控制电机第七章 旋转变压器
旋转变压器简介
旋转变压器简介旋转变压器是一种通过旋转方式来变换电压或电流的设备。
它由两个或更多个线圈、磁心和传动系统组成。
其中一个线圈被称为主线圈，另一个线圈则被称为辅助线圈或电感传感器。
工作原理当旋转变压器旋转时，主线圈和辅助线圈之间的磁通量会引起感应电动势。
通过改变辅助线圈上连接的电阻或电容的数值，可以调整旋转变压器的电压或电流输出。
旋转变压器也可以用于测量和控制电流和电压。
在电力系统中，旋转变压器通常被用来调节并稳定电压，以确保电力网络的稳定运行。
应用领域旋转变压器被广泛用于以下领域：1. 飞机模拟器在飞机模拟器中，旋转变压器通常被用于控制飞机的移动和飞行状态，如舵面和发动机的控制。
2. 机器人技术在机器人技术中，旋转变压器被用于控制机器人的运动和姿态；同时，它还可以检测机器人的位置和速度。
3. 电力系统在电力系统中，旋转变压器通常被用于控制电力网络中的电压和电流，以及保护和监测电力设备。
4. 工业自动化在工业自动化中，旋转变压器通常被用于控制电动机和其他工业设备的运动和速度。
5. 医疗设备在医疗设备中，旋转变压器通常被用于控制医疗仪器的动作和位置。
优点和缺点与传统的固定变压器相比，旋转变压器有以下优点：•可以增加输出电压或电流；•可以根据需要调节电压或电流输出；•可以提高电力系统的效率和稳定性；•适用于各种场合，非常灵活。
缺点是：•价格较高；•机械部件容易损坏。
总结旋转变压器是一种用于变换电压或电流的设备，它可以广泛应用于飞机模拟器、机器人技术、电力系统、工业自动化和医疗设备等领域。
虽然它具有许多优点，但也存在一些缺点。
因此，在选择旋转变压器时，需要综合考虑其应用环境、预算和性能需求。
电机旋变是啥意思 电机旋变的工作原理
电机旋变是啥意思电机旋变的工作原理一.原理旋变，是（电机控制）中常用的一种位置（传感器），旋转变压器的作用就是精准测量（电机）转子的位置、转速及旋转方向，将这些（信号）传输给电控，由软件的控制算法来控制电机。
它可以控制三相交流电的频率和次序，从而可以改变驱动电机的转速和转向（正转和反转）。
当永磁同步电机在工作时，定子线圈产生的旋转磁场和转子同步转动，并且旋转磁场磁极和转子磁极会保持一定的夹角，而监测转子的位置和转速的就是旋变。
旋变的原理：通过给转子线圈输入高频正弦信号，也就是我们常说的励磁信号（旋变的（电源）），随后我们就能接收到线圈中感应旋变转子反馈出来的高频感应信号，经过处理可以得到对应的正余弦信息，通过软件解析后便可以得到定子的绝对位置。
二.标定旋变的标定在日常工作中有很多通俗的说法，比如说零位角标定、电机角标等等。
虽然说法不同，但是内容及功能是一致的，就是要知道旋变的零位与电机的零位之间的角度偏差。
三.常见故障如果旋变出现问题，那么势必会出现转速方面的问题。
1.车辆静态情况下（实际电机转速为零），仪表误报电机有转速；2.（高压）正常情况下，挂挡踩油门电机没有输出转速；3.引起三相（硬件）过流故障；4.引起（IGBT）故障；5.造成电机转速抖动；6.造成电机堵转；7.振动，异响旋变线束线序接错新发的故障：一台电机，通过了（控制器）软硬件版本（检测），进入NVH工况出现哒哒异响，特性曲线异常，转速为负，最后发现旋变线束设计错误。
1）通过电检测量从电机控制器端连接到电机端的旋变线一般有6根，分别为：ref±（励磁信号）、sin±（正弦信号）及cos±（余弦信号），每一组信号都有自己对应的阻值，可以通过测量电机控制插件端或者电机端的三组旋变阻值来判断是否是旋变故障2）特性曲线电机转速是电机扭矩的伴生信号，就像一个齿轮，你想让齿轮转起来，那就需要一个外力。
正常的电机转速变化平稳，呈线性变化。
电机中旋转变压器的作用
电机中旋转变压器的作用电机是现代工业生产中不可或缺的重要设备之一，它通过电能转换为机械能，驱动各种机械设备运转。
而在电机中，旋转变压器扮演着重要的角色，它起到了调节电压的作用，确保电机的正常运行。
旋转变压器是一种特殊的变压器，它的主要特点是可以旋转。
通常，电机中的旋转变压器由固定部分和旋转部分组成。
