《旋轉(zhuǎn)變壓器》PPT課件.pptVIP

第7章 旋轉(zhuǎn)變壓器,7.1 概 述,7.2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,7.3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器,7.4 旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差分析及主要技術(shù)指標,7.5 多極旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器,旋轉(zhuǎn)變壓器是自動控制裝置中的一類精密控制微電機。從物理本質(zhì)看，可以認為是一種可以旋轉(zhuǎn)的變壓器，這種變壓器的原、副邊繞組分別放置在定子和轉(zhuǎn)子上。當旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊施加交流電壓勵磁時，其副邊輸出電壓將與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角保持某種嚴格的函數(shù)關(guān)系，從而實現(xiàn)角度的檢測、解算或傳輸?shù)裙δ堋?7.1 概 述,7.1.1旋轉(zhuǎn)變壓器的分類,按有無電刷與滑環(huán)之間的滑動接觸分，可分為有刷和無刷兩種；按電機的極數(shù)多少分，可分為兩極式和多極式；按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，又可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器和比例式旋轉(zhuǎn)變壓器等。,根據(jù)應(yīng)用場合的不同，旋轉(zhuǎn)變壓器又可以分為兩大類：一類是解算用旋轉(zhuǎn)變壓器，如利用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器進行坐標變換、角度檢測等，這已在數(shù)控機床及高精度交流伺服電動機控制中得以應(yīng)用；另一類是隨動系統(tǒng)中角度傳輸用旋轉(zhuǎn)變壓器，這與控制式自整角機的作用相同，也可以分為旋變發(fā)送機、旋變差動發(fā)送機和旋變變壓器等，只是利用旋轉(zhuǎn)變壓器組成的位置隨動系統(tǒng)，其角度傳送精度更高，因此多用于高精度隨動系統(tǒng)中。,7.1.2旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點,旋轉(zhuǎn)變壓器的基本結(jié)構(gòu)與隱極轉(zhuǎn)子的控制式自整角機相似,圖7-1旋轉(zhuǎn)變壓器定、轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖,結(jié)構(gòu)示意圖 繞組原理圖,S1-S2定子勵磁繞組，S3-S4定子交軸繞組， R1-R2轉(zhuǎn)子余弦輸出繞組，R3-R4轉(zhuǎn)子正弦輸出繞組。,7.2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正弦和余弦函數(shù)關(guān)系,7.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,1空載運行,圖7-2旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,設(shè)S1-S2軸線與R1-R2軸線的夾角為,輸出繞組R1-R2和R3-R4以及定子交軸繞組S3-S4開路，在勵磁繞組S1-S2施加交流勵磁電壓此時氣隙中將產(chǎn)生一個脈振磁場 ，該脈振磁場的軸線在定子勵磁繞組S1-S2的軸線上，,勵磁磁通在勵磁繞組S1-S2、正弦繞組R3-R4和余弦R1-R2中感應(yīng)電勢分別為,旋轉(zhuǎn)變壓器的變比,忽略勵磁繞組的電阻和漏抗，則,7.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,輸出電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有嚴格的正、余弦關(guān)系。,2負載運行,圖7-3正弦繞組接負載,正弦輸出繞組R3-R4帶上負載以后，其輸出電壓不再是轉(zhuǎn)角的正余弦函數(shù)，這種輸出特性偏離正余弦規(guī)律的現(xiàn)象稱為輸出特性的畸變。,7.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,7.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,由此得出正弦輸出回路的電壓平衡方程式為,將在其中感應(yīng)電動勢,將 和 代入,可以看出，負載時由于交軸磁場的存在，在輸出電壓中多出 項，使旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出特性不再是轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)，而是發(fā)生了畸變。并且負載阻抗越小，畸變愈嚴重。,7.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,7.2.2輸出特性的補償,1 二次側(cè)補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器,當正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器一個輸出繞組工作，另一個輸出繞組作補償時，稱為二次測補償。