線性旋轉變壓器研究

楊 勇

（吉林電子信息職業技術學院 機電工程學院，吉林 吉林132021）

旋轉變壓器是自動裝置中較常用的精密控制電機。當旋轉變壓器的定子繞組施加單相交流電時，其轉子繞組輸出的電壓與轉子轉角成正弦余弦關系或線性關系等函數關系。旋轉變壓器有正余弦旋轉變壓器和線性旋轉變壓器等。文章主要介紹線性旋轉變壓器。

1 旋轉變壓器基本結構

旋轉變壓器基本結構與繞線式異步電動機類似，其定子、轉子鐵芯通常采用高磁導率的鐵鎳硅鋼片沖疊而成，在定子鐵芯和轉子鐵芯上分別沖有均勻分布的槽，里邊分別安裝有兩個在空間上互相垂直的繞組，通常設計為2極，轉子繞組經電刷和集電環引出。

2 線性旋轉變壓器的工作原理

線性旋轉變壓器的定子鐵芯槽中裝有兩套完全相同的繞組D1D2和D3D4，但在空間上相差90°。每套繞組的有效匝數為N0，其中D1D2繞組為直軸繞組，D3D4繞組為交軸繞組。轉子鐵芯槽中也裝有兩套完全相同的繞組Z1Z2和Z3Z4，在空間上也相差90°，每套繞組的有效匝數為N2。轉子上的輸出繞組Z1Z2的軸線與定子的直軸之間的角度叫做轉子的轉角。

線性旋轉變壓器輸出電壓與轉子轉角成正比關系。事實上正余弦旋轉變壓器在轉子轉角θ很小的時候近似有sinθ=θ，此時就可看作一臺線旋轉變壓器。在轉角不超過±4.5°時，線性度在±0.1%以內。若要擴大轉子轉角范圍，可將正余弦旋轉變壓器的線路進行改接，如圖1所示，定子繞組D1D2與轉子繞組Z1Z2串聯后接到交流電源UD上，定子交軸繞組D3D4作為補償繞組直接短接或接阻抗短接，Z3Z4接負載ZL輸出電壓信號。

圖1 線性旋轉變壓器接線圖

交軸繞組作補償繞組而短接，可以認為交軸分量磁場Fq被完全抵消，故單相電流接入繞組后產生的脈振磁通Φd是一個直軸脈振磁通，它與勵磁繞組、余弦正弦繞組交鏈而分別產生感應電動勢為ED12=4.44fNDΦd，EZ12=4.44fNDΦdcosθ，EZ34=4.44fNDΦdsinθ，這些電勢都是由脈振磁通Φd所產生，故它們在時間上是同相位的。若不計定子、轉子繞組的漏阻抗壓降，根據電勢平衡關系整理得

UZ≈E234=4.44fNZΦdsinθ 正弦繞組

Z3Z4的輸出電壓為

當κ=0.52時，θ=±60°的范圍內，輸出電壓UZ和轉角θ成線性關系，線性誤差不超過0.1%,因而一臺正余弦旋轉變壓器如按圖1接線，在轉子轉角在±60°范圍內可作為線性旋轉變壓器使用。

3 線性旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器是一種結構和制造工藝都十分精致的控制電機，常在自動控制系統中作解算元件，可進行矢量求解、坐標變換、加減乘除運算、微分積分運算，也可在角度傳輸系統中作自整角機使用。線性旋轉變壓器主要用于將轉角轉換成電信號的場合。

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