双通道旋转变压器的工作原理
基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统
基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统O 引言旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，它由定子和转子组成。
其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
为了提高测量精度，采用双通道旋转变压器。
双通道旋转变压器采用单相定子激磁、两相定子感应输出。
在激磁绕组加上激磁电压Uref 后，在粗轴的定子绕组中感应出正余弦电压Uc_sin，Uc_cos，在精轴的定子绕组中也感应出正余弦电压Uf_sin，Uf_cos。
AD2S82A 和AD2S80A 是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc)生产的分解器数字转换器(简称RDC)。
AD2S8X 系列RDC 可将转角转换成与转角成比例的数字量，它实质上是一种特殊的模数转换器。
AD2S82A 和AD2S80A 都属于AD2S8X 系列中的产品，是一种单片式、分辨率可变RDC。
在制造过程中它采用BiMOS 工艺，使用双极性高精度线性电路，因此具有精度高、性能稳定及可靠性高等特点。
FPGA 是可编程逻辑器件(PLD)的第四代产品，内部具有独立的I／O 接口和逻辑单元CLB。
使用灵活，适用性强，特别适用于复杂逻辑的设计，FPGA 芯片是系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。
1 总体设计方案系统总体框图如图1 所示，采用集成芯片AD2S82A 和AD2S80A，分别作为旋转变压器粗码盘和精码盘输出信号的解码器，将旋转变压器输出的模拟量转换成与之对应的数字量。
然后将它们送入FPGA 中进行误差补偿和数据组合，再在FPGA 中对误差补偿后的二进制角度值，通过分段查表转换为以度分秒显示的角度值。
2 硬件电路设计2．1 硬件电路框图该硬件电路框图如图2 所示，FPGA 芯片作为系统的设计核心，对其他电路模块进行控制，同时在FPGA 中实现误差。
旋转变压器 ppt课件
6.3 正余弦旋转变压器的工作原理
一、旋转变压器空载时
输出绕组Z1 Z2和Z3 Z4以及定子交轴绕组D3D4开路， 激磁绕组施加交流激磁电压Uf1 。
BD D1
Uf1 D3
D4
D2
此时气隙中将产生一个脉振磁 场BD ，该磁场的轴线与定子激磁 绕组D1D2的轴线重合。
Z1 θ Z3
Z4 设定子绕组D1D2轴线和余弦输出 绕组Z1 Z2轴线的夹角为θ
二、旋转变压器带载时
D1 BD D3 Uf1
实验表明，图中正弦输出绕 D4 组Z3Z4带上负载以后，其输出
电压不再是转角的正弦函数。
Z1
D2
θ
Z4
Z3
ZL
Z2
空载
Um Um
负载
0
90o
空载 Um Um
左图表示了旋转变压
器空载和负载时输出特性
的对比。
Why?
负载
负载电流越大，
0
90o 二者的差别也越大。
Eq34 BZ cos2θ
在一定的转角下， Eq34 正比于 BZ ，而BZ正比于 IR2 ，所以负载电流越大， Eq34也越大，输出特 性偏离正弦函数关系就越远。
Z1 θ Eq34 Z4
BZq
Bq34 Z3
ER2 Bz BZd
IR2
Z2
因此，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 ZL 磁通的影响。消除畸变的方 法称为补偿。
360o
• 单极旋变B点(θ0)—U2(1)=Um(1)sinθ不能 驱动伺服电动机
• 多极旋变A点(θ0)—U2(p)=Um(p)sin(pθ) 能够驱动伺服电动机
旋转变压器的工作原理
旋转变压器的工作原理目前，旋转变压器（Resolver，简称旋变）以可变磁阻式旋转变压器应用最为广泛，由转子和定子铁芯组成。
如下图所示，转子就是由层压磁性钢板组成。
这个定子为单相励磁线圈绕组(R1− R2)和两相输出线圈绕组(S1− S3, S2 − S4)。
当励磁线圈由交流电压激励时，交流输出电压在输出线圈中感应。
当转子旋转时，因为磁路中提供的间隙（磁导率）在一个周期内随转子的旋转角度变化，两相输出线圈绕组的输出电压也随转子变化。
两个定子绕组机械位置相差90°，励磁线圈绕组采用交流基准源激励，随后在定子输出线圈绕组上的耦合的幅度是转子相对于定子的位置的函数，旋变的输出线圈绕组(S1− S3, S2 − S4)的输出电压Va和Vb的计算公式如下：其中因此，旋变产生由转子角的正弦和余弦调制的两个输出电压，如下图所示，左图为转子极对数为1的波形，右图为转子极对数为4的波形。
旋转变压器的Simulink模型因为旋转变压器的数学模型很简单，因此搭建旋转变压器的Simulink模型也很简单，模型输入输出端口和参数如下：表1In ports表2Out ports表3ParametersSimulink模型如下图所示：对于这个模型有几个说明：1、因为旋变模型输出的信号为10k或者20k的正弦或者余弦调制信号，因此模型的步长一般小于1µs，需要放在FPGA中运行。
2、虽然模型的数据类型为Single（单精度浮点），但是因为Simulink的HDL Coder工具可以支持生成Single（单精度浮点）的FPGA模型，降低了Resolver模型的开发难度，简化了开发流程，减少了开发的工作量。
3、因为旋变信号解析RDC芯片都有DOS和LOT等故障检测功能，为了测试此功能，需要在Sine和Cosine信号的引入幅值和相位误差，用于模拟此类故障。
4、因为旋变信号解析RDC芯片输入的信号都是差分形式，此外有的RDC芯片是电流型的，因此在外围需要增加一块信号调理板卡，用于信号类型和电阻值的匹配。