固定部分安装在电机的定子上，而旋转部分则连接在电机的转子上。
当电机运转时，旋转部分也会随之旋转。
旋转变压器的作用主要体现在以下几个方面：1. 电压调节：电机在运行过程中，需要不同电压的供电。
旋转变压器通过调节变压器的绕组比例，可以实现不同电压的输出。
这样，无论是在启动电机时还是在正常运行时，都能根据需要提供合适的电压，确保电机的正常工作。
2. 电流控制：电机在运行过程中，电流的大小会不断变化。
旋转变压器可以通过调节变压器的绕组数目，控制电流的大小。
这样，旋转变压器可以根据电机的负载情况，调整输出电流，保持电机的稳定运行。
3. 电能传递：旋转变压器作为电机的核心部件之一，起到了电能传递的作用。
它将电源提供的电能转换为适合电机运行的电压和电流，并通过转子传递给电机的负载。
这样，旋转变压器保证了电机能够高效地利用电能，实现机械能的输出。
旋转变压器在电机中起到了电压调节、电流控制和电能传递的重要作用。
它能够根据电机的需求，提供合适的电压和电流，保证电机的正常工作。
同时，旋转变压器的旋转特性使得它能够随着电机的旋转而灵活调整输出，适应不同工作状态。
正是因为旋转变压器的存在，电机才能够高效、稳定地运行，为各行各业的生产提供动力支持。
虽然旋转变压器在电机中起到了重要的作用，但它并不是万能的。
在实际应用中，还需要根据具体的电机需求，选择合适的旋转变压器。
同时，对旋转变压器的维护和保养也非常重要，以确保其正常工作。
只有充分发挥旋转变压器的作用，才能提高电机的效率，延长电机的使用寿命。
电机中的旋转变压器在电压调节、电流控制和电能传递等方面起到了重要作用。
第七章控制电机PPT课件
现象。
第七章 控制电机
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
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（一）、电枢控制时的特性
不同于交流两绕组全在定子，直流伺服电动机的励磁绕组和电枢绕组分别装 在定子和转子上。假定磁路不饱和，并不计电枢反应，这在小功率的直流伺服 电动机中是允许。
1、机械特性 Tem f (n)
Ia
U
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2、非磁性杯形转子 除了与异步电动机一样的定子外，还有 一个内定子（不放绕组，只是代替笼型转 子铁心作为磁路的一部分），在内外定子 间有非磁性材料(铝或铜)制成的杯形转子。
(三) 控制方法
伺服电动机不仅须具有起动和停止的伺服性，
而于且伺还 服须 交具流有励转磁速绕的组大不小变和，方改向变的控制可电控压性。U由c也
sm
x1
r2 x2
1
r2
x1
x2
由于异步电机的稳定运行区为0 ~ sm，增大转子电阻，使伺服电机始终处于
稳定运行。
(二)基本结构
定子槽中，要装有励磁绕组和控制绕组，这两种绕组可有相同或不同的匝数。
1、笼型转子 转子的结构和三相异步电动机鼠笼型转子完全一样。
第七章 控制电机
电机学 华侨大学电气工程与自动化系
1、机械特性
（1）幅值控制方式：用所谓有效信号系数 。即控制电压
绕组的电源电压（励磁电压）U s （2）相位控制方式：
U f
之比： e
e
Uc U s
Uc U f
U
c
与归算到控制
这种控制方式中。控制电压与归算到控制绕组的电源电压即励磁电压大小相等，
即 Uc Us U但f 相位滞后 电角度，为与幅值控制滞后90°，取滞后90°分
旋转变压器的工作原理及应用
旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器的工作原理及应用旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
什么是旋转变压器以及应用方式什么是旋转变压器以及应用方式旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。
在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。
