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旋转变压器的分类

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  • 发布时间:2015/8/2 23:34:27
  • 作者:ljl_yinhe

  目前,角度测量的装置,应用的最为广泛的有光电编码器和旋转变压器。但是光电编码器的抗干扰性差,不宜应用在条件恶劣的场合中。与之相比,旋转变压器由于结构简单,坚固耐用,抗干扰性强,能够应用在各种条件恶劣的场合,所以在特殊领域有着广泛的应用。旋转变压器简称为旋变,主要应用于角度测量,将转子转角变换成与之呈现某一函数关系(正余弦、线性、比例、特种函数)的模拟电信号,属于一类精密控制的微电机。由于基本实际使用的都为正余弦旋转变压器,所以以正余弦变进行讨论。
  正余弦旋转变压器其绕组分别放在定、转子上,两侧绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角密切相关。正余弦旋转变压器正是利用它们之间的不同相对位置来改变它们之间的互感,以便在定子绕组中获得与旋转θ成正、余弦函数关系的端电压。正余弦旋转变压器如图1所示。
正余弦旋转变压器电气原理图
图1 正余弦旋转变压器电气原理图
  实际使用中,一般采用转子励磁的方式。 R2-R4作为转子励磁绕组,R1-R3作为交轴绕组(一般短接,实现交轴补偿,也称为补偿绕组),两者空间互相垂直且匝数、型式完全相同。S1-S3和S2-S4分别为定子上的正弦输出绕组和余弦输出绕组,它们的结构也完全相同。对正余弦旋转变压器的励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组的输出信号进行测量和分析,可以计算出旋转变压器的电气角和旋转速度,从而得到被测电机的角度、转速等参数。
  旋转变压器有着不同的分类方法,主要可以按照有无电刷和滑环的接触、极对数的多少、转子有无绕组、输入输出相数、装配方式等,各种分类方法不是独立的。

按有无电刷和滑环分类

  按有无电刷和滑环,可将旋转变压器分为接触式旋变和无接触式旋变两种。接触式旋变就是通过电刷和滑环将绕组和外电路进行连接。无接触式旋变是通过环型耦合变压器来取代电刷和滑环的作用将绕组和外电路进行连接,也被称为无刷式旋转变压器,如图2所示。
无刷旋转变压器原理图
图2无刷旋转变压器原理图
  环型耦合变压器(简称环变)在旋转变压器部分的前端将励磁电压(一般7V,10KHz)传递至旋转变压器的转子部分,从而在定子侧将感应的正余弦信号输出,以此来实现无刷的功能。
  早期的旋转变压器都是有刷结构,由于接触式旋变存在电刷和滑环,两者之间的滑动接触使得其寿命和可靠性受到限制,而且会产生噪声,所以被无刷式旋变所取代,如今所说的旋转变压器,基本指的是无刷旋转变压器。

按极对数的多少分类

  旋转变压器按极对数的多少,可以分为单对极旋变和多对极旋变两种。其中多对极旋变是为了提高角度测量的精度,一般使用时与被测电机的极对数匹配一致。
  既有单独使用的多对极旋转变压器,也有和单对极旋变组成统一系统的旋转变压器。在组成的统一系统中,如果单对极旋变和多对极旋变各自独有自己的定、转子铁芯,这种结构被称为单通道旋转变压器;如果单对极旋变和多对极旋变在同一套定、转子铁芯中,而分别有自己的单对极绕组和多对极绕组,这种结构被称为双通道旋转变应器,一般双通道结构的旋转变压器较多。
  所以,目前按极对数来分类的旋转变压器,主要应用的是:单对极旋变,多对极旋变,双通道旋变。
  补充说明:旋转变压器的极对数也被称为轴倍角,极对数为n时的轴倍角表示为nX。即:单对极旋变的轴倍角是1X,轴倍角2X以上为多对极旋变,单对极与多对极组合的旋变的轴倍角表示为1X-nX。单对极旋变、多对极旋变、组合旋变亦被称为单速旋变、多速旋变、复速旋变。

按转子有无绕组分类

  按转子上有无绕组,可以将旋变分为无刷旋转变压器和磁阻式旋转变压器。无刷旋变通过环型耦合变压器来实现转子绕组和外电路的连接,但是,由于环型耦合变压器的存在,造成旋转变压器的尺寸、体积、重量较大,在一些空间有限的场合应用受到限制。磁阻式旋转变压器(VR旋转变压器)转子上不安置绕组,而是把激磁和信号绕组都安放在定子上。
  磁阻式旋转变压器根据磁阻变化原理设计的一种无接触式旋转变压器,随着转子位置角的变化,气隙磁导不断变化,气隙磁密也不断变化,从而导致定子上信号绕组的感应电势不断变化。磁阻式旋转变压器如图3所示。
磁阻式旋转变压器
图3磁阻式旋转变压器
  补充说明:磁阻式旋转变压器转子上的齿(极靴)数,决定了磁阻式旋变的极对数。一般磁阻式旋变都是2对极(2X)及以上的多对极旋变。磁阻式旋转变压器转子外形如图4所示。
磁阻式旋转变压器转子外形
图4磁阻式旋转变压器转子外形

按输入输出相数分类

  按照励磁电压输入及输出电压的相数,可以将旋转变压器分为1相励磁/2相输出(BRX), 2相励磁/1相输出(BRT),2相励磁/2相输出(BRS)。
  其中1相励磁/2相输出(BRX)是应用最广的形式。

按按装配方式分类

  按照旋转变压器的装配方式可以分为分装式和组装式。将旋转变压器的定子、转子组合固定在同一个壳内,旋转轴引出,测量电机的角度时,通过轴连器与电机轴相连。一般应用的是分装式旋转变压器,由用户自由安装。