,圖7-5副邊補償正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,要達到完全補償，正、余弦輸出繞組中感應(yīng)電動勢的大小和相位應(yīng)與空載時一樣，即,在正、余弦繞組中產(chǎn)生的磁場分別為,7.2.2輸出特性的補償,此時，轉(zhuǎn)子繞組中的電流 和 分別為,完全補償應(yīng)滿足下式,所以應(yīng)使,要達到完全補償必須保證在任何條件下兩輸出繞組的負載阻抗總是相等，當負載阻抗 變化時，補償阻抗 也應(yīng)跟著作相應(yīng)的變化，這在實際使用中存在一定難度，這是二次側(cè)補償存在的缺點。,7.2.2輸出特性的補償,2一次側(cè)補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器,7.2.2輸出特性的補償,圖7-6 一次側(cè)補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器,定子交軸繞組 對交軸磁通來說是一個阻尼線圈。因為交軸磁通在繞組 中要產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，該電流所產(chǎn)生的磁通是反對交軸磁通變化的，因而對交軸磁通起去磁作用，從而達到補償?shù)哪康摹?3一、二次側(cè)同時補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器,7.2.2輸出特性的補償,圖7-7 一、二次側(cè)同時補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器,采用一、二次測同時補償，副邊接不變的阻抗，負載變動時副邊未補償?shù)牟糠钟稍呇a償，從而達到全補償?shù)哪康摹?7.2.3旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用,1用一對旋轉(zhuǎn)變壓器測量差角,圖7-8 用一對旋轉(zhuǎn)變壓器測量差角的原理圖,旋變發(fā)送機轉(zhuǎn)子繞組加交流勵磁電壓，旋變發(fā)送機和旋變變壓器的定子繞組相互聯(lián)接。在旋變變壓器的轉(zhuǎn)子繞組 兩端輸出一個與兩轉(zhuǎn)軸的差角 的正弦函數(shù)成正比的電動勢，當差角較小時，該輸出電動勢近似正比于差角。因此，一對旋轉(zhuǎn)變壓器可以用來測量差角。,7.2.3旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用,2用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子位置,圖7-9 永磁交流同步伺服電動機速度控制系統(tǒng)框圖,7.3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器,將正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子繞組進行改接，就可變成線性旋轉(zhuǎn)變壓器。線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。,7-10線性旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖,7.3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器,若不計S1-S2和R1-R2繞組的漏阻抗壓降，根據(jù)電動勢平衡關(guān)系可得,因輸出繞組的電壓為,所以旋轉(zhuǎn)變壓器輸出繞組的電壓為,7-11 線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出特性曲線,7.3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器,由上圖可見，在轉(zhuǎn)角很小時，即在 范圍內(nèi)其輸出電壓可以看成是隨轉(zhuǎn)角的線性函數(shù),可繪制出輸出電壓 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 的關(guān)系曲線,7.4 旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差分析及主要技術(shù)指標,7.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器的誤差分析,產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾點,（1）當繞組中流過電流時，由于磁路飽和的影響，它所產(chǎn)生的磁場在 空間為非正弦分布，所以在繞組中要感應(yīng)諧波電動勢。 （2）因定、轉(zhuǎn)子鐵心的齒槽影響，要在繞組中產(chǎn)生齒諧波電動勢。 （3）材料和制造工藝的影響造成定、轉(zhuǎn)子偏心，引起電機中氣隙不均 勻，造成兩套繞組的不對稱。 （4）實際使用中由于未能達到完全補償?shù)臈l件，使電機中存在交軸磁 場，造成輸出電壓的誤差。,開路輸 入阻抗,短路輸 出阻抗,變壓比,表7-1 旋轉(zhuǎn)變壓器的主要技術(shù)指標,7.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器的主要技術(shù)指標,正余弦函 數(shù)誤差,交軸誤差,線性誤差,電氣誤差,零位電壓,相位移,7.