第四章旋转变压器本章教学目标与要求本章知识架构旋转变压器(Rotationaltransformer或resolver)是一种电磁式传感器，是一种精密的测位用的机电元件,又称同步分解器。它的输出电信号与转子转角成某种函数关系，它也是一种测量角度用的小型交流电动机，属自动控制系统中的精密感应式微电机的一种，主要用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。旋转变压器作为一种最常用的转角检测元件，结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，被广泛应用在各类数控机床上。诸如各类机床、镗床、回转工作台、加工中心、转台等。近来旋转变压器的发展主要是解决满足数字化的要求，应用数字转换器件对旋转变压器输出互为正余弦关系的模拟信号进行采样,将其转换成数字信号,以便于各种CPU进行处理，目前多用单片机控制意在完成旋转变压器的数字化角度和长度测量显示，并达到比较高的精度水平。4.1旋转变压器的类型和用途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。按旋转变压器在系统中用途可分为解算用旋转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。其中旋转变压器无接触式，无电刷和滑环的滑动接触运行可靠，抗振动，适应恶劣环境。4.2正余弦旋转变压器旋转变压器是由定子、转子两大部分组成的。每一大部分又有自己的电磁部分和机械部分,总体说它和两相绕线式异步电机的结构更为相似。4.2.1正余弦旋转变压器的结构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。旋转变压器定子绕组和转子绕组都安装两套在空间互差90°电角度，结构上完全相同的对称分布绕组。定子绕组有两个，一般是相同的，即导线截面和接线方式以及绕组匝数都相同。分别叫定子励磁绕组(其引线端为D1-D2)和定子交轴绕组又叫(补偿绕组其引线端为D3-D4)。如图带有圆圈的表示转子，转子上两套绕组与定子一样匝数相等分别用Z1-Z2和Z3-Z4叫正弦输出绕组和余弦输出绕组，有的时候也可在转子绕组上励磁，而从定子绕组上输出电压。在结构上，旋转变压器定子和转子基本和自整角电机一样，其组件图见图4.9，定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。定子绕组端点直接引至接线板上，而转子绕组的端点要通过电刷和滑环才能引出，注意定子和转子之间的空气隙是均匀的。气隙磁场一般为两极，定子铁心外圆是和机壳内圆过盈配合,机壳、端盖等部件起支撑作用,是旋转电机的机械部分。旋转变压器分为有刷式和无刷式4.2.2正余弦旋转变压器的工作原理旋转变压器是一个能够转动的变压器，它的定子绕组相当于普通变压器的一次侧线圈(励磁线圈)。而转子绕组就相当于普通变压器的二次侧线圈。根据测得的输出电压，就可以知道转子转角的大小。对励磁电压的相位移等于转子的转动角度，检测出相位，即可测出角位移。但旋转变压器又区别于普通变压器，其区别在于转、定子间有气隙，转子可以转动，旋转变压器的二次侧线圈(输出线圈)可随转子的转动而改变其与定子线圈的相对位置。一、二次侧线圈间的互感发生变化，由图4.11知，定子励磁绕组D1-D2的轴线在α=0处，转子绕组Z3-Z4的轴线与励磁绕组轴线夹角为α角。两极正余弦旋转变压器其输出电压与转角成正、余弦关系，它的电气工作原理图如图4.13所示，旋转变压器不带负载时。Z1-Z2、Z3-Z4开路，负载时Z1-Z2和Z3-Z4均可带负载阻抗形成闭合回路。空载时除D1-D2绕组中流有励磁电流If外其余绕组中均无电流，如图4.13(a)、(b)所示，该图为了说明工作原理分别画出余弦输出绕组Z3-Z4的绕组轴线与励磁绕组轴线夹角为∝角如图4.13(a)所示，正弦输出绕组Z1-Z2的绕组轴线与励磁绕组轴线的夹角为，如图4.13(b)正弦绕组元件匝数与磁动势分布见图4.14。1、空载运行