【正文】 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器的類型和用途 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 線性旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用 多極和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)移相器 感應(yīng)同步器 思考題與習(xí)題 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器的類型和用途 旋轉(zhuǎn)變壓器可以單機(jī)運(yùn)行 , 也可以像自整角機(jī)那樣成對或三機(jī)組合使用 。 旋轉(zhuǎn)變壓器的 輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈一定的函數(shù)關(guān)系 , 它又是一種精密測位用的機(jī)電元件 , 在伺服系統(tǒng) 、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 從電機(jī)原理來看 , 旋轉(zhuǎn)變壓器又是一種能旋轉(zhuǎn)的變壓器 。 這種變壓器的 原 、 副邊繞組分別裝在定 、 轉(zhuǎn)子上 。 原 、 副邊繞組之間的電磁耦合程度由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角決定 , 意味著：轉(zhuǎn)子繞組的 輸出電壓大小及相位必然與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān) 。 按旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系 , 旋轉(zhuǎn)變壓器可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器(代號為 XZ)、 線性旋轉(zhuǎn)變壓器 (代號為 XX)以及比例式旋轉(zhuǎn)變壓器 (代號為 XL)。 其中 , 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系 。 線性旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)成正比 。 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上增加了一個鎖定轉(zhuǎn)子位置的裝置 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 這些旋轉(zhuǎn)變壓器的用途主要是用來進(jìn)行 坐標(biāo)變換 、 三角函數(shù)計算和數(shù)據(jù)傳輸 、 將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成信號電壓 , 等等 。 根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸在系統(tǒng)中的具體用途 , 旋轉(zhuǎn)變壓器又可分為旋變發(fā)送機(jī) (代號為 XF)、 旋變差動發(fā)送機(jī) (代號為 XC)和旋變變壓器 (代號為 XB)。 其實(shí) , 這里數(shù)據(jù)傳輸?shù)男D(zhuǎn)變壓器在系統(tǒng)中的作用與相應(yīng)的自整角機(jī)的作用是相同的 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 若按電機(jī)極對數(shù)的多少來分 , 可將旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極對和多極對兩種 。 采用多極對是為了提高系統(tǒng)的精度 。 若按有無電刷與滑環(huán)間的滑動接觸來分類 , 旋轉(zhuǎn)變壓器可分為接觸式和無接觸式兩大類 。 本章將以單極對 、 接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器為研究對象闡明旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 、 典型結(jié)構(gòu)和誤差補(bǔ)償?shù)?。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)與一般繞線式異步電動機(jī)相似 。 它由 定子 和 轉(zhuǎn)子 兩大部分組成 , 每一大部分又有自己的 電磁部分和機(jī)械部分 , 如圖 6 1所示 , 下面以正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的典型結(jié)構(gòu)分析之 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 – 1 旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意圖 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 定子的電磁部分仍然由可 導(dǎo)電的繞組 和能 導(dǎo)磁的鐵心 組成 。 