控制电机与特种电机课后答案第4章

控制电机与特种电机课后答案第4章思考题与习题1. 旋转变压器由_________两大部分组成。

( )A.定子和换向器B.集电环和转子C.定子和电刷D.定子和转子2. 与旋转变压器输出电压呈一定的函数关系的是转子( )。

A.电流B. 转角C.转矩D. 转速3(旋转变压器的原、副边绕组分别装在________上。

( )A(定子、转子 B.集电环、转子 C.定子、电刷 D. 定子、换向器4(线性旋转变压器正常工作时，其输出电压与转子转角在一定转角范围内成________。

5、试述旋转变压器变比的含义, 它与转角的关系怎样?6、旋转变应器有哪几种?其输出电压与转子转角的关系如何,7、旋转变压器在结构上有什么特点?有什么用途。

8、一台正弦旋转变压器，为什么在转子上安装一套余弦绕组?定子上的补偿绕组起什么作用? 9、说明二次侧完全补偿的正余弦旋转变压器条件，转子绕组产生的合成磁动势和转子转角α有何关系。

10、用来测量差角的旋转变压器是什么类型的旋转变压器?11、试述旋转变压器的三角运算和矢量运算方法.12、简要说明在旋转变压器中产生误差的原因和改进方法。

答案1. D2. B3. A4. 正比5.旋转变压器的工作原理和一般变压器基本相似，从物理本质来看，旋转变压器可以看成是一种能转动的变压器。

区别在于对于变压器来说，其原、副边绕组耦合位置固定，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原、副边绕组分别放置在定、转子上，由于原边、副边绕组间的相对位置可以改变，随着转子的转动，定、转子绕组间的电磁耦合程度将发生变化，电磁精确程度与转子的转角有关，因此，旋转变压器能将转角转换成与转角成某种函量关系的信号电压。

输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。

6.按着输出电压和转子转角间的函数关系，旋转变压器主要可以分:正、余弦旋转变压器(代号为XZ)和线性旋转变压器(代号为XX)、比例式旋转变压器(代号为XL)，矢量旋转变压器(代号为XS)及特殊函数旋转变压器等。

其中，正余弦旋转变压器当定子绕组外加单相交流电流激磁时其输出电压与转子转角成正余弦函数关系;线性旋转变压器的输出电压在一定转角范围内与转角成正比，线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种;比例式旋转变压器则在结构上增加了一个固定转子位置的装置，其输出电压也与转子转角成比例关系。

按旋转变压器在系统中用途可分为解算用旋转变压器和数据传输用旋转变压器。

根据数据传输用旋转变压器在系统中的具体用途，又可分为旋变发送机(代号为XF)，旋变差动发送机(代号为XC)，旋变变压器(又名旋变接收器)(代号为XB)。

若按电机极对数的多少来分, 可将旋转变压器分为单极对和多极对两种。

采用多极对是为了提高系统的精度。

若按有无电刷与滑环间的滑动接触来分类, 旋转变压器可分为接触式和无接触式两大类。

7.为了使气隙磁通密度分布呈正弦规律，获得在磁耦合和电气上的良好对称性，从而提高旋转变压器的精度，旋转变压器大多设计成两极隐极式的定、转子的结构和定转子对称两套绕组。

电磁部分仍然由可导电的绕组和能导磁的铁心组成，旋转变压器的定、转子铁心是采用导磁性能良好的硅钢片薄板冲成的槽状心片叠装而成。

为提高精度，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。

在定子铁心的内周和转子铁心外圆周上都冲有一定数量的规格均匀的槽，里面分别放置两套空间轴线互相垂直的绕组，以便在运行时可以得到原边或副边补偿。

8.正弦输出绕组接上负载实验结果证明，带负载以后的旋转变压器，其输出电压不再是转角的正弦或余弦函数，而是有一定的偏差，这种现象称为输出特性发生畸变，旋转变压器在空载和负载时的输出特性，旋转变压器的负载越大(1s 越大)。

输出特性的畸变也越严重。

这种畸变是必须加以消除的，旋转变压器正弦输出绕组Z3 - Z4 接上负载以后，除了仍存在的EKU,,cos,cef2电势以外，还附加了正比于的电势。

显然后者的出现破坏了输出电压随转EBcos,q34Z角作正弦函数变化的关系，造成输出特性的畸变。

由式(4-17) 还可以看出，在一定的转角下E正比于，而又正比于绕组Z3 - Z4中的电流，所以负载电流愈大，E也BBIq34q34R2ZZ愈大，输出特性偏离正弦函数关系就愈远。

从以上升析可知，旋转变压器带负载后旋转变压器输出特性产生畸变是由于横轴(交轴)磁通势F小于IWsin,引起的。

所以，若能消除消除主轴磁通的影响。

，则带负载后输出特cc性的畸变就能够被消除，消除畸变的方法称为补偿.9.要使横轴磁通势完全抵消的条件是ZZZZ，,， CLSeZZZ,,ZZ,由于绕组对称，所以，因此，只要即补偿绕组的所接阻抗Ze 与负载CSLe阻抗ZL 相等，则将得到完全补偿，即二次侧完全补偿条件是:补偿阻抗等于负载阻抗。

