旋转变压器ppt课件.ppt

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1、控制电机,第 6 章旋 转 变 压 器,6.1 旋转变压器概述,6.4 线性旋转变压器,6.6 多级和双通道旋转变压器,6.5 旋转变压器的应用举例,第6章 旋转变压器,6.2 正余弦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,第6章 旋转变压器,本章要求：,掌握正余弦变压器的结构特点,熟练掌握正余弦变压器的工作原理,掌握线性旋转变压器的工作原理,了解旋转变压器如何提高精度,掌握旋转变压器的主要应用,6.1 概 述,旋转变压器能转动的变压器，原、付绕组分别放置在定、转子上。原、付绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关，因此，转子绕组的输出电压也与转子的转角有关。,旋转变压器用途：

2、坐标变换三角函数计算和数据传输将旋转角度变为电压信号,2595旋转变压器,2914旋转差动变压器,2909旋转变压器(低频),2532旋转变压器(高频),分类,正余弦旋变 XZ线性旋变 XX比例式旋变 XL,单极对旋变多级对旋变提高精度,旋变发送机 XF旋变差动发送机 XC旋变变压器 XB,接触式旋变有电刷和滑环间的滑动接触无接触式旋变,6.2 正余弦旋转变压器的结构特点,定子,转子,电刷固定在后端盖上，与滑环摩擦接触,铁心电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽,绕组,交轴绕组 D3D4,励磁绕组 D1D2,铁心电工钢片叠成，外圆上均布有齿槽,绕组,滑环（4个）与转子绕组引出线相接,余弦绕组 Z1Z2

3、,正弦绕组 Z3Z4,旋变,旋变高精度测位用控制电机,互成90度绕组分布提高精度金属合金电刷、滑环提高接触可靠性及寿命转轴不锈钢机壳经阳极氧化处理的铝合金全封闭结构以适应冲击、振动、污染、潮湿,精密加工、特殊设计,采用多级式提高精度,6.3 正余弦旋转变压器的工作原理,一、旋转变压器空载时,输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4以及定子交轴绕组D3D4开路，激磁绕组施加交流激磁电压Uf1。,此时气隙中将产生一个脉振磁场BD，该磁场的轴线与定子激磁绕组D1D2的轴线重合。,设定子绕组D1D2轴线和余弦输出绕组Z1 Z2轴线的夹角为,脉振磁场将在转子的输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中感应变压器电势。,思考

4、：,1、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中感应变压器电势的相位如何？,2、输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4中感应变压器电势的大小与什么有关？,旋转变压器激磁磁通D在正、余弦输出绕组Z3Z4和Z1 Z2 中感应变压器电势。,ER1=4.44 f WRD cos=ER cos,ER2=4.44 f WRD cos(+90o)=-ER sin,ER1,ER2,假设脉振磁场BD的磁通为D,D,Dsin,Dcos,ER1=4.44 f WRD cos=ER cos,ER2=4.44 f WRD cos(+90o)=-ER sin,ER为激磁绕组和输出绕组轴线重合时磁通D在该输出绕组中的感应电势。,若D在激磁

5、绕组中的感应电势为ED，则：,ER/ED=WR/WD=k,WR 和 WD分别为输出绕组和激磁绕组的有效匝数；k表示变比或匝数比。,ER1=k ED cos,则得：,ER2=-k ED sin,忽略激磁绕组的电阻和漏抗，则ED=Uf1，得：,ER1=k Uf1 cos,ER2=-k Uf1 sin,上式表明当电源电压不变时，输出电势与转子转角有严格的正、余弦关系。,二、旋转变压器带载时,实验表明，图中正弦输出绕组Z3Z4带上负载以后，其输出电压不再是转角的正弦函数。,左图表示了旋转变压器空载和负载时输出特性的对比。,负载电流越大，二者的差别也越大。,这种输出特性偏离正余弦规律的现象称为输出特性的

6、畸变。,畸变的原因是什么？如何消除？,Why?,三、输出特性畸变原因,Z3 Z4 接上负载ZL时，绕组中有电流IR2，IR2在气隙中产生相应的脉振磁场BZ。,将BZ 分解为 BZd和BZq。其中直轴分量BZd对BD起去磁作用，定子外加交流电源将输出电流增加，以维持D轴方向的合成磁通（主磁通）基本不变（比空载略微减小）。交轴分量BZq无外加励磁与其平衡。因此，交轴分量BZq是引起输出电压畸变的主要原因。,BZq=BZ cos,q BZ cos,设 q与输出绕组Z3Z4交链的磁通为 q34，则,q34=q cos,q34 BZ cos2,磁通 q34在Z3Z4绕组中所产生的感应电势也是一个变压器电

7、势，其有效值为,Eq34=4.44 f WRq34 BZ cos2,旋转变压器正弦输出绕组Z3Z4接上负载后，除了存在ER2=-k Uf1 sin电势外，还附加了正比于BZ cos2 的电势Eq34。,Eq34的出现破坏了输出电压随转角作正弦变化的关系，造成输出特性的畸变。,Eq34 BZ cos2,在一定的转角下，Eq34 正比于 BZ，而BZ正比于 IR2，所以负载电流越大，Eq34也越大，输出特性偏离正弦函数关系就越远。,因此，旋转变压器有载时，输出特性的畸变，主要是由交轴磁通引起的。为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消除畸变的方法称为补偿。,四、消除畸变方法,1 原边补偿的正