定子繞組有兩個 , 分別叫 定子勵磁繞組 (其引線端為 D D2)和 定子交軸繞組 (其引線端為 D D4)。 兩個繞組結(jié)構(gòu)上完全相同 , 它們都布置在定子槽中 , 而且兩繞組的軸線在空間互成 90176。 , 如圖 6 2 所示 。 定子鐵心由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊壓而成 , 定子硅鋼片內(nèi)圓處沖有一定數(shù)量的規(guī)定槽形 , 用以嵌放定子繞組 。 定子鐵心外圓是和機(jī)殼內(nèi)圓過盈配合 , 機(jī)殼 、 端蓋等部件起支撐作用 , 是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械部分 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 原理： 定子通入電流、電流產(chǎn)生磁場 磁場匝鏈定子中的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ED 磁場匝鏈轉(zhuǎn)子中的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ER 兩電壓之比等于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)之比 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 空載運(yùn)行時的情況 如圖 6 2 中 , 設(shè)該旋轉(zhuǎn)變壓器空載 , 即轉(zhuǎn)子輸出繞組和定子交軸繞組開路 , 僅將定子繞組 D1D2加交流勵磁電壓 。 那么氣隙中將產(chǎn)生一個脈振磁密 , 其軸線在定子勵磁繞組的軸線上。 據(jù)自整角機(jī)的電磁理論 , 磁密 將在副邊即轉(zhuǎn)子的兩個輸出繞組中感應(yīng)出變壓器電勢。 1fU? DB?DB? 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 只是自整角機(jī)的副邊為發(fā)送機(jī)定子三相繞組 , 而這里的旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊為轉(zhuǎn)子兩相繞組。 這些 變壓器電勢在時間上同相位 , 而有效值與對應(yīng)繞組的位置有關(guān) 。 設(shè)圖中余弦輸出繞組 Z1Z2軸線與脈振磁密 軸線的夾角為 θ, 仿照自整角機(jī)中所得出的結(jié)論公式 (式 5 4), 可以寫出這里的勵磁磁通 在正、 余弦輸出繞組中分別感應(yīng)的電勢。 ER1=ERcosθ 在 Z1Z2中 ER2=ER cos(θ+90176。 )=ERsinθ 在 Z3Z4中 DB?D??(6 1) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 式中 , ER為轉(zhuǎn)子輸出繞組軸線與定子勵磁繞組軸線重合時 , 磁通 ΦD在輸出繞組中感應(yīng)的電勢 。 若假設(shè) ΦD在勵磁繞組 D1D2中感應(yīng)的電勢為 ED, 則旋轉(zhuǎn)變壓器的變比為 式中 , WR表示輸出繞組的有效匝數(shù) 。 WD表示勵磁 繞組的有效匝數(shù)。 DRDRu WWEEk ?? (6 2) ER1=ERcosθ 在 Z1Z2中 ER2=ER cos(θ+90176。 )=ERsinθ 在 Z3Z4中 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 把式 (6 2)代入式 (6 1)得 ER1=kuED cosθ ER2=kuED sinθ (6 3) 與變壓器類似 , 可忽略定子勵磁繞組的電阻和漏電抗 , 則 ED=Us1, 空載時轉(zhuǎn)子輸出繞組電勢等于電壓 , 于是式 (6 3)可寫成 UR1=kuUs1cosθ UR2=kuUs1sinθ (6 4) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 負(fù)載后輸出特性的畸變 旋轉(zhuǎn)變壓器在運(yùn)行時總要接上一定的負(fù)載 , 如圖 6 3中 Z Z4輸出繞組接入負(fù)載阻抗 ZL。 由實(shí)驗(yàn)得出 , 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓隨轉(zhuǎn)角的變化已偏離正弦關(guān)系 , 空載和負(fù)載時輸出特性曲線的對比如圖 6 4 所示 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 3 正弦輸出繞組接負(fù)載 ZL 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 引起畸變的主要原因： 交軸分量磁通密度 BZq的作用 。 