定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。
激磁电压接到转子绕组上，感应电动势由定子绕组输出。
常用的激磁频率为400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
因此，在数控机床上广泛应用。
通常应用的旋转变压器为二极旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组。
另外，还有一种多极旋转变压器。
也可以把一个极对数少的和一个极对数多的两种旋转变压器做在一个磁路上，装在一个机壳内，构成“粗测”和“精测”电气变速双通道检测装置，用于高精度检测系统和同步系统。
旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴幅方式。
chap08_旋转变压器
8.旋转变压器 旋转变压器
• (续) Is=IB ，想像为一匝数为(Ns+NBcos α)的绕组作用在直 轴，作为一次绕组，而绕组A为二次绕组，二次绕组和一 次绕组的匝数比kT为
NA kT = NS + N B cos α
因为A和B为对称绕组，NA=NB，而k=NA/Ns，故上式可写成
k kT = 1 + k cos α
U out =
1 + 0.52 cos α
α则在±60°范围内，其相对线性误差仍能保持小于0.1%。
8.旋转变压器 旋转变压器
图8-4 原方补偿的线性旋转变压器
欲使输出特性有上述函数关系，旋转变压器应按图8-4接线。 定子S绕组与转子B绕组串联后接到电源，为一次绕组；A 绕组为输出绕组；补偿绕组C经阻抗闭合，其作用仍为补 偿交轴磁场。
8.旋转变压器 旋转变压器
线性旋转变压器
这种旋转变压器的特性是输出电压与旋转角α成线性关系。 我们知道，α很小时，α ≈ sin α，当α <45°时，二者的相 对线性误差小于0.1%，此时，正弦旋转变压器可以视作线 性回转变压器。但当增大时，其误差迅速增大，必须采用 线性旋转变压器。 数学上可以证明，若旋转变压器的输出电压有如下的函数 关系 sin α
一般情况，旋转变压器的转子只需转动一个有限角度，所 以转子绕组A和B的四个端点可以直接用软导线引出，毋需集 电环和电刷构成的滑动接触。
工作原理
旋转变压器除了自身以下几点，其基本作用原理与普通变压 器相同。 绕组为分布式 铁心磁路有空气隙 一、二次（定、转子）绕组的轴线相互位置经常改变
8.旋转变压器 旋转变压器
8.旋转变压器 旋转变压器
旋转变压器结构
电机旋转变压器工作原理
电机旋转变压器工作原理1.电机驱动部分：电机驱动部分主要由电机和电源组成。
电机通过转子的转动来驱动旋转变压器的转子旋转。
电源为电机提供直流电源。
2.旋转变压器部分：旋转变压器由两个主要部分组成，即固定部分（或称为固态变压器）和旋转部分（或称为电枢）。
-固态变压器：固态变压器通常由一个或多个主磁铁、剩磁消除装置和定子线圈组成。
主磁铁产生一个均匀的磁场，将定子线圈的铁芯和定子线圈本身做成一体，以便与旋转部分的线圈进行电磁耦合。
剩磁消除装置用于减小固态变压器内的剩磁。
-旋转部分：旋转部分由电枢线圈和滑环组成。
电枢线圈绕制在一个或多个滑环上，滑环与电枢线圈之间的接触通过不接触的旋转换向器传递。
在电枢线圈中产生的磁场通过旋转压电换向器与固态变压器的磁场耦合，从而在旋转部分中感应出一个交流电动势。
3.功率逆变器部分：功率逆变器主要由晶闸管、继电器和控制电路组成。
逆变器将旋转部分感应出的交流电动势转换为输出电源的交流电，从而实现将直流电能转换为交流电能的功能。
1.当电机驱动部分提供直流电源给旋转变压器时，电机开始运转。
这样，旋转部分的电枢线圈也开始旋转。
2.旋转的电枢线圈通过滑环与固态变压器的磁场耦合。
因为固态变压器的磁场是均匀的，所以通过不接触的旋转换向器传递给电枢线圈的磁场也是均匀的。
3.在电枢线圈中感应出一个交流电动势。
这个电动势的频率和振幅主要由电机的转速和转子数目决定。
4.感应出的交流电动势在功率逆变器的作用下被转换为输出电源的交流电。
