旋转变压器原理种类及选用
旋转变压器的结构和原理
旋转变压器是一种常用的转角检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此被广泛应用在数控机床上。
一、旋转变压器的结构
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。
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。
常见的立创商城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。
旋转变压器原理种类及选用
目录
• 旋转变压器原理 • 旋转变压器种类 • 选用旋转变压器的考虑因素 • 常见问题与解决方案 • 案例分析
01
CATALOGUE
旋转变压器原理
旋转变压器工作原理
01
旋转变压器是一种基于电磁感 应原理的传感器，通过测量旋 转角度或角速度来输出电压信 号。
02
当转子转动时，磁路中的气隙 大小发生变化，从而改变线圈 的磁通量，在线圈中产生感应 电动势。
旋转变压器应用领域
工业自动化
用于测量和控制各种机械设备的旋转角 度和角速度，如伺服电机、减速机、泵
等。
汽车
用于检测车轮的角度和转速，实现车 辆的防抱死制动系统和四轮定位等功
能。
航空航天
用于测量飞行器的姿态、位置和角速 度，保证飞行器的稳定性和导航精度 。
机器人
用于机器人的关节角度和角速度测量 ，实现机器人的精确控制和自主导航 。
THANKS
感谢观看
03
感应电动势与转子的位置和转 速有关，通过测量这个感应电 动势，可以确定转子的位置和 转速。
旋转变压器分类
根据相数分类
单相旋转变压器和多相旋转变压器。单相输出一个电压信号，多相输出多个电压信号，具有更高的分辨率和精度 。
根据结构分类
接触式旋转变压器和无接触式旋转变压器。接触式旋转变压器具有较高的测量精度和稳定性，但需要定期维护和 更换易损件；无接触式旋转变压器通过光电、磁等非接触方式测量，具有较长的使用寿命和较低的维护成本。
精度和线性度
精度
选择具有高精度和低误差的旋转变压器，以 满足系统对测量和控制精度的要求。
线性度
考虑旋转变压器的线性范围和线性度，确保 其输出信号与输入信号成正比。
旋转变压器
封闭式 适用于恶劣环境 小机座号采用一刀通结构 12 20小机座号机壳采用不锈钢 36 45 55 大机座号采用硬铝 28号两者都用 无接触式：有限转角 无限转角
Z3 θ Eq12 BZq Z2
Bq12 Z1 Bz B Zd
ER1
Z4
IR1
ZL
旋转变压器有载时，输出特 性的畸变，主要是由交轴磁 通引起的。为了消除畸变， 就必须设法消除交轴磁通的 影响。消除畸变的方法称为 补偿。
§4-2 正余弦旋转变压器的工作原理
三、二次侧补偿
利用余弦输出绕组中电流产生 的交轴磁势抵消正弦绕组中电 流产生的交轴磁势。
第4章 旋转变压器
§4-2 正余弦旋转变压器的工作原理
二、负载运行
I r1 KuU f sin
Z s ( Z r Z l 1 ) 2 2 ( Z r Z l 1 K u Z s ) jKu X m cos2 jX m
KuU f sin U r 1 I r1 Z l 1 2 Z r Z l 1 Z s Ku Z s jX m 2 (1 ) Ku cos2 Z l1 jX m Z l1 Z l1
用于解算装置中的旋变
正余弦旋转变压器 线性旋转变压器
在一定工作转角范围内，输出电压与转角成线性关系 正余弦旋转变压器绕组不同连接/单绕组线性旋转变压器
比例式旋转变压器
增加调整和锁紧转子位置的装置，其他与正余弦旋转变压器结构相同
特殊函数旋转变压器
用于随动系统中的旋变
旋转变压器原理种类及选用PPT资料42页
第一章 旋转变压器
特殊函数旋转变压器的结构与正余弦旋转变压器基 本相同，它采用一系列含有各次谐波的绕组，使谐波磁 场产生的合成电动势在任意转角位置时逼近给定函数， 从而实现输出电压与转角之间成任意函数的关系。
对于含有各次谐波的同心式不等匝绕组，根据叠加 原理和谐波分析的方法，在正弦分布绕组的基础上得到 下列输出电压的表达式
关系的线性旋转变压器。
-12-
第一章 旋转变压器
U1E1kuE1cos
UR2kuE1sin
UR21kuksu cinosU1 （1-10）
S1
R1
R3
D
U1
S3
S2
S4 R4
图1-6 线性旋转变压器
Z L2 R2
-13-
第一章 旋转变压器 根据上式，当电源电压一定时，旋转变压器的输出
第一章 旋转变压器
第二节 线性旋转变压器
线性旋转变压器的输出电压与转角成正比。当转 角θ很小时，
sin
U R 2ku U 1sin ku U 1 （1-5）
当转角θ较大时，这种线性函数关系便不再适用。
事实上，对正余弦旋转变压器的连线进行适当改
接，可以得到较大转角范围内输出电压与转角呈正比
f () F() F(m)
-18-
第一章 旋转变压器
