旋转变压器工作原理.pptx

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1、旋转变压器演讲人：概述01旋转变压器的类型02正余弦旋转变压器03旋转变压器的使用04CONTENTS概述01概述01 旋转变压器，又称同步分解器，是一种电磁式传感器，精密测位用的机电元件，其输出电信号与转子转角成某种函数关系。旋转变压器也是一种测量角度用的小型交流电动机，主要用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。 作为速度及位置传感元件，常用的有这样几种：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。由于制作和精度的缘故，磁性编码器没有其他两种普及。光学编码器的输出信号是脉冲，由于是天然的数字量，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用。早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价格比较贵的原因，应用

2、受到了限制。因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，特别是高温，严寒、潮湿、高速、高振等。以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。概述01概述01分类优点缺点霍尔效应传感器小型封装、高精度、低功耗、由于信号等级低、读出电子设备必须靠近信号传导设备，需要考虑读出设备受超过其承受能力的温度和辐射影响。光学编码器增量式单价低，使用方便光敏传感器安装靠近编码器的光栅轮.不具备耐温性能和抗辐射性能、远距离传输成本高。正余弦式分辨率高、通用接口可靠性较差绝对式分辨率高、可绝对定位成本高，可靠性较差旋转变压器绕线式可靠性高，高精度、可绝对定位使用麻烦磁阻式可靠

3、性最高，结构简单紧凑精度偏低，使用麻烦旋转变压器的类型02旋转变压器的类型02从电机原理来看, 旋转变压器又是一种能旋转的变压器。 这种变压器的原、 副边绕组分别装在定、 转子上。 原、 副边绕组之间的电磁耦合程度由转子的转角决定, 故转子绕组的输出电压大小及相位必然与转子的转角有关。按旋转变压器的输出电压和转子转角间的函数关系, 旋转变压器可分为正余弦旋转变压器、 线性旋转变压器以及比例式旋转变压器。按电机极数的多少来分，常见的旋转变压器一般有两级绕组和四极绕组两种结构形式，两级绕组变压器的定子和转子各有一对磁极。除此之外，还有多极旋转变压器，用于高精度检测系统。按有无电刷与滑环间的滑动接触

4、来分类，旋转变压器可分为接触式和无接触式两大类，其中无接触式旋转变压器运行可靠，抗震动，适应恶劣环境。旋转变压器的分类02类型精度工艺性相位移可靠性结构成本有刷型高差小差复杂高环变型高一般比较大好一般一般磁阻型低好大最好简单低正余弦旋转变压器03正余弦旋转变压器03 旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。 它由定子和转子两大部分组成,其中定子作为一次侧，转子绕组作为变压器二次侧， 每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分, 下面以正余弦旋转变压器的典型结构分析。3.1 正余弦变压器的结构 为了使气隙磁通密度分布呈正弦规律，获得在磁通耦合和电气上的良好对称性，从而提高旋转变压器的精度，旋

5、转变压器大多设计成隐极式的定子和转子结构。电磁部分仍由可导电的绕组和能导磁的铁芯组成，定子转子铁芯是采用导磁性能良好的硅钢片薄板冲成的槽状片叠装而成。为了提高精度，通常采用铁镍软磁合金或高硅电工钢等高磁导率材料。并采用频率为400Hz的励磁电源。结构如下图正余弦旋转变压器03正余弦变压器的结构图正余弦旋转变压器03结构示意图电气示意图电角度=机械角度极对数正余弦旋转变压器03结构上，旋转变压器定子、转子和绕线式异步电机类似，定子绕组通过固定在机壳上的接线柱直接引出。定子和转子之间的空气隙是均匀的，气隙磁场一般为两极。正余弦旋转变压器03 定子绕组端点直接引致接线板上，而转子有两种不同的引出方式