输出电源的频率和振幅可以通过调控功率逆变器的工作状态实现。
5.输出交流电可以用于供电、驱动交流电设备或传输给其他电子设备。
总结起来，电机旋转变压器通过电机的驱动，使旋转部分的电枢线圈与固态变压器耦合，产生交流电动势，然后通过功率逆变器将其转换为输出电源的交流电。
这样，直流电能就被转换为交流电能，实现了电能的转换和传输。
旋转变压器的工作原理
旋转变压器的工作原理旋转变压器是一种用于电力传输和转换的重要设备，其工作原理基于电磁感应。
旋转变压器通常由主要有两部分组成，分别是定子和转子。
定子部分定子部分是旋转变压器的固定部分，通常由铁芯和绕组组成。
铁芯是用磁性材料制成的，其作用是增强磁场的传导能力。
绕组则是绕在铁芯上的导线，通常为绝缘的铜线。
当定子绕组通以交流电流时，会在铁芯周围产生一个交变磁场。
转子部分转子部分是旋转变压器的移动部分，通常由铁芯和绕组组成。
铁芯和绕组的结构与定子部分相似，但是转子可以自由旋转。
当定子部分产生的磁场与转子部分相互作用时，会在转子绕组中感应出电动势，从而产生电流。
工作原理旋转变压器的工作原理基于电磁感应定律。
当定子绕组通以交流电流时，产生的交变磁场会穿过转子部分，感应出电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
因此，随着定子电流的变化，感应电动势也会发生变化。
这种感应电动势可以用来转换电压。
通过控制定子电流的大小和频率，可以实现对输出电压的调节。
当转子部分转动时，感应电动势的大小和极性也会发生变化，从而实现输出电压的变化。
应用领域旋转变压器广泛应用于电力系统、工业生产和实验室等领域。
在电力系统中，旋转变压器通常用于电网传输和分配中，可以实现电压变换和调节。
在工业生产中，旋转变压器常用于设备电源供应和电动机控制。
在实验室中，旋转变压器常用于电路实验和教学示范。
结论旋转变压器是一种重要的电力设备，其工作原理基于电磁感应。
定子和转子部分通过电磁感应相互作用，实现了电能的变换和传输。
旋转变压器在电力系统、工业生产和实验室等领域都有广泛的应用，为电力传输和转换提供了便利。
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KuUf sin 1 j xm cos2
ZL ZL
ZL
图7-4输出特性的畸变
可以看出，负载时由于交轴磁场的存在，在输出电压中多出 j xm cos2 项， 使旋转变压器的输出特性不再是转角的正弦函数，而是发生了畸Z L 变。并且负
载阻抗越小，畸变愈严重。
11
7.2.2输出特性的补偿
旋转变压器的变比
Es K uU f sin
Ec
K uU f
c
os
输出电动势与转子转角呈严格的正、余弦关系。
8
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
2．负载运行 正弦输出绕组R3-R4带上负
载以后，其输出电压不再是转角 的正余弦函数，这种输出特性偏 离正余弦规律的现象称为输出特 性的畸变。
1． 二次侧补偿的正余弦旋转变压器
畸变的原因是交轴磁场的 存在。
当正余弦旋转变压器一 个输出绕组工作，另一个输 出绕组作补偿时，称为二次 侧补偿。
若 Bs和 Bc 所产生的交轴分量
互相抵消时，则旋转变压器中就 不存在交轴磁通，也就消除了由 交轴磁通引起的输出特性的畸变。
图7-5副边补偿正余弦旋转变压器
设S1-S2轴线与R1-R2轴线的夹角为 。
图7-2旋转变压器的工作原理
7
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
励磁磁通在励磁绕组S1-S2、正弦绕组R3-R4和余弦R1-R2中感应电势分别为
Ef 4.44 fN 1kW1m Ec 4.44 fN 2kW2m cos
Es
4.44
7.2.1工作原理 7.2.2输出特性的补偿 7.2.3应用
6
7.2 正余弦旋转变压器
正余弦旋转变压器输出绕组的电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
