。4、励励磁磁方方两两相相绕绕组组同同时时励励磁磁时时，只只能能采采用用副副方方补补偿偿方方式式，两两相绕组阻抗尽可能相等。相绕组阻抗尽可能相等。