旋转变压器的结构与工作原理

旋转变压器的结构与工作原理

1、旋转变压器的结构与工作原理
 
旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。

两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。

除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。

在实际应用中，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。旋转变压器的结构与工作原理

a. 鉴相工作方式
如图2-20所示为四极旋转变压器，给定子的两个绕组分别通以同幅、同频但相位相差π/2的交流励磁电压，即:
u1 s＝UmSinωt
u1 c＝UmCosωt    (2—1)           

在转子绕组的其中一个绕组接一高阻抗，它不作为旋转变压器的测量输出，主要起平衡磁场的作用，目的是为了提高测量精度。

这两个励磁电压在转子的另一绕组中都产生了感应电压，并叠加在一起，因而转子中的感应电压应为这两个电压的代数和，即：
u2＝ku1 s Sinθ＋ku1 c Cosθ
＝kUmSinωt Sinθ＋kUmCosωt Cosθ
＝kUmCos(ωt -θ)   (2—2)
同理，假如转子逆向转动，可得：
u2＝kUmCos(ωt ＋θ)    (2—3)
由式(2—1)和(2—2)可见，旋转变压器转子绕组中的感应电势u2与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位不同，其差值为θ。而θ角正是被测位移，故通过比较感应电势u2 与定子励磁电压输出电压u1 c的相位，便可求出θ。

b.鉴幅工作方式

给定子的两个绕组分别通以同频率、同相位但幅值不同的交变励磁电压，即：
u1 s ＝Us m Sinωt
u1c ＝Uc m Sinωt              (2—4)
其中，幅值分别为正弦、余弦函数，即：
Us m ＝ UmSinα
Uc m ＝ UmCosα

式中α角可改变，称为旋转变压器的电气角。

则在转子上的叠加感应电压为：
u2＝ku1 s Sinθ＋ku1 c Cosθ
＝kUmSinαSinωt Sinθ＋kUmCosαSinωt Cosθ
＝kUmCos(α-θ) Sinωt     (2—5)

如果转子逆向转动，可得：  
u2＝kUmCos(α+θ) Sinωt             (2—6)

由上式(2－5)和(2－6)可得，转子感应电压的幅值随转子的偏转角θ而变化，测量出幅值即可求得转角θ。

在实际应用中，应根据转子误差电压的大小，不断修改励磁信号中的α角(即励磁幅值)，使其跟踪θ的变化。旋转变压器的结构与工作原理

(2)旋转变压器的应用

由于旋转变压器具有结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境条件要求低、输出信号幅度大、抗干扰能力强和测量精度一般等特点，所以在连续控制系统中得到普遍应用，一般用于精度要求不高的数控机床上。

旋转变压器的结构

图4-1是有刷式旋转变压器。它的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。

旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可分为定子和转子两大部分。

定子和转子的铁心由铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片叠成。它们的绕组分别嵌入各自的槽状铁心内。

定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。

图4-1 有刷式旋转变压器结构图

图4-2 无刷式旋转变压器结构图

常见的旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。

除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。

图4—2是无刷式旋转变压器。

它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。

附加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形，分别固定于转子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。

旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器原边线圈连在一起，在附加变压器原边线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合，经附加变压器副边线圈间接地送出去。

这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。