Why？ 如果負(fù)載電流越大 , 兩曲線的差別也越大。這種輸出特性偏離理論上的正余弦規(guī)律的現(xiàn)象被稱為 輸出特性的畸變 。 但是 , 這種畸變必須加以消除 , 以減少系統(tǒng)誤差和提高精確度。 接入負(fù)載 ， 繞組中產(chǎn)生電流 電流產(chǎn)生脈振磁場 該磁場分解為兩個方向 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 第一個分量：直軸分量 ， 作用相當(dāng)于普通變壓器的磁通 。 理論上： 由磁勢平衡原理 ， 副方接入負(fù)載流過電流 I時 ，原方電流也必然增加一個負(fù)載分量 ， 以保持主磁通基本不變 。 實(shí)際中： 由于電流增加 ， 漏阻抗壓降也增加 ， 從而主磁通會略有減少 。 因而原 、 副邊感應(yīng)電勢也會略有下降 。 在旋轉(zhuǎn)變壓器中 ， 該直軸分量的磁通也相當(dāng)于此作用 。 不同的是 ， 在一般變壓器中 ， 副方負(fù)載不變 ， 原副邊電勢不變 旋轉(zhuǎn)變壓器中 ， 副方電流及其所產(chǎn)生的直軸磁通所感應(yīng)的電勢大小隨轉(zhuǎn)角的變化而變化 。 但是 就輸出電壓曲線畸變的問題而言 ， 對其影響很小 。 該情況和普通變壓器中主磁通和感應(yīng)電勢的情況一樣 ， 只要原方電壓不變 ， 變壓器從空載到負(fù)載的主磁通和感應(yīng)電勢基本不變 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 第二個分量： 顯然 , 由于 BZq=BZ cosθ, 故它所對應(yīng)的交軸磁通 Φq必定和 BZ cosθ成正比 : Φq∝ BZ cosθ (6 5) 由圖 6 3可以看出 , Φq與 Z3Z4輸出繞組軸線的夾角為 θ, 設(shè) Φq匝鏈 Z3Z4輸出繞組的磁通為 Φq34, 則 Φq34=Φq cosθ 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 將式 (6 5)代入上式 , 則 Φq34∝ BZ cos 2θ 磁通 Φq34在 Z3Z4繞組中感應(yīng)電勢仍屬變壓器電勢 , 其有效值為 : Eq34=∝ BZ cos 2θ (6 6) 式中 , WZ為轉(zhuǎn)子上 Z3Z4輸出繞組的有效匝數(shù) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 由上式知 , 旋轉(zhuǎn)變壓器 Z3Z4繞組接上負(fù)載后 , 除了電壓UR2=kuUs1sinθ以外 , 還附加了正比于 BZ cos 2θ的電勢Eq34。 這個電勢的出現(xiàn)破壞了輸出電壓隨轉(zhuǎn)角作正弦函數(shù)變化的規(guī)律 , 即造成輸出特性的畸變 。 而且在一定轉(zhuǎn)角下 , Eq34正比于 BZ, 而 BZ又正比于 Z3Z4繞組中的電流 IR2, 即 IR2愈大 , Eq34也愈大 , 輸出特性曲線畸變也愈嚴(yán)重 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器實(shí)質(zhì)上就是副邊對稱的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 , 其電氣接線圖如圖 6 5所示 。 其勵磁繞組 D1D2加交流勵磁電壓 , D3D4繞組開路 。 轉(zhuǎn)子 Z1Z2輸出繞組接阻抗 Z′, 應(yīng)使阻抗 Z′等于負(fù)載阻抗 ZL, 方能使 Φq12=Φq34(即 FR1q=FR2q), 以便得到全面補(bǔ)償 。 1sU? 為消除該磁通的影響，采取相應(yīng)的措施。消除特性畸變的 方法也稱為補(bǔ)償。 一種是：副邊補(bǔ)償；另一種是：原邊補(bǔ)償。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 5 副邊補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 ［證明］ 設(shè) K為常數(shù) , 通過 Z1Z2繞組的電流為 , 產(chǎn)生的磁勢為 。 通過 Z3Z4繞組的電流為 , 產(chǎn)生磁勢為 , 則 FR1=KIR1 FR2=KIR2 1RI?1RF? 2RI?2RF?(6 7) 由圖 6 5知 , 交軸磁勢為 FR1q=FR1sinθ=KIR1sinθ FR2q=FR2cosθ=KIR2cosθ (6 8) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 由圖 6 5 的電路關(guān)系得 ????????????????????????c o ss i n111122ZZUkZZUIZZUkZZUIsuRRLsuLRR????(6 9) 將式 (6 9)代入式 (6 8)得以下兩式 : ???????