8、余弦旋转变压器,旋转变压器接线如图。由图可以看出，定子交轴绕组D3D4对交轴磁通 q来说是一个阻尼线圈。,因为交轴磁通在绕组D3D4中要产生感应电势及其感应电流。,根据楞次定律，该感应电流所产生的磁通是反对交轴磁通变化的，因而对交轴磁通起去磁作用，从而达到补偿的目的。,为了更好地抵消交轴磁通，因此常把交轴绕组直接短路。,优缺点？优点：简单，成本低缺点：负载变化，去磁磁场不变，不能完全消除输出畸变。,2、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，就是指副边接对称负载，如图。,正弦输出绕组Z3Z4接上负载ZL，余弦输出绕组Z1Z2接阻抗Z，Z=ZL此时输出电压和转角之间可以保持严格的

9、正余弦关系。,交轴磁场抵消等于零；总负载磁场与励磁磁场反向。,副边补偿时，阻抗 Z 的大小与旋转变压器所带的负载 ZL 的大小有关(Z=ZL)。这种补偿方法，对于变动的负载阻抗，不能实现完全补偿。,原边补偿时，交轴绕组短路，这与负载阻抗无关，因此原边补偿易于实现。,对于减小误差来说，同时采用原、副边补偿是最有利的，此时旋转变压器的四个绕组全部用上。如图所示。,3、原副边同时补偿的正余弦旋转变压器,6.4 线性旋转变压器,输出电压与转角成正比，即 U=k 的旋转变压器叫作线性旋转变压器。,正余弦旋转变压器在转角 很小时，sin，输出电压近似可以看成是转角的线性函数；若要求线性度在0.1%范围内（

10、输出特性与理想直线偏差的相对值），则角不能超过4.5o。若转角范围较大，则旋转变压器不能满足要求。,为使输出电压在较大的转角范围内与转角成正比，即 U=k，则需改变接线。,ER2=-k ED sin,ER1=k ED cos,Uf1=ED+k ED cos,UR2 ER2=k ED sin,经数学推导证明，当k 0.52 时，在=60。范围内，输出电压和转角成线性关系，并且与理想直线相比较，误差不超过0.1%。,6.5 旋转变压器的应用举例,一、测量角度差,磁场空间位置如图,D1,D2,D3,D4,E2,D1,D2,D3,D4,Z3,Z4,1,1,2,2,1-2,旋变发送机,旋变接收机,转子相

11、对标准位置分别偏移1和2。,Z1Z2,=900-2-(900-1)=1-2,协调位置,二、利用旋转变压器求反三角函数,已知E1和E2值，利用旋转变压器求反余弦函数：,转子加E1大小的励磁；定子余弦绕组与外加电源E2串联，输出控制伺服电动机；伺服电动机驱动旋变转子转动。,伺服电动机控制电压为；ER1-E2=E1cos-E2。,伺服电动机在该电压控制下驱动旋变转子旋转。,当转子旋转到E1cos=E2时，电机停止。,当转子旋转到E1cos=E2时，电机停止。,E1,Z1,Z2,Z3,Z4,E2,ER1,转子转过的角度刚好，满足要求的反余弦函数：,转子转角就是所求的结果。,6.6 多极和双通道旋转变压

12、器,一、原理,360o电角度,转子线圈轴线,360o机械角度,机械角度,单极旋转变压器,360o/p,从电磁观点，转子在旋转时，每经过一对磁极，其电磁量就相应变化一个周期，称为360o电角度。,P对极电机，其定子内圆一周(机械角度360o)对应的电角度为360op；电角度=机械角度极对数；电角度和电压/电势，电流的时间相位角对应相等；,思考：多级旋变如何提高精度？,单极旋变B点(0)U2(1)=Um(1)sin不能驱动伺服电动机多极旋变A点(0)U2(p)=Um(p)sin(p)能够驱动伺服电动机系统误差由0下降到0，精度提高,消除“假”零位协调双通道旋变,SW电子开关，当失调角大时，SW输出

13、Um(1)sin 当失调角小时，SW输出Um(p)sinp,失调角临界值是多少？,360o/(2p),6.5 旋转变压器的主要性能指标,一、正余弦函数误差n,n的含义为：正余弦旋转变压器原边一相加激磁电压，另一相短接，在不同转角时，两相输出绕组的感应电势与理论正余弦函数之差对最大理论输出电压之比。误差范围为：（0.020.3）%。这种误差直接影响作为解算元件的解算精度。,ER1=k ED cos,ER2=-k ED sin,二、线性误差x,x的含义为：线性旋转变压器在工作转角范围内，在不同转角时，实际输出电压和理论值之差对理论最大输出电压之比。误差范围为：（0.050.3）%。工作转角范围一般

14、为 60。,理论线,实际线,三、电气误差d,正余弦旋转变压器在不同转角位置范围，其两个输出绕组电压之比等于相应的理论电气角的正切（或余切）时，实际电气位置与理论电气位置的机械角度差叫做电气误差。误差范围为：3，18，。,四、零位误差0,正余弦旋转变压器定子一相绕组短接，另一相绕组加额定激磁电压时，两相输出绕组电压的基波同相分量为 0 时叫做电气零位。实际电气零位与理论电气零位（0。，90。，180。，270。）之差叫做零位误差。误差范围为：3，22，。,ER1=k ED cos,ER2=-k ED sin,五、零位电压U0,转子处于实际电气零位时的输出电压称为零位电压，其误差范围为额定电压的（0.010.04）%。,ER2=-k ED sin,六、输出相位移,输出电压基波分量与输入电压基波分量的相位差叫输出相位移。误差范围为：3。22。,电气误差、正余弦函数误差和零位误差直接影响解算装置和数据传递系统的精度，所以正余弦旋转变压器的精度等级由这三种误差来决定。,