6、。根据引出方式的不同，旋转变压器分为优刷式和无刷式，有刷式特点是结构简单、体积小，但是因为电刷和滑环是机械滑动接触的，所以它的可靠性差，寿命也较短。 无刷旋变如下图所示，其结构分为两大部分，即旋变本体和附加变压器。附加变压器一次侧和二次侧铁芯及其线圈均为环形，分别固定在转子轴和机壳上。旋变转子线圈和附加变压器一次侧线圈连接在一起。正余弦旋转变压器033.2 正余弦变压器工作原理1、空载运行情况正余弦旋转变压器03正余弦旋转变压器03正余弦旋转变压器032.负载运行时的情况 在实际使用中，旋转变压器要接上一定的负载。实验表明，一旦输出绕组接上负载之后，其输出电压不再是转角的正余弦函数。正余弦旋转

7、变压器03正余弦旋转变压器03二次侧补偿一次侧补偿3.3 正余弦变压器补偿方法旋转变压器的使用04旋转变压器的使用041.鉴相工作方式 在正余弦绕组上施加幅值、 频率相同, 但相位差为90的电压Ea、 Eb: Ea=E0cost Eb=E0sint 则定尺(或转子)绕组的感应电势为 E =KEb cos-Kea sin =KE0(sintcos-costsin) =KE0sin(t-) 4.1 工作方式 在实际使用中，考虑到使用的方便性和检测精度等因素，常采用四极绕组式旋转变压器。这种结构形式的旋转变压器可分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。旋转变压器的使用04 2.鉴幅工作方式 在定子的两绕组上

8、施加频率、 相位均相同, 但幅值按某角度作正、 余弦变化的电压Ea、 Eb: Ea=E0cos1sint Eb=E0sin1sint转子的感应电压为 E =KEb cos-KEa sin =KE0(sin1cos-cos1sin)sint =KE0sin(1-)sint 旋转变压器的使用044.2 旋转变压器的误差 旋转变压器的误差有函数误差、零位误差、线性误差、电气误差、输出相位移等几个方面，误差的原因有绕组谐波、齿槽效应、磁路饱和、材料、制造工艺、交轴磁场等。改进措施为严格控制加工工艺，采取补偿方法等。4.3 旋转变压器的使用原则 (1) 旋转变压器应尽可能在接近空载的状态下工作。因此，负

9、载阻抗应远大于旋转变压器的输出阻抗。两者的比值越大，输出电压的畸变就越小。 (2) 使用时首先要准确地调准零位，否则会增加误差，降低精度。 (3)励磁一方两相绕组同时励磁时，即只能采用二次侧补偿方式时，两相输出绕组的负载阻抗应尽可能相等。旋转变压器的使用04 旋转变压器的应用，近期发展很快。除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外，在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。特别应该提出的是，这些年来，随着工业自动化水平的提高，随着节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用，越来越广泛。而永磁交流电动机的位置传感器，原来是以光学编码器居多，但这些年来，却迅速地被旋转

10、变压器代替。旋转变压器的使用04旋转变压器旋转变压器在在EPSEPS系统上面的应用系统上面的应用 EPS是一个典型的电机伺服系统。在EPS中,汽车转向时,转矩传感器检测到转向盘的力矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元,电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令,使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以产生助动力。 EPS必须满足很高的实时性和较高的精度要求,同时,要确保其具有高的可靠性。无刷旋转变压器是较好的选择。旋转变压器的使用04 旋转变压器在塑料机械上的应用主要以注塑机和塑料挤出机械为主，在注塑机上面主要是作为速度反馈元件，在塑料挤出机械上面主要是作

11、为位置反馈元件，因为塑料机械设备上面环境非常恶劣，光编无法使用，但正好符合旋转变压器适应恶劣环境的特性。目前注塑机上面整个行业基本都在使用旋变旋转变压器的使用04旋转变压器在袜机、织布机上面的应用旋转变压器在袜机、织布机上面的应用 旋转变压器在纺织机械上面，尤其以袜机为主，织布机、梳棉机上面也越来越大面积开始使用，主要是由于旋转变压器相比光电编码器有极大的优势，诸如抗震动、耐油污、寿命长等优点，特别适合纺织行业的S4工作制。旋转变压器的使用04旋转变压器在油田电机上面的旋转变压器在油田电机上面的应用应用 旋转变压器在油田机械上的应用主要有抽油机电机、磕头机及钻头电机上作位置反馈元件，因为其环境较恶劣，有大孔径要求等旋转变压器的使用04旋转变压器应用于风力发电的变浆电机中感谢聆听旋转变压器