即ZZ, eL二次侧完全补偿的条件下，转子两绕组产生的合成磁通势的方向始终和励磁绕组轴线相一致。

转子两个绕组产生的合成直轴磁通势Fd 与转角α 无关，是一个常数。

10.用一对旋转变压器测角原理和控制式自整角机完全相同，因为这两种电机的气隙磁场都是脉振磁场，虽然定子绕组的组数不同，但都属于对称绕组，两者内部的电磁关系是相同的。

所以有时把这种工作方式的旋转变压器叫作四线自整角机。

一般说来，旋转变压器的精度要比自整角机为高。

这是由于旋转变压器要满足输出电压和转角之间的正余弦关系而对绕组进行特殊的设计，再者旋转变压器发送机原边有短路补偿绕组，可以消除由于工艺上造成的两相同步绕组不对称所引起的交轴磁势。

因此远距离高精度角度传输系统若采用自整机角度传输系统其绝对误差为10~30分。

若采用用两极正余弦旋转变压器作为发送机和接收机，其传输误差可下降至1~5分。

可见传输精度大大提高，但是旋转变压器用来测量差角时。

发送机和接收机的同步绕组要有四根连接线，比自整角机多，而且旋转变压器价格比自整角机高。

因此，在需要测量差角的场合，多数采用自整角机测量差角，只有高精度的随动系统，才采用旋转变压器。

利用一对旋转变压器测量角度差，具体接线如图4.28所示，图中与发送轴耦合的旋转变压器称为旋变发送机，与接收轴耦合旋转变压器称为旋变接收机或旋变变压器旋转变压器测量角度差的原理图11.三角运算将正余弦旋转变压器的两个定子绕组中一个作为励磁绕组Wf，外接电压Uf，另一个定WW子绕组作为主轴补偿绕组，接成短路.转子余弦绕组为输出绕组，与外加电压U串联qc后接入放大器A放大，使外接电压U与余弦输出电压Us相位相反。

并将放大器输出接到伺服电动机SM的控制绕组。

伺服电动机转子通过减速器与旋转变压器转子机械耦合。

带一个角度指示器Q。

令旋转变压器的变比k=l。

矢量运算将定子的直轴绕细W和主轴绕组W作为两个相互垂直的纵轴分量U和横轴分量U的输入dqγ信号量;将转子余弦绕组W的输出电压U送入放大器A，放大器输出接到伺服电动机SM 的控te制统组上，伺服电动机转子与旋转变压器转子相连，并带角度指示器Q。

若进行矢量分解运算时，把需要分解的己知矢量模值A，转换成电压值作为励磁电压U，输f,U入运算电路(即模值A对应于)，然后旋转旋转变压器的转子，使旋转变压器的偏转角f等于已知矢量的幅角，作为角度输入，这时便可在旋转变庄器转子的余弦绕组W和正弦,tU绕组W，测得输出电压U和U ，这输出的电压和就对应于需分解得出的横轴和纵轴UcsS分量X和y12.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，旋转变压器误差原因有绕组谐波、齿槽效应、磁路饱和、材料、制造工艺、交轴磁场等方面的影响。

改进措施为严格加工工艺，采取补偿方法、采用正弦绕组、短距绕组，斜槽设计等。

1)、函数误差函数误差的含意根据产品技术条件规定为正余弦旋转变压器的输出电压和理论值(即正弦函数值)之差与最大输出电压之比。

,U ,100%,，nUm2).零位误差理论上正弦输出绕组的输出电压在α=0?和180?时应等于零，余弦输出绕组的输出电压在α=90?及270?时应等于零，对应的角度称为理论电气零位。

但实际上当α等于上述角度时输出电压不为零，我们称这个电压为零位电压。

而当实际输出电压为零时所对应的角度称为实际电气零位。

实际电气零位与理论电气零位之差就称为零位误差，以角分表示。

3). 线性误差性旋转变压器在工作角范围内，不同转角时，实际输出电压与理论直线之差，对理线论最大输出电压之比。

UU',,, ,(%)100%,，1U,,60,误差范围一般为o. 02%~0. 1% 。

4). 电气误差在不同转子转角α时，两个输出绕组的输出电压之比所对应的正切或余切的角度与实际转角之差，通常以角分表示。

5). 输出相位移输出电压的基波分量与励磁电压的基波分量之间的相位差，称为输出相位移。

为了保证旋转变压器有良好的特性，在使用中必须注意:(1)原边只用一相绕组激磁时，另一相绕组应连接一个与电源内阻抗相同的阻抗或直接短接。

原边两相绕组同时激磁时，两个输出绕组的负载阻抗要尽可能相等。

(2)(3)使用中必须准确调整零位，以免引起旋转变压器性能变差。