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旋转变压器的特点简介

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  • 发布时间:2017/7/9 17:57:39
  • 作者:ly_yinhe

  旋转变压器,也可以简称为旋变,是一种用于解算装置和数字传输系统的信号电机。它的工作原理与普通变压器没有本质差别, 不同之处是它的输出绕组和励磁绕组能作相对旋转位移, 从而改变输出绕组与励磁绕组的磁耦合度。因此,它的输出电压不但跟变比有关, 还与转子转角有关。下面本文就根据当前旋转变压器的技术特点进行简单介绍。

旋转变压器结构特点

  旋变的定、转子上都分别嵌放有两个匝数、线径、几何尺寸等完全相同且正交 90°的绕组,定转子绕组都可用作励磁或输出,即定子绕组作为励磁,则转子绕组作为输出,反之亦可。一次侧一个绕组通电励磁, 另一个正交绕组短路作补偿, 以矫正磁路不对称造成的励磁磁轴偏移。由于多极旋变的工艺误差已被多极分割得很小, 对励磁磁轴偏移的影响亦很小, 所以通常多级旋变不设短路补偿绕组。二次侧一个绕组为正弦输出绕组, 另一个为余弦输出绕组。线性旋变一次侧与二次侧一个绕组串联励磁, 二次侧另一个绕组作线性输出。转子绕组接在集电环上, 通过金属电刷与外部出线端相连。

正余弦旋变和线性旋变示意图

图示:正余弦旋变和线性旋变示意图

  旋转变压器有单极对与多极对差别。多极旋变,是一种极对数 p 大于1的正余弦旋变, 其精度随极对数的增大而提高。一台多极旋变常和一台1对极旋变组装成一体(可以是共铁心共磁路, 也可以是分铁心分磁路),称双通道多极旋变。其中,1对极部分称为粗机,在系统中起定位作用。粗机一周之内只有一个基准电气零位,而精机(多极部分)有多少对极就有多少个不确定的电气零位,只有粗、精机零位最接近的那个电气零位,才是共同的基准电气零位。以此电气零位为基准,输出信号才能符合对应的函数关系,精机常在系统中起精测作用。

  旋变的主要作用是获得高精度的位置信号,因此在设计、材料选用、机械加工等方面都特别讲究。例如,旋变的铁心冲片常选用高导磁性能的坡莫合金,冲片绝缘采用氧化膜处理。针对组装式旋变,电刷丝(片)应选用弹性好、耐磨、接触电阻小的银铜合金材料,转动部分装设滚珠轴承。

  从结构形式上,旋变可分为有刷(有接触式)旋变、无刷(无接触式)旋变和比例式旋变。有刷旋变的转子绕组通过集电环和电刷与外部电路接通,其优点是工艺性好、制造简单, 缺点是有接触、可靠性差。无刷旋变一般用环形变压器将电源从定子耦合到转子上,给励磁绕组励磁,没有集电环和电刷,其优点是可靠性好、寿命长,缺点是工艺难度大、磁阻大、灵敏度低。为了解决灵敏度低的问题,无刷旋变多采用几千赫的高频电源励磁。比例式旋变也称为微型感应调压器,是一种可调输出的有限转角正余弦旋变,转子电路用卷绕的铍青铜簧片与外电路接通,卷角相对于基准电气零位大于 360°。实际应用时,调整比例式旋变轴上的齿轮机构,便能得到所需要的电压,再用锁紧螺钉锁住即可,其优点是能得到不同比例的电压,缺点是锁紧机构抗振性差。

旋转变压器的分类

  按用途进行分类,旋变通常分为正余弦旋变和线性旋变。正余弦旋变的输出电压与转子转角呈正余弦函数关系。线性旋变本身也是正余弦旋变,只是作为线性旋变时,变比K必须在0.56~0.59 之间 (一般取K = 0.565),并且励磁绕组必须与余弦输出绕组串联后励磁,这样输出电压与转子转角在0°~ 60°之间呈线性关系,线性误差小于0.1% ,其数学表达式为:

如何提高旋转变压器的精度

01电磁增角法增加旋转变压器精度

  旋转变压器的极对数增大能使其精度提高,可从两个方面来分析:

  一方面,一台圆形电机,圆周机械角度恒等于 360°,而其电角度的大小则与极对数 p有关,圆周总的电角度为 p*360°。从这一概念来看,多极旋变 (精机)已将有限的机械角度放大了 p 倍,即在精机有励磁的情况下, 即使定、转子之间仅有微小的相对角度位移, 其输出电信号的幅值也会有显著变化,这就提高了机械角位移的分辨力。

  另一方面,从微分学概念来看,任何一个圆可理解为由若干非常短的线段组成,多极旋变的极对数越大,受齿、槽、气隙不均等因素的影响就越小,就可以达到非常高的角位移精度, 即工艺误差、磁路不对称会随旋变极对数的增大而被分割。极对数越大,误差分割得越小,多极旋变的精度也就越高。

02机械增角法增加旋转变压器精度

  前面介绍了采用电磁增角法提高旋变精度的原理,在实际工作中也可用机械增角法提高旋变精度。即用齿轮增速原理将两台同型号1对极旋变啮合起来,类似一台双通道多极旋变,称为机械增角旋变,早期应用的就是这种结构形式的多极旋变。其中,低速主动轮旋变类似目前双通道多极旋变的粗机,高速从动轮旋变类似于精机,增速比等效于极对数。在忽略齿轮分度和啮合误差影响的前提下,机械增角旋变的分辨力可随增速比n提高n倍,精度也可随之提高。