旋转变压器工作原理
旋转变压器工作原理旋转变压器这玩意儿，听起来是不是有点高大上？但别怕，让我用大白话给您讲讲它的工作原理，保证让您能明白个大概。
先给您讲个我自己的事儿吧。
有一次我去一个工厂参观，看到一台巨大的机器在轰隆隆地运转。
我好奇地凑近看，旁边的师傅告诉我，这里面就有旋转变压器在发挥作用呢。
咱们先来说说旋转变压器到底是啥。
它呀，就像是机器里的一个“情报员”，专门负责传递角度和位置的信息。
您可以把它想象成一个超级敏感的“角度探测器”。
那它是怎么工作的呢？旋转变压器主要由定子和转子两部分组成。
定子就像是一个固定的“基地”，而转子呢，则像是一个可以转动的“小侦察兵”。
当转子转动的时候，就会产生电磁感应。
这就好比转子给定子发了一封封“电磁信件”，告诉定子自己的位置和角度变化。
定子收到这些“信件”后，就能把信息传递出去，让整个机器系统知道现在的情况。
比如说，在一个电动汽车的驱动系统里，旋转变压器就能准确地告诉控制系统电机的转动角度和速度，这样就能让车子跑得又稳又快。
再比如说，在一些工业机器人的关节部位，旋转变压器能让机器人的动作更加精确，不会出现偏差。
而且啊，旋转变压器还有个厉害的地方，就是它的精度可以很高。
哪怕转子只转动了一点点角度，它也能敏锐地察觉到，并把准确的信息传递出去。
它工作的时候可认真啦，就像一个不知疲倦的“小卫士”，时刻坚守在自己的岗位上，为整个系统的正常运行保驾护航。
您看，旋转变压器虽然听起来复杂，但其实原理并不难理解。
它就是通过定子和转子之间的电磁感应，默默地为各种机器设备提供着关键的角度和位置信息。
就像我在工厂里看到的那台机器，如果没有旋转变压器这个“情报员”，可能就没法那么顺畅地运转啦。
所以说，旋转变压器虽然不显眼，但在很多领域都发挥着重要的作用呢！希望我这么一讲，您对旋转变压器的工作原理能有更清楚的认识啦！。
旋转变压器工作原理
旋转变压器工作原理简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正余弦函数关系，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。
旋转变压器，是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。
它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。
旋转变压器结构与自整角电机相似，工作原理也与一般变压器基本相同。
旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故又称为解算器。
旋转变压器广泛应用在民用和军事工程的伺服系统中作为测角元件、坐标变换元件和解算装置。
特点：1·对电磁干扰敏感以及解码复杂等缺点2能在一些比较恶劣的环境条件下工作2在环境恶劣的钢铁行业、水利水电行业，旋转变压器因为其防护等级高同样获得了广泛的应用。
3光电编码器，它精度高，抗干扰能力强，接口简单使用方便编码器编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。
前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“１”还是“０”。
按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确码区。
1当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。
2从代码数大小的变化可以判别真反方向和位移所处位置。
3测量范围是0----360.4视频编码器广泛应用于行走机械、数控机床、电梯、伺服电机、流量计、纺织机械、冶金机械、注塑机械、印刷包装机械、自动化仪器仪表等各种工业自动化测控领域。
旋转变压器工作原理
旋转变压器工作原理简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正余弦函数关系，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。
旋转变压器，是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。
它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。
旋转变压器结构与自整角电机相似，工作原理也与一般变压器基本相同。
旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故又称为解算器。
旋转变压器广泛应用在民用和军事工程的伺服系统中作为测角元件、坐标变换元件和解算装置。
特点: 1 •对电磁干扰敏感以及解码复杂等缺点2能在一些比较恶劣的环境条件下工作2在环境恶劣的钢铁行业、水利水电行业，旋转变压器因为其防护等级高同样获得了广泛的应用。
3光电编码器，它精度高，抗干扰能力强，接口简单使用方便编码器编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。
前者成为码盘，后者称码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式类。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号, 再把这个电信号两种.接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“ 1”还是“0”。
按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
