【正文】 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 空載運行時的情況 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 。 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) 。 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) 。 由實驗得出 , 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 , 空載和負載時輸出特性曲線的對比如圖 6 4 所示 。 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。 因而原 、 副邊感應(yīng)電勢也會略有下降 。 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 副邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器 副邊補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器實質(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 。消除特性畸變的 方法也稱為補償。 以上兩式的正負號也恰恰說明了不論轉(zhuǎn)角θ是多少 , 只要保持 Z′=ZL, 就可以使要補償?shù)慕惠S磁勢FR2q(對應(yīng)于 Φq34)和另一繞組產(chǎn)生的磁勢 FR1q 大小相同 , 方向相反。 轉(zhuǎn)子 Z3Z4正弦繞組接負載 ZL, 并在其中輸出正弦規(guī)律的信號電壓 。同證明副邊補償?shù)姆椒愃?, 可以證明 , 當(dāng)定子交軸繞組外接阻抗 Z等于勵磁電源內(nèi)阻抗 Zn, 即 Z=Zn時 , 由轉(zhuǎn)子電流所引起的輸出特性畸變可以得到完全的補償 。 這是因為 , 單獨副邊補償時補償所用阻抗 Z′的數(shù)值和旋轉(zhuǎn)變壓器所帶的負載阻抗 ZL的值必須相等 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 7 原、 副邊同時補償?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 線性旋轉(zhuǎn)變壓器 線性旋轉(zhuǎn)變壓器是由正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器改變連接線而得到的。 范圍內(nèi) , 輸出電壓 UR2 隨轉(zhuǎn)角 θ的變化將呈良好的線性關(guān)系 。 但是 , 若要求在更大的角度范圍內(nèi)得到與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系的輸出電壓 , 直接使用原來的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器就肯定不能滿足要求。 ΦD在定子D1D2繞組中感應(yīng)電勢 ED,則在轉(zhuǎn)子 Z3Z4繞組中感應(yīng)的電勢為 ER2=kuED sinθ 在轉(zhuǎn)子 Z1Z2繞組中感應(yīng)的電勢為 : ER1=kuED cosθ 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 因為定子 D1D2繞組和轉(zhuǎn)子 Z1Z2繞組串聯(lián) , 所以若忽略繞組的漏阻抗壓降時 , 則有 Us1=ED+kuED cosθ 又因為轉(zhuǎn)子輸出繞組的電壓有效值 UR2在略去阻抗壓降時就等于 ER2, 即 UR2=ER2=kuED sinθ 故以上兩式的比值為 ??c os1s i n12uusRkkUU??第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 上式和式 (6 12)是一致的 , 根據(jù)此式 , 當(dāng)電源電壓Us1一定時 , 旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓 UR2隨轉(zhuǎn)角 θ變化曲線與圖 6 9 曲線一致。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器廣泛應(yīng)用于解算裝置和高精度隨動系統(tǒng)中及系統(tǒng)的裝置電壓調(diào)節(jié)和阻抗匹配等 。 以下介紹三種典型例子 。 即已知E1和 E2值 , 如何求反余弦函數(shù) θ=arccos(E2/E1)的問題 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 Z1 Z2 繞組和 D1 D2繞組設(shè)計制造的匝數(shù)相同 , 即 ku=1, 所以 Z1 Z2繞組通過電流后所產(chǎn)生的勵磁磁通在 D1 D2繞組中感應(yīng)電勢為 E1cosθ。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器 比例式旋轉(zhuǎn)變壓器的用途是用來匹配阻抗和調(diào)節(jié)電壓的 。 ～ 360176。 如果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 θ到某定值 , 則可得到唯一的比值 UR1/Uf1。 由 XF、 XC、 XB構(gòu)成的角度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) (如圖 6 11 所示 )與由 ZKF、 ZKC、 ZKB組成的自整角機角度數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具有相同的功用 。 為了提高精度消除偏差 , 仍然采用原、 副邊補償?shù)姆椒?, 效果將更好。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器提高系統(tǒng)精度的原理 對于多極旋轉(zhuǎn)變壓器來說 , 其工作原理和兩極旋轉(zhuǎn)變壓器相同 , 不同的只是定 、 轉(zhuǎn)子繞組所通過的電流會建立多極的氣隙磁場 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 當(dāng)定子勵磁相加電壓時 , 沿定子內(nèi)圓建立 p對極的磁場 , 每對極所對應(yīng)的圓心角為 360176。 的變化情況一樣 。 , 多極時周期為360176。 若用 θ表示差角 , 用 U2(l)、 U2(p)分別表示兩極和多極旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓的有效值 , 則 U2(l)=Um(l)sinθ (6 14) U2(p)=Um(p)sinpθ (6 15) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 1—兩極旋轉(zhuǎn)變壓器 。 在四極及以上極數(shù)的電機中常常把一對極所占的 360176。 。 。 這就是采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成的測量角度系統(tǒng)可以大幅度提高精度的原因 。 但如果改用多極旋轉(zhuǎn)變壓器 , 在同樣的 θ0時 ,由于電角度比兩極時放大到 p倍 , 圖中仍為 θ0處 , 所以輸出電壓U2(p)=Um(p) 由圖可知 , θ′0較 θ0小得多 , 故使系統(tǒng)的精度大大提高。(360176。 則系統(tǒng)就會在這些 “ 假 ” 零位上協(xié)調(diào) , 以致造成莫大錯誤。 n XF、 n XB分別表示多極旋變發(fā)送機和多極旋變變壓器 , 它們組成精測通道 。 而當(dāng)發(fā)送軸和接收軸處于小失調(diào)角時 , SW只將精測通道的電壓輸出 , 使系統(tǒng)的精測通道斷開 。 這種同步隨動系統(tǒng)具有很高的精度 , 一般可以達到系統(tǒng)精度小于 1′。 如果各對極極面下的平均氣隙仍不相等 , 則可通過各對應(yīng)極對下的繞組之間進行串聯(lián)以達到平均補償 , 這樣便使得多極旋變較兩極旋變的精度大大提高。 組裝式的定 、 轉(zhuǎn)子裝在同一機殼內(nèi) , 通過軸伸 、 嚙合齒輪和主軸聯(lián)接 , 并通過電刷和滑環(huán)引入或輸出電信號 。 但是磁路組合式結(jié)構(gòu)簡單 , 工藝性好 , 體積小 , 是機械組合式所不及的。 (d) 磁路組合 (分裝式 ) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 多極旋轉(zhuǎn)變壓器除了上述粗精機組合在一起的組合結(jié)構(gòu)外 , 也有單獨精機結(jié)構(gòu)的多極旋轉(zhuǎn)變壓器 , 其結(jié)構(gòu)形式也可分為組裝式和分裝式兩種 。 其常用機座號有 : 4 70、 1 160、 200、 250、 3 400等幾種。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 1—精測通道輸出繞組 。 這種開關(guān)的工作原理是利用了半導(dǎo)體元件非線性的伏安特性。 此時 , 在電子切換開關(guān)的輸出端上 , 實際上只有精測通道的輸出電壓在起作用 。 勵磁方在轉(zhuǎn)子上 。 開路輸入功率 (W)(粗機 /精機 )。 30′。 額定電壓為 12 V。 最大輸出電壓為 6 V。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 感 應(yīng) 移 相 器 感應(yīng)移相器是在旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)上演變而成的一種自控元件 。 當(dāng)定子邊加上單相勵磁電壓 時 , 感應(yīng)移相器的輸出電壓 將是一個幅值不變、 相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 θ成線性關(guān)系的交流電壓。 (6 20) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 負載時感應(yīng)移相器的輸出電壓 為了使感應(yīng)移相器在負載后仍能保持上述關(guān)系 , 感應(yīng)移相器本身的參數(shù)和外接電路必須滿足以下兩個條件 : ?????????RRRRRCRRXR22221? (6 21) 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 式中 , R2R為感應(yīng)移相器本身輸出阻抗中的電阻分量 。 再求解方程組得出負載電流及負載電壓公式 , 并對電壓公式進行變換 。 因為感應(yīng)移相器本身一般是 X2RR2R的情況 , 很難達到 X2R=R2R。 伺服電動機通過齒輪箱又帶動接收機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 , 直到接收機的位置與發(fā)送機的位置一致為止 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖 6 21 感應(yīng)移相器作為角度 — 相位轉(zhuǎn)換器 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 圖中感應(yīng)移相器的作用是將機械轉(zhuǎn)角 θ變換成輸入電壓和輸出電壓的相位差 ΔΦ, 輸入電壓和輸出電壓分別經(jīng)過限幅放大并整形后送入檢相裝置。 最后通過檢相、 分頻、計數(shù)器等電子線路將轉(zhuǎn)角測量出來。 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)型式有 直線式 和 圓盤式 兩大類 , 現(xiàn)分述如下。 為防止繞組損壞 , 在繞組表面再噴涂一層絕緣漆 。 滑尺上有許多組繞組 , 圖中 S、 C分別表示正弦和余弦繞組 。 定尺表面已噴涂一層耐熱的絕緣漆 , 用以保護尺面。 該磁場在滑尺上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 當(dāng)一個矩形線圈通以電流 后 ， 如圖所示 ， 兩根豎直部分的單元導(dǎo)線周圍空間將形成環(huán)形封閉磁力線 （ 橫向段導(dǎo)線暫不考慮 ） . 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 由單元導(dǎo)線 1所形成的磁場在 1～ 2區(qū)間的磁感應(yīng)強度 1由到 2逐漸減弱 ， 如近似斜線 所示 。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 磁通在任一瞬間的空間分布為近似矩形波 ， 而它的幅值則按激磁電流的瞬時值以正弦規(guī)律變化 。在下面的討論中將只考慮基波部分，即把基波的正弦曲線作為 的分布曲線，諧波部分將設(shè)法消除或減弱。由右手螺旋定則可判斷出磁力線的方向。 b位置其匝鏈磁通為零， 電勢也為零。 首先將對應(yīng)于位移 x的電角度表達出來。 x為余弦繞組軸線相對勵磁繞組軸線的位移 , 單位為長度 “ m”。 因此 , 感應(yīng)同步器滑尺上正、 余弦繞組的輸出電勢和多極旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電勢是完全相仿的 , 區(qū)別是這里用 (180176。 它又稱為 盤式感應(yīng)同步器 。 應(yīng)注意到 , 這里旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子對應(yīng)于直線式的定尺 , 而其定子對應(yīng)于直線式的滑尺。 則與多極旋變相類似 , 其定子上的正 、 余弦繞組的輸出電勢應(yīng)該是對應(yīng)電角度的正 、 余弦函數(shù) 。 例如當(dāng)極對數(shù)為 180時 , 其極距為 1176。 例如對于極距為 1 mm的直線式感應(yīng)同步器 , 其精度可達 μm。 同時它的定 、 滑尺基片的膨脹系數(shù)與機床一樣 , 溫度變化不會造成附加的測量誤差 。 由于感應(yīng)同步器具有上述一些優(yōu)點 , 它在精密位移檢測 、 數(shù)控機床和高精度隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 。 在以感應(yīng)同步器作為位移檢測元件的自動控制系統(tǒng)中 , 根據(jù)感應(yīng)同步器的 勵磁方式和輸出信號處理方式的不同 , 把系統(tǒng)分為 鑒幅工作方式 和 鑒相工作方式 。 /τ) 如果將感應(yīng)同步器的輸出經(jīng)放大后控制電機轉(zhuǎn)動 , 那末 , 只有當(dāng) θ=θ1或 x=θ1τ/180176。 e =kuE0sin(θ1θ)sinωt 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 在正余弦繞組上施加幅值 、 頻率相同 , 但相位差為 90176。 對于旋式感應(yīng)同步器 , θ為轉(zhuǎn)子的位移角 (電角度 )。 第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器第 6章 旋轉(zhuǎn)變壓器 思考題與習(xí)題 ? ?原方全補償?shù)臈l件又是什么 ? (有關(guān) 。 , θ2=1017