1．空载运行
输出绕组R1-R2和R3-R4以及定子交轴 绕组S3-S4开路，在励磁绕组S1-S2施 加交流励磁电压，将在气隙中将产生 一个脉振磁场 Bf，该脉振磁场的轴 线在定子励磁绕组S1-S2的轴线上。
Is
Bs
Bsd Bsq
Bs Bs
s in cos
作用与空载相同
图7-3正弦绕组接负载Z L
在正弦绕组中感应电势
9
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
sq 将在其中感应电动势
Esqs 4.44 f N2k W2 sq cos 4.44 f N2k W2 s cos2 4.44 f N2kW2Fs cos2 2f ( N 2kW2 )2 Is cos2 Is xm cos2
xm 2f (N 2kW2 )2 为绕组电抗， 为磁路的磁导。
由此得出正弦输出回路的电压平衡方程式为
Es Esqs ULs Is Zs
式中 ULs Is Z L 为正弦输出绕组负载时的输出电压，Z s为正弦绕组的漏阻抗
10
7.2.1正余弦旋转变压器的工作原理
Zs ZL
K uU f cos
Zc Z
在正、余弦绕组中产生的磁场分别为
Bsq
Bs
cosθ
K
KuUf sin θ Zs ZL
cosθ
Bcq
Bc
sin θ
K
KuUf cosθ Zc Z
12
7.2.2输出特性的补偿
要达到完全补偿，正、余弦输出绕组中感应电动势的大小和相位
应与空载时一样，即
Es Ec
KuU f KuU f
sin
cos
此时，转子绕组中的电流 I s 和 I c 分别为
Is Ic
Es Zs ZL
Ec Zc Z
K uU f sin
第7章 旋转变压器
7.1 概 述 7.2 正余弦旋转变压器 7.3 线性旋转变压器 7.4 数字旋转变压器 7.5 旋转变压器的误差分析及主要技术指标 7.6 多极旋转变压器和感应同步器
1
7.1 概 述
7.1.1旋转变压器的分类 7.1.2旋转变压器的结构特点
2
7.1 概 述
旋转变压器是自动控制装置中的一类精密控制微电 机。从物理本质看，可以认为是一种可以旋转的变压器， 这种变压器的原、副边绕组分别放置在定子和转子上。 当旋转变压器的原边施加交流电压励磁时，其副边输出 电压将与转子的转角保持某种严格的函数关系，从而实 现角度的检测、解算或传输等功能。
3
7.1.1旋转变压器的分类
按有无电刷与滑环之间的滑动接触分，可分为有刷和无刷两种。 按电机的极数多少分，可分为两极式和多极式。 按输出电压与转子转角间的函数关系，又可分为正余弦旋转变压器、 线性旋转变压器和比例式旋转变压器等。
根据应用场合的不同，旋转变压器又可以分为两大类：一类是解算用 旋转变压器，如利用正余弦旋转变压器进行坐标变换、角度检测等，这已 在数控机床及高精度交流伺服电动机控制中得以应用；另一类是随动系统 中角度传输用旋转变压器，这与控制式自整角机的作用相同，也可以分为 旋变发送机、旋变差动发送机和旋变变压器等，只是利用旋转变压器组成 的位置随动系统，其角度传送精度更高，因此多用于高精度随动系统中。
将 Esqs jIs xm cos2 和 ULs Is Z L 代入 Es Esqs ULs Is Zs
得：Is
ZL
Zs
Es jxm
cos2
Es KuUf sin
ULs
1
K uU f Zs j
s in xm cos2
4
7.1.2旋转变压器的结构特点
旋转变压器的基本结构与隐极转子的控制式自整角机相似。
结构示意图
隐极结构，定转 子均为二相对称 绕组。
绕组原理图
图7-1旋转变压器定、转子绕组结构示意图
S1-S2定子励磁绕组，S3-S4定子交轴绕组，R1-R2转子余弦输出绕组，R3-R4 转子正弦输出绕组。
5
7.2 正余弦旋转变压器
fN 2 k W2m
cos(90 )
4.44
fN 2 k W2m
sin
N1kW1 为定子绕组的有效匝数；
N2kW2 为转子绕组的有效匝数。
Es Ku Ef sin
Ec
Ku Ef
cos
Ku
N 2 k W2 N1kW1
忽略励磁绕组的电阻和漏抗，则 Ef Uf