绝对式编码器的每一个位置对应一个确码区。
1当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。
2从代码数大小的变化可以判别真反方向和位移所处位置。
3测量范围是0----360.4视频编码器广泛应用于行走机械、数控机床、电梯、伺服电机、流量计、纺织机械、冶金机械、注塑机械、印刷包装机械、自动化仪器仪表等各种工业自动化测控领域。
7--旋转变压器的结构及原理
一、旋转变压器工作原理：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正弦函数关系的电信号的一种间接测量装置。
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。
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。
旋转变压器是根据互感原理工作的。
它的结构保证了其定子和转子之间的磁通呈正（余）弦规律。
定子绕组加上励磁电压，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势。
如图所示，其所产生的感应电动势的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。
二者平行时，磁通几乎全部穿过转子绕组的横截面，转子绕组产生的感应电动势最大；二者垂直时，转子绕组产生的感应电动势为零。
感应电动势随着转子偏转的角度呈正（余）弦变化：83作业文本格式一般，内容丰富二、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 无刷式旋转变压器图2是无刷式旋转变压器。
《旋转变压器 》课件
旋转变压器的应用领域
汽车工业
用于检测曲轴、凸轮轴位置，以 及车辆四轮定位。
数控机床
用于实现高精度角度控制和位置 检测。
航空航天
用于飞行器的姿态控制和导航系 统。
机器人技术
用于机器人的关节角度检测和运 动控制。
旋转变压器的优缺点
优点
结构简单、可靠性高、耐高温、 抗干扰能力强、测量精度高。
缺点
输出信号为模拟量，需要配合后 续电路进行信号处理；对安装位 置和轴系要求较高，需要专业人 员安装调试。
05
未来旋转变压器的发展趋势
新型旋转变压器的研发
研发高精度、高效率的旋转变压器
随着科技的发展，对旋转变压器的精度和效率要求越来越高，未来将会有更多新 型的旋转变压器被研发出来，以满足各种应用需求。
微型化、集成化旋转变压器
随着微电子技术的发展，微型化和集成化的旋转变压器将成为未来的重要研究方 向，这将有助于减小设备的体积和重量，提高其便携性和可靠性。
02
感应电动势的大小和方向随转子 的位置和极数而变化，从而输出 与转子位置成比例的电压信号。
旋转变压器的控制方式
旋转变压器可以采用模拟控制和数字控制两种方式。
模拟控制方式通过调整励磁电流的大小和方向来控制旋转变压器的输出电压信号。
数字控制方式则通过数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）对旋转变压器进 行数字化控制，实现更高的控制精度和动态性能。
根据故障现象，结合以上方法，逐步排查 故障原因，采取相应的措施进行排除。
旋转变压器的保养建议
01
02
03
定期进行维护保养
建议每年对旋转变压器进 行一次全面的维护保养， 包括清洗、检查、紧固等 。
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双通道旋转变压器的工作原理
双通道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和电路的相互作用。
本文将详细介绍双通道旋转变压器的工作原理。
我们需要了解旋转变压器的基本结构。
双通道旋转变压器由两个绕组（即主绕组和副绕组）、铁芯和旋转机构组成。
主绕组和副绕组分别与电源和负载相连，通过铁芯的磁路连接。
旋转机构能够使铁芯绕着两个绕组旋转，从而实现变压器的功能。
在工作时，首先将主绕组与电源相连。
当电流通过主绕组时，产生的磁场会通过铁芯传导到副绕组。
由于副绕组的绕组参数（如匝数）与主绕组不同，从而使得在副绕组中产生电动势。
根据电磁感应定律，电动势的大小与磁场变化的速率有关，因此旋转变压器通过旋转铁芯来改变磁场的大小和方向，从而调节副绕组中的电动势。
我们来详细解析双通道旋转变压器的工作过程。
假设我们需要将主绕组中的电压转换为副绕组中的电压，我们可以通过旋转铁芯来实现。
当铁芯绕着两个绕组旋转时，主绕组中的磁场将在副绕组中产生一个变化的磁通量。
根据电磁感应定律，磁通量的变化会导致副绕组中产生电动势。
同时，由于副绕组的绕组参数不同于主绕组，根据电压的定义，我们可以得到副绕组中的电压为电动势乘以副绕组的匝数比。
双通道旋转变压器的工作原理可以简化为以下几个步骤：
1. 电流通过主绕组，产生磁场；
2. 磁场通过铁芯传导到副绕组，产生电动势；
3. 通过旋转铁芯调节副绕组中的电动势大小；
4. 副绕组中的电动势经过副绕组的匝数比换算为电压输出。
双通道旋转变压器的工作原理使得它在电力系统中具有广泛的应用。
通过调节旋转变压器的旋转角度，我们可以实现电压的调节，从而满足不同负载的需求。
另外，双通道旋转变压器还可以实现电压的转换，使得电力系统能够在不同的电压等级下运行。
总结一下，双通道旋转变压器通过电磁感应和电路的相互作用来实现电压的转换和调节。
它由主绕组、副绕组、铁芯和旋转机构组成，通过旋转铁芯来改变磁场的大小和方向，从而调节副绕组中的电动势。
双通道旋转变压器的工作原理使得它在电力系统中具有重要的应用，能够实现电压的转换和调节，满足不同负载的需求。
通过深入理解双通道旋转变压器的工作原理，我们可以更好地应用它，提高电力系统的效率和稳定性。