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器的主要技術(shù)指標,7.4.3產(chǎn)品的選擇及使用注意事項,在使用中主要應(yīng)注意以下幾點,（1）因旋轉(zhuǎn)變壓器要求在接近空載的狀態(tài)下工作，其開 路輸入阻抗應(yīng)遠大于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出阻抗。兩者 的比值越大，輸出特性的畸變就越小。 （2）使用前首先應(yīng)準確的調(diào)整零位，否則誤差將加大， 精度降低。 （3）只接一相勵磁繞組時，另一相要短接或接一與勵磁 電源內(nèi)阻相等的阻抗。 （4）當采用兩相繞組同時勵磁時，因只能采用副方補償 的方法，兩相輸出繞組的阻抗應(yīng)盡可能相等。,7.5 多極旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器,7.5.1多極旋轉(zhuǎn)變壓器,在角差測量中，用一對旋轉(zhuǎn)變壓器測量，比用一對自整角機測量可獲得更高的精度，但也只能達到幾個角分。隨著對系統(tǒng)精度要求越來越高，單靠一組高精度的旋轉(zhuǎn)變壓器已無法滿足要求。采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器可以提高測量差角的精度，可利用兩極和多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成雙通道同步隨動系統(tǒng)。,7.5.1多極旋轉(zhuǎn)變壓器,1.多極旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理,(a)一對極 (b),圖7-12旋轉(zhuǎn)變壓器的磁場展開圖,對極,7.5.1多極旋轉(zhuǎn)變壓器,由于旋轉(zhuǎn)變壓器每轉(zhuǎn)過一對極，即一個正弦波磁場，轉(zhuǎn)子繞組中 感應(yīng)電動勢變化一個周期。所以當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 角時，一對極旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn) 子輸出電壓為,對極的輸出電壓為,圖7-13旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系,2多極旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用,7.5.1多極旋轉(zhuǎn)變壓器,圖7-14雙通道同步隨動系統(tǒng)原理圖,XFS和XBS是兩個一對極的旋轉(zhuǎn)變壓器，它們組成粗測通道；XFD和XBD是P對極的旋轉(zhuǎn)變壓器，它們組成精測通道。直流伺服電動機SZ與兩個通道的旋轉(zhuǎn)變壓器接收機XBS、XBD的轉(zhuǎn)子同軸連接。兩個通道的輸出端通過粗精轉(zhuǎn)換電路接至放大解調(diào)器，經(jīng)放大后的電壓控制直流伺服電動機，帶動負載及XBS、XBD的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。,粗測通道輸出電壓為,精測通道輸出電壓為,7.5.1多極旋轉(zhuǎn)變壓器,圖7-15 粗精通道的輸出電壓,7.5.2感應(yīng)同步器,1感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)特點,感應(yīng)同步器基本結(jié)構(gòu)形式為直線式和圓盤式，前者用于測量直線位移，后者用來測量轉(zhuǎn)角。,（1）直線式感應(yīng)同步器,圖7-16 型直線感應(yīng)同步器的外形圖,7.5.2感應(yīng)同步器,圖7-17 直線感應(yīng)同步器的印刷繞組,（2）圓盤式感應(yīng)同步器,7.5.2感應(yīng)同步器,圖7-1 8 圓盤式感應(yīng)同步器的繞組分布圖,2感應(yīng)同步器的基本工作原理,就基本工作原理而言，直線式和圓盤式是一樣的，都與旋轉(zhuǎn)變壓器相同，只是結(jié)構(gòu)與運動形式不同。下面以直線式為例來說明感應(yīng)同步器的工作原理。,7.5.2感應(yīng)同步器,圖7-19直線感應(yīng)同步器的勵磁磁場分布圖,將交流正弦電壓 加到定尺繞組上進行勵磁，每根導(dǎo)片中電流的方向如圖7-19(a)定尺斷面圖上所示，圖7-19(b)為滑尺斷面圖，磁通密度B1在空間沿定尺長度方向上作余弦分布（以磁極軸線為基準），其變化周期為一對極距，即電弧度，如圖7-19(c)所示。,(a)定尺斷面及勵磁電流的方向； (b)滑尺斷面及感應(yīng)電動勢方向； (c)勵磁磁場波形,空間位移為 處其對應(yīng)的電弧度為,7.5.2感應(yīng)同步器,磁通密度的表達式為,導(dǎo)片感應(yīng)電動勢沿定尺長度位置上也作余弦變化，其有效值為,滑尺右端的兩根導(dǎo)片恰好與定尺導(dǎo)片錯開 ,其感應(yīng)電動勢的有效值為,左端導(dǎo)片構(gòu)成線圈屬于余弦繞組，右端導(dǎo)片構(gòu)成的線圈屬于正弦繞組， 兩套繞組各由根 導(dǎo)片串聯(lián)而成，因而輸出繞組的余弦繞組和正弦繞組中 的總電動勢分別為,為正弦(余弦)繞組感應(yīng)電動勢的最大有效值,上式為輸出繞組中感應(yīng)電動勢沿定尺空間位置而變化的規(guī)律。由于磁場本身在定尺繞組軸線上隨時間作正弦交變，這樣，在空間任意位置上感應(yīng)電動勢又同時隨時間作正弦規(guī)律變化，所以各感應(yīng)電動勢為正弦量的有效值。,7.5.2感應(yīng)同步器,3感應(yīng)同步器的信號處理,7.5.2感應(yīng)同步器,主要有鑒相型和鑒幅型兩種,(1)鑒相型,鑒相型是根據(jù)輸出電動勢的相位來鑒別位移量。在滑尺的正弦繞組和余弦繞組上分別施加同頻等幅，相位差90的兩相電