选取n个转角值，记下对应的给定函数值，由式（114）可以得到下面n个方程
(1)f(1)(e1sin1 e3sin31 e5sin51esin1) (2)f(2)(e1sin2 e3sin32 e5sin52 esin2)
畸变是必须消除的，下面首先分析畸变产生的原 因，然后介绍消除畸变的措施。
-7-
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。
5--旋转变压器的结构及原理
第一大题：旋转变压器结构 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。
图1 有刷式旋转变压器图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。
89作业文本格式一般，内容丰富多彩图2 无刷式旋转变压器目前无刷旋转变压器有两种结构形式。
一种称作为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作为磁阻式旋转变压器。
1）环形变压器式旋转变压器图1示出环形变压器式无刷旋转变压器的结构。
这种结构很好地实现了无刷、无接触。
图中右侧部分是典型的旋转变压器的定、转子，在结构上和有刷旋转变压器一样的定、转子绕组，作信号变换。
左侧是环形变压器。
它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。
转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压器完成。
2）磁阻式旋转变压器图2是一个10对极的磁阻式旋转变压器的示意图。
磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。
但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。
旋转变压器的工作原理应用
旋转变压器的工作原理应用1. 引言旋转变压器是一种特殊的变压器，它具有旋转部件，能够在不停止供电的情况下改变输出电压。
本篇文档将介绍旋转变压器的工作原理及其应用。
2. 工作原理旋转变压器由输入绕组、输出绕组和旋转部件组成。
当电源连接到输入绕组时，原始电压通过感应作用传递给旋转部件。
旋转部件上的输出绕组通过电磁耦合将电能传递给负载。
通过旋转变压器的旋转部件，可以改变输出电压的大小。
3. 应用场景旋转变压器由于其特殊的工作原理，被广泛应用于许多领域。
以下是旋转变压器的一些常见应用场景：• 3.1 高压输电线路旋转变压器可以用来调整高压输电线路的电压水平。
在电力输送过程中，有时需要将高压电能转化为更适合特定负载的低电压。
旋转变压器的可调节输出电压使其成为这个过程的理想选择。
• 3.2 机械传动系统旋转变压器也可用于机械传动系统中，以调整电动机的转速和输出扭矩。
在某些应用中，需要根据负载要求来改变电动机的输出功率。
旋转变压器可以通过调整电动机的输入电压来实现这一目的，而无需改变传动系统的其他部件。
• 3.3 可变电源旋转变压器可用于制造可变电源，以供各种设备和实验使用。
通过调整旋转变压器的输出电压，可以满足不同设备对电源的要求。
这在实验室中特别有用，因为不同实验可能需要不同的电源电压。
• 3.4 交通信号灯旋转变压器还可以用于交通信号灯系统中。
不同交通信号灯可能需要不同的电压来点亮。
通过使用旋转变压器，可以根据需要调整信号灯的电压，从而实现有效的交通控制。
4. 总结旋转变压器是一种能够在不停止供电的情况下改变输出电压的特殊变压器。
它在高压输电线路、机械传动系统、可变电源和交通信号灯等领域有广泛的应用。
通过调整旋转变压器的旋转部件，可以实现输出电压的灵活调节。
因此，旋转变压器在各种需要可调节电压的场景中起到了重要的作用。
以上就是旋转变压器的工作原理及其应用的介绍。
希望本文可以帮助读者更好地理解和应用旋转变压器。
旋转变压器原理及应用
旋转变压器原理及应用上海赢双电机有限公司曲家骐⒈概述⒈⒈旋转变压器的发展旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。
早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。
其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。
这些函数是最常见的，也是容易实现的。
在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。
但这样的函数只用于特殊的场合，不是通用的。
60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服系统，作为角度信号的产生和检测元件。
三线的三相的自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。
