旋转变压器的结构

发表于 2019-06-11 09:59:20 收藏 已收藏
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旋转变压器的结构

发表于 2019-06-11 09:59:20
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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”。 

旋转变压器的结构

根据转子电信号引进、引出的方式,分为有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。在有刷旋转变压器中,定、转子上都有绕组。转子绕组的电信号,通过滑动接触,由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在,使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。因此目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少,我们着重于介绍无刷旋转变压器。 

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。

有刷式旋转变压器

旋转变压器的结构

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,目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少,我们着重于介绍无刷旋转变压器。。

无刷式旋转变压器

旋转变压器的结构

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。

旋转变压器的结构

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。

环形变压器式旋转变压器

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。

磁阻式旋转变压器

旋转变压器的结构

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。两相绕组的输出信号,仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号。

转子磁极形状作特殊设计,使得气隙磁场近似于正弦形。转子形状的设计也必须满足所要求的极数。可以看出,转子的形状决定了极对数和气隙磁场的形状。

旋转变压器的结构

磁阻式旋转变压器一般都做成分装式,不组合在一起,以分装形式提供给用户,由用户自己组装配合。

旋转变压器结构特点

旋变的定、转子上都分别嵌放有两个匝数、线径、几何尺寸等完全相同且正交 90°的绕组,定转子绕组都可用作励磁或输出,即定子绕组作为励磁,则转子绕组作为输出,反之亦可。一次侧一个绕组通电励磁, 另一个正交绕组短路作补偿, 以矫正磁路不对称造成的励磁磁轴偏移。由于多极旋变的工艺误差已被多极分割得很小, 对励磁磁轴偏移的影响亦很小, 所以通常多级旋变不设短路补偿绕组。二次侧一个绕组为正弦输出绕组, 另一个为余弦输出绕组。线性旋变一次侧与二次侧一个绕组串联励磁, 二次侧另一个绕组作线性输出。转子绕组接在集电环上, 通过金属电刷与外部出线端相连。

旋转变压器的结构

图示:正余弦旋变和线性旋变示意图

旋转变压器有单极对与多极对差别。多极旋变,是一种极对数 p 大于1的正余弦旋变, 其精度随极对数的增大而提高。一台多极旋变常和一台1对极旋变组装成一体(可以是共铁心共磁路, 也可以是分铁心分磁路),称双通道多极旋变。其中,1对极部分称为粗机,在系统中起定位作用。粗机一周之内只有一个基准电气零位,而精机(多极部分)有多少对极就有多少个不确定的电气零位,只有粗、精机零位最接近的那个电气零位,才是共同的基准电气零位。以此电气零位为基准,输出信号才能符合对应的函数关系,精机常在系统中起精测作用。

旋变的主要作用是获得高精度的位置信号,因此在设计、材料选用、机械加工等方面都特别讲究。例如,旋变的铁心冲片常选用高导磁性能的坡莫合金,冲片绝缘采用氧化膜处理。针对组装式旋变,电刷丝(片)应选用弹性好、耐磨、接触电阻小的银铜合金材料,转动部分装设滚珠轴承。

从结构形式上,旋变可分为有刷(有接触式)旋变、无刷(无接触式)旋变和比例式旋变。有刷旋变的转子绕组通过集电环和电刷与外部电路接通,其优点是工艺性好、制造简单, 缺点是有接触、可靠性差。无刷旋变一般用环形变压器将电源从定子耦合到转子上,给励磁绕组励磁,没有集电环和电刷,其优点是可靠性好、寿命长,缺点是工艺难度大、磁阻大、灵敏度低。为了解决灵敏度低的问题,无刷旋变多采用几千赫的高频电源励磁。比例式旋变也称为微型感应调压器,是一种可调输出的有限转角正余弦旋变,转子电路用卷绕的铍青铜簧片与外电路接通,卷角相对于基准电气零位大于 360°。实际应用时,调整比例式旋变轴上的齿轮机构,便能得到所需要的电压,再用锁紧螺钉锁住即可,其优点是能得到不同比例的电压,缺点是锁紧机构抗振性差。

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