浅析正余弦旋转变压器的激磁补偿绕组

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1、浅析正余弦旋转变压器的激磁补偿绕组   许兴斗1,2，成炜3(1上海交通大学，上海200030；2中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海200233   3空军驻802所军代室，上海200090) 摘要：文章从理论上分析了正余弦旋转变压器激磁补偿绕组的工作原理；对激磁补偿绕组短接对输出相位移的影响进行理论分析和试验验证；给出了激磁补偿绕组断路的检测方法。   关键词：旋转变压器；激碰补偿绕组；检测方法   中图分类号：TM383．2 文献标识码：A 文章编号：1004-7018(2008)12—0028—030引 言   正余弦旋转变压器以其高可靠性、稳定性以及对湿度、温度、

2、振动和冲击等环境的适应性主要应用于控制系统的角位置信息反馈、惯性导航系统的坐标分解器以及随动系统中传输与转角相应的电信号等。在精度要求不高的场合，激磁方一套正弦绕组即可满足使用要求。而在精度要求较高的控制系统中，则需要匝数、型式完全相同、空间位置上相差90。的两套正弦绕组，其中一套作为激磁绕组，另一套则为激磁补偿绕组，也称为交轴绕组或正交绕组，利用激磁补偿绕组可以提高正余弦旋转变压器的电气精度。1正余弦旋转变压器激磁补偿原理1.l正余弦旋转变压器激磁补偿的工作原理   正余弦旋转变压器在空载运行时，副方输出两相与转子转角呈严格正余弦关系的电信号。在实际使用中，正余弦旋转变压器总

3、要接上一定的负载zL,带载后，绕组中便有电流L流过，此电流所产生的交轴磁场分量Fr1q将产生交轴磁通，并在正、余弦输出绕组中产生感应电势，造成输出电压的畸变。因此在实际使用中，通常把激磁补偿绕组直接短路，由于交轴磁通分量和激磁补偿绕组的轴线方向一致，它将在激磁补偿绕组中感应电势，并产生电流。根据愣次定律，该电流所产生的磁通是反对交轴磁通变化的，因而对交轴磁通产生很强的去磁作用，使交轴磁通趋于零，从而解决由于负载电流产生的交轴磁场引起输出特性的畸变。1．2正余弦旋转变压器激磁补偿的数学分析 激磁补偿时的正余弦旋转变压器线路如图1所示。余弦输出绕组R1、R3开路，激磁绕组S1S3接

4、至电源Uf，交轴绕组S2S4接有阻抗Zq，正弦输出绕组R2R4接有负载阻抗ZL各绕组电压、电流的正方向如图l所示。设转子正弦输出绕组R2R4的轴线和定子交轴之间的夹角θ为转子转角，按基尔霍夫第二定律可以分别写出各绕组的电压方程式：式中：Zσs、Zσr——定、转子绕组的漏阻抗；   Xm——定子绕组的主电抗；   Ku——变比，为定、转子绕组的有效匝数比，是一个常数。   由式(1)可解出激磁绕组的输入电流If,正弦输出绕组电流Ifl和交轴绕组电流Iq：   为使正弦输出绕组的输出电压能随转子转角θ呈正弦函数变化，就需要正弦输出绕组电流Irl也随转子转角θ呈正弦函数变化，为此，由

5、式(2)可知，就必须使A式为一个与转子转角θ无关的常量。若激磁绕组外施电压恒定，即电压Uf不随输入电流If的改变而变化(这相当于电源的容量很大，电源的内阻抗可认为是零)，这时A式就必须满足：Zq=O，即将交轴绕组两端直接短接，此时式(2)可表示为：   由上面的分析可知，采用交轴绕组直接短接补偿时，输出电压Url将随转子转角θ呈正弦函数变化，且不受负载阻抗ZL变动的影响，这是应用交轴绕组补偿的优点。但是由于输入电流If∝cos2θ，即If随转子转角θ的改变而变化，相应的输入功率和输入阻抗也都随着转子转角θ而改变。若把这种正余弦旋转变压器接至旋转变压器作为它的负载时，由于正余弦旋

6、转变压器的输入阻抗是变量，致使旋转变压器的负载阻抗也为变量，这是交轴绕组补偿的缺点。   若激磁绕组外施电源具有不能忽略的内阻抗zi，则电压珥将随着电流If的改变而变化。由电路理论可知，此电源可用电势E和内阻抗Zi串联的等效电路替代，相应式(2)中的珥以电势E代替，而激磁绕组的漏阻抗z。。因考虑到电源的内阻抗后，应以阻抗Zi+Zσs来代替。这一关系可将4式的右端第三项中的Zσs用Zi+Zσs来表示。这时，为保持A是一个与转子转角θ无关的常量，则必须满足：Zq=Zi。   通常，因单相交流电源的内阻抗Zi很小，当正余弦旋转变压器工作时，为了减小输出电压的畸变，通常把交轴绕组即激磁

7、补偿绕组两端直接短接运行，即可提高精度。2激磁补偿绕组短接与输出相位移的变化   激磁补偿绕组直接短接可以对负载输出畸变进行补偿。它的正交度好坏，不但直接影响到正余弦旋转变压器的精度，而且影响到输出的零位电压。正交度差(主要是由加工误差造成)的正余弦旋转变压器，正交绕组内会感应出较大的正交电势，短路后，产生的磁场除一部分用于抵消磁场的正交分量外，大部分将会在输出绕组中感应出较大的零位电压，它与基波同相分量正交90。。并对正余弦旋转变压器的输出相位移造成影响，特别是在输出电压较低时影响最大，其