所以作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。
随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。
所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。
由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。
特别是，在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。
旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变”。
俄文里称作“ВращающийсяТрансформатор” ，词义就是“旋转变压器”。
英文名字叫“resolver”，根据词义，有人把它称作为“解算器”或“分解器”。
作为角度位置传感元件，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，应用受到了限制。
因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，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。
随着电子工业的发展，电子元器件集成化程度的提高，元器件的价格大大下降；另外，信号处理技术的进步，旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠，价格也大大下降。
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400Hz两种。选择时应根据自己的需要，一般工频 50Hz的使用起来比较方便，但性能会差一些，而 400Hz的性能较好，但成本较高，故应选择性价比比较 适中的产品。
-23-
第一章 旋转变压器
-25-
第一章 旋转变压器 (2) 零位误差。 零位误差也是评价正余弦旋转变压
器性能的主要指标，它是指旋转变压器励磁绕组加上额 定电压，补偿绕组短路时，两个输出绕组的实际电气零 位与理论电气零位之差。以角分表示，误差范围一般为 2’～10’。零位误差直接影响计算和数据传输系统的 精度。
-26-
第一章 旋转变压器 (3) 线性误差。 线性误差是评价线性旋转变压器性
sinj
e3
sin3j
j1
sinj
e
sinj
j1
sinj
（1-16）
-20-
第一章 旋转变压器
求解上述代数方程组，得到 e1,e3,。e5 根e 据式（112），可以计算出所需各次谐波的绕组系数
Kw k(1)k2 1k2e e1 k
(k1,3,5, )
（1-17）
进而根据基波绕组的设计完成各次谐波绕组的设计。
(3) 励磁一方只用一相绕组时，另一相绕组应该短路 或接一个与励磁电源内阻相等的阻抗。
(4) 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。
-29-
第一章 旋转变压器
四、旋转变压器的应用实例 1. 解算元件
••
•
ΔUUR 2U20
U R2U 2U 1sin
（1-15）
-19-
第一章 旋转变压器
应用最小二乘法，令相对误差的平方和
即令偏导数
，由Δ此( j )得 0到方程组
ek
Δ(j ) 最n小2，(j ) j1
n
n
n
f (j )sinj e1 sinj sinj e3 sin3j sinj e
n
sinj sinj
j1
j1
j1
j1
n
n
第一章 旋转变压器
q2qco sLco2s
Eq2q2co2s
E2sinEq2
破坏了输出电压随转角作正弦函数变化的关系。
为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消 除的方法有两种，即一次侧补偿和二次侧补偿。
-9-
第一章 旋转变压器
3. 畸变补偿 (1) 一次侧补偿
S1
R1
•
U1
S3
•
IC
S4
不可忽略。因此，项数ν不能随意选取，ν值越大，函数
逼近的计算精度就越高，但计算也越复杂，齿谐波的影
响也越严重。实际设计时应合理选择ν值，并通过与实验
样机的对比进行必要的修正。
-22-
第一章 旋转变压器
第四节 旋转变压器的选用
一、旋转变压器的主要技术数据 (1) 额定电压。 指励磁绕组应加的电压，有12、16、
给定函数最大值
ek
Ek
F ( m )
（1-13）
-17-
第一章 旋转变压器 输出电压与给定函数的相对误差为
()F (F )( m U )()f() keksik n （1-14）
f () F() F(m)
-18-
第一章 旋转变压器
选取n个转角值，记下对应的给定函数值，由式（114）可以得到下面n个方程
第一章 旋转变压器
事实上，要满足R2r X2r的关系是比较困难的， 尤其在高频
