一种大尺寸、双余度、无接触多极旋转变压器的研制

2010-06-19周奇慧李建好许兴斗刘永平刘春志

微特电机 2010年3期

周奇慧,李建好,许兴斗,刘永平,刘春志

(中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海 200233)

0 引言

旋转变压器是一种电感性精密角度传感测量元件,具有精度高、输出信号大、抗干扰能力强和环境适应性好等特点。无接触旋转变压器利用环形变压器,将激磁信号从定子耦合到转子,取代一般旋转变压器中电刷和滑环结构,省略了电刷与滑环的电接触和机械接触,具有更高的可靠性。

本项目是为某船舶研究所研制的,因系统较庞大,维护困难,用户对本产品的要求是机械尺寸大、可靠性高、尽量减少维护次数。为了满足系统对高可靠性的要求,本项目环形变压器和旋转变压器均采用冗余设计,即产品包含两个互为备份的无接触多极旋转变压器,进一步提高可靠性。同时,在项目的设计、工艺、试验方面采取了一些特殊的措施,满足了用户的需求。

1 电磁结构设计

产品的主要特点有:尺寸大、扁薄型(外形尺寸 Φ940 mm×195 mm);纯多极(极对数为 18);激磁频率高(2 000 Hz);变压比低(输入 7 V/输出 2 V)。结构尺寸大、扁薄型,使结构设计和加工难度增大;电压低、频率高,导致磁密低、抗干扰能力差、分布电容等对电气精度的影响增大。虽然电气误差的要求不是特别高(小于 ±1′),但是这种结构尺寸、频率和变压比还是有相当大的难度。

整体结构上采用双余度设计,环形变压器部分采用单体双备份,旋转变压器部分采用绕组备份。综合考虑各部分的机械强度,合理分配各零部件的结构尺寸。整体结构图如图1所示。

图1 整体结构图

为了保证电气精度,定、转子绕组均采用同心式正弦绕组,冲片材料采用冷轧无取向硅钢片。

为了提高抗干扰能力,合理分配环形变压器与旋转变压器两级参数匹配,尽量提高旋转变压器部分的激磁电压以提高其内部磁密。

2 可靠性设计

2.1 工艺可靠性的整体设计

工艺可靠性设计的整体思路为拼装式工艺,即所有零部件加工好后,分别压入机壳、轴套,不再进行车削、磨削等机加工,避免由此带来的多余物。

2.2 绝缘设计

环形变压器因尺寸大,无法采用常规的裹覆绝缘材料或做绝缘骨架等方法绝缘。为了解决绝缘问题,环形转子用FF4镀银铜芯聚四氟乙烯绝缘线直接在环形转子铁心上绕制。环形定子线圈用 FF4镀银铜芯聚四氟乙烯绝缘线在工装上绕制好预固定后,再塞入环形定子内,环形定子铁心齿上开两个沟槽,内插环氧板,用以固定支撑环形定子线圈。如图2所示。

图2 环形定子

2.3 环境适应性设计

为了保证振动等机械应力条件下的适应性,提高产品绝缘性能,旋转变压器绕组及环形变压器绕组采用浸漆工艺。

为了保证潮湿、霉菌、盐雾等条件下的适应性,定子内孔、转子外圆均喷环氧铁红底漆,机壳、轴套的非配合面喷军绿漆进行防护。

3 试验技术

转子的重量约 100 kg,加上转子试验工装的重量,大大超出光学分度头所能承受的最大重量(40 kg),无法采用传统的方法测试其电气性能。因此,试验时定制专用平台、试验工装,利用一能承重超过 100 kg的转台以及宽频带编码器,采用相对测试法以等效的方法测试其电气性能。试验安装示意图如3所示。由于该无接触多极旋转变压器的电气误差要求小于 ±1′,因此,基准双通道旋转变压器发送机的精机电气误差要求小于 10″(先在一般的光学分度头上校准基准旋转变压器的电气误差)。