電機及電力拖動（第五版） 課件 第14章－旋轉(zhuǎn)變壓器

第十四章旋轉(zhuǎn)變壓器

14.1基本結(jié)構(gòu)

14.2工作原理

14.3誤差概述

14.4旋轉(zhuǎn)變壓器的應用旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密的二次繞組（轉(zhuǎn)子繞組）可轉(zhuǎn)動的特殊變壓器，當它的一次繞組（定子繞組）外接單相交流電源勵磁時，其二次繞組的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴格保持某種函數(shù)關(guān)系。14.1基本結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與普通繞線轉(zhuǎn)子感應電動機類似。為了獲得更好的電氣對稱性，以提高旋轉(zhuǎn)變壓器的精度，定轉(zhuǎn)子繞組均為兩個在空間互隔90°電角度的高精度正弦繞組。旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子鐵心均是采用高磁導率的鐵鎳磁合金片或硅鋼片經(jīng)沖制、絕緣、疊裝而成。為了使鐵心的導磁性能各方向均勻一致，在鐵心疊片時采用每片錯過一齒槽的旋轉(zhuǎn)形疊片法。有限轉(zhuǎn)角的無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器將轉(zhuǎn)子繞組的引出線做成彈性卷帶狀，這種轉(zhuǎn)子只能在一定的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為1~2周）轉(zhuǎn)動。無限轉(zhuǎn)角的無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器將兩套繞組中的一套自行短接，而另一套則通過環(huán)形變壓器從定子邊引出，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角不受限制。直軸脈動磁通在勵繞組中產(chǎn)生的感應電動勢14.2工作原理14.2.1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式中N1——繞組串聯(lián)匝數(shù)；Kω1——繞組因數(shù)；Φf——直軸脈動磁通的幅值正弦輸出繞組A的空載電壓為式中N2—轉(zhuǎn)子A、B繞組串聯(lián)匝數(shù)；Kw2—轉(zhuǎn)子A、B繞組因數(shù)。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖稱為電壓比，為定轉(zhuǎn)子繞組有效匝數(shù)比，也即為空載時輸出繞組的最大輸出電壓與勵磁電壓之比，是一個常數(shù)。從上式可看出，在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器中，當勵磁電壓恒定，轉(zhuǎn)子的正弦輸出繞組A空載時，其輸出電壓UAO將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α呈正弦函數(shù)關(guān)系。同理可得余弦輸出繞組B空載時電壓為UBO=EB=4.44fN2Kw2φfcosα=KuEfcosα=KuUfcosα

從上式中同樣可看出，在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器中，當勵磁電壓恒定，轉(zhuǎn)子的余弦輸出繞組的空載輸出電壓UBO將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α呈余弦函數(shù)關(guān)系。當A繞組接入負阻抗ZA后，將有負載電流IA流過，它產(chǎn)生磁通φA將使空氣隙磁通分布發(fā)生畸變。圖a中勵磁繞組的軸線與直軸方向重合，轉(zhuǎn)子繞組A產(chǎn)生的磁通φA在直軸方向的分量φAd對勵磁磁通φf起去磁作用。但在交軸方向，φAq與f繞組間沒有互感作用，即A繞組交軸分量磁通φAq不可能由f繞組中的電流來補償。若Uf不變，當不考慮電阻和漏阻抗壓降，直軸合成磁通可視為不變，因此當A繞組中有電流，f繞組中將流入負載分量電流以補償直軸的去磁分量。

負載時的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器有負載時，A繞組中除了電勢EA以外，還有自感電動勢EAq，因此有負載時A繞組的電動勢不再和轉(zhuǎn)角α的正弦成正比，而出現(xiàn)了很大的誤差。為了消除輸出電壓的畸變，必須補償轉(zhuǎn)子A繞組的交軸磁通。實際應用時，為了達到完善的補償目的，通常采用定、轉(zhuǎn)子同時補償，可使誤差減至最小。如圖為定、轉(zhuǎn)子同時補償時的接線圖。有補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器14.2.2線性旋轉(zhuǎn)變壓器

線性旋轉(zhuǎn)變壓器指其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角α成正比關(guān)系的旋轉(zhuǎn)變壓器。當定子f繞組接入電源后f繞組產(chǎn)生電動勢：Ef=4.44fN1Kw1φf

B繞組產(chǎn)生電動勢：EB=4.44fN2Kw2φfcosαA繞組產(chǎn)生電動勢：EA=4.44fN2Kw2φfsinα這些電動勢是由同一個脈動磁通φf感應產(chǎn)生，因此它們在時間上同相位，滯后φf90°電角度。若略去繞組中的漏阻抗壓降，則即式中由上式推出輸出電壓14.3誤差概述前幾節(jié)在分析旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理時，假定理想條件下，采取適當?shù)慕泳€方式就能使輸出電壓的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦函數(shù)關(guān)系，或者與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。實際上，由于許多因素的影響，使輸出電壓產(chǎn)生誤差。1)旋轉(zhuǎn)變壓器在加工過程中要嚴格按照工藝要求；2)在使用時采用必要的補償方式消除誤差；3)在設(shè)計時應從精度要求出發(fā)來選擇繞組的型式、定轉(zhuǎn)子的齒槽配合、鐵心的材料和變壓器中各部分的磁通密度大小等，以保證變壓器氣隙磁場按正弦規(guī)律分布。為了保證旋轉(zhuǎn)變壓器有良好的特性，在使用中還必須注意：

定子只有一個繞組勵磁時，另一個繞組應聯(lián)接一個電源內(nèi)阻抗相同的阻抗或直接短接。

定子兩個繞組同時勵磁時，轉(zhuǎn)子的兩個輸出繞組的負載阻抗要盡可能相等。

使用中必須準確調(diào)整零位，以免引起旋轉(zhuǎn)變壓器性能變差。14.4旋轉(zhuǎn)變壓器的應用旋轉(zhuǎn)變