移相器中 R2r X2r 。为保证移相器的精度， 可以在转子正弦输
出绕组R3-R4支路中再串接一个补偿电阻Rc，如图1-10所示，并 且满足
R2r RCX2r
R
•
U1
S3
S1
R1
R3 RC C
•
I R1
•
IR 2
•
U2
S4
-15-
第一章 旋转变压器
特殊函数旋转变压器的结构与正余弦旋转变压器基本 相同，它采用一系列含有各次谐波的绕组，使谐波磁场 产生的合成电动势在任意转角位置时逼近给定函数，从 而实现输出电压与转角之间成任意函数的关系。
对于含有各次谐波的同心式不等匝绕组，根据叠加原 理和谐波分析的方法，在正弦分布绕组的基础上得到下 列输出电压的表达式
旋转变压器原理种类及选用
第一章 旋转变压器
第一节 正余弦旋转变压器
一、基本结构
S1 励磁绕组 R1
R3
•
D
•
U1
S3
S4
补偿绕组
余弦输出绕组
S2 (a)
R4 正弦输出绕组 R2
(b)
图1-1 旋转变压器的绕组结构
(a) 定子绕组 (b) 转子绕组
-4-
第一章 旋转变压器
二、工作原理 1. 空载运行分析
•
•
I
R1
E2 (cos
R
sin )
1
jC
（1-21）
-32-
第一章 旋转变压器
选择移相回路参数，
R 1 C
•
I•R1E2(cossin) 1
R
1j
（1-22）
式（1-20）
•
•
U2
E2
ej(45o )
2
（1-23）
•
•
当忽略绕组漏阻抗压降时，E2 ku U1 ， 因此上式表
明，在满足一定的参数配合关系时，输出电压
(1) f(1)(e1si n1 e3si n31 e5si n51 e sin 1)
(2)f(2)(e1sin2 e3sin32 e5sin52 esin2)
(j)f(j)(e1sinj e3sin3j e5sin5j esinj)
(n)f(n)(e1sinn e3sin3n e5sin5n esinn)
U1E1kuE1cos
UR2kuE1sin
UR21kuksu cinosU1 （1-10）
S1
R1
R3
•
D
•
U1
S3
S2
S4 R4
图1-6 线性旋转变压器
Z L2 R2
-13-
第一章 旋转变压器 根据上式，当电源电压一定时，旋转变压器的输出
电压随转角θ的变化曲线如图1-7所示。
U R2
-180 -120 -60
0 60 120 180
ku 0.56~0.57
图1-7 线性旋转变压器的输出特性
-14-
第一章 旋转变压器
第三节 特种函数旋转变压器*
特种函数旋转变压器是一种新型的旋转变压器，它可 以实现与转角成正割函数、弹道函数、对数函数等特殊 函数的电压输出，在装置中可以替代体积庞大、结构复 杂、制造困难的凸轮和劈锥等机构，也是自动控制系统 中使用较为广泛的精密元件。
第一章 旋转变压器 2. 旋转变压器的精度等级
旋转变压器的精度等级表示其所允许的误差值。
-28-
第一章 旋转变压器
三、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。
R
•
U1
S3
S1
R1
R3 C
•
I R1
•
IR 2
•
U2
S4
R4
R2
S2
图1-9 感应移相器的接线图
-31-
第一章 旋转变压器
忽略绕组的漏阻抗压降，根据式（1-1），可得转子 正余弦输出绕组的电压平衡方程
U• 2
•
E2
cos
•
I
R1
R
•
U
2
•
E2 sin
•
I R2
1
jC
（1-20）
•
•
I R 1 I R 2
能的主要指标， 它是指旋转变压器在一定的转角范围 (一般为±60º)， 在采用线性旋转变压器方式接线时， 转子的实际转角与理想特性上所对应转角的最大差值。
(4) 电气误差。 电气误差是评价数据传输用旋转变 压器性能的主要指标， 它是指转子的实际转角与对应 的理论转角之差，以累积误差的形式表示。
-27-
-21-
第一章 旋转变压器
最后说明函数逼近时如何选取谐波项数ν的问题。上
面是利用最小二乘法进行函数逼近的，为使式（1-16）
有解，欲求解的未知量
e1,的e3个,e5数 e 显然应小 2于1 给
定函数所取的点数n，即要求 。另外，所1 能n 选取的谐 2
波项数ν受到槽数限制，不可过多，否则齿谐波的影响
U () E ksikn (k1 ,3 ,5, ) （1-11）
k
Ek
k1
(1) 2
Kwk k2
E1
-16-
第一章 旋转变压器
输出电压的表达式是一个项数有限的只含奇次谐波的 正弦级数，只要适当地选取各项系数（即各次谐波绕组 系数），就可以在范围内逼近任一给定函数。
输出电压的相对值取为
U * ()F U ( (m )) ke ksk in (k 1 ,3 ,5 , )
(5) 开路输入阻抗（空载输入阻抗）。 输出绕组开 路时，从励磁绕组看进去的等效阻抗值。标准开路输 入阻抗有200、400、600、1000、2000、3000、 4000、6000和10000等几种。
-24-
第一章 旋转变压器
二、旋转变压器的误差和精度 1. 旋转变压器的误差种类