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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
2、的原、副边绕组分别装在定、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,意味着：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
3、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
4、理、典型结构和误差补偿等。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图6-2正余弦旋转变压器原理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
5、90°,如图6-2所示。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。6.3正余弦旋转变压器的工作原理原理：定子通入电流、电流产生磁场磁场匝链定子中的绕组产生感应电势ED磁场匝链转子中的绕组产生感应电势ER两电压之比等于定子绕组和转子绕组的匝数之比。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
6、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θ,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=ERcosθ在Z1-Z2中ER2=ERcos(θ+90°
7、)=-ERsinθ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ΦD在输出绕组中感应的电势。若假设ΦD在励磁绕组D1-D2中感应的电势为ED,则旋转变压器的变比为式中,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)ER1=ERcosθ在Z1-Z2中ER2=ERcos(θ+90°)=-ERsinθ在Z3-Z4中把式(6-2)代入式(6-1)得ER1=kuEDcosθER2=-kuEDsinθ(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
8、ED=Us1,空载时转子输出绕组电势等于电压,于是式(6-3)可写成UR1=kuUs1cosθUR2=-kuUs1sinθ(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,空载和负载时输出特性曲线的对比如图6-4所示。图6-3正弦输出绕组接负载ZL引起畸变的主要原因：交轴分量磁通密度BZq的作用。Why？如
