线性旋转变压器研究

杨 勇

（吉林电子信息职业技术学院 机电工程学院，吉林 吉林132021）

旋转变压器是自动装置中较常用的精密控制电机。当旋转变压器的定子绕组施加单相交流电时，其转子绕组输出的电压与转子转角成正弦余弦关系或线性关系等函数关系。旋转变压器有正余弦旋转变压器和线性旋转变压器等。文章主要介绍线性旋转变压器。

1 旋转变压器基本结构

旋转变压器基本结构与绕线式异步电动机类似，其定子、转子铁芯通常采用高磁导率的铁镍硅钢片冲叠而成，在定子铁芯和转子铁芯上分别冲有均匀分布的槽，里边分别安装有两个在空间上互相垂直的绕组，通常设计为2极，转子绕组经电刷和集电环引出。

2 线性旋转变压器的工作原理

线性旋转变压器的定子铁芯槽中装有两套完全相同的绕组D1D2和D3D4，但在空间上相差90°。每套绕组的有效匝数为N0，其中D1D2绕组为直轴绕组，D3D4绕组为交轴绕组。转子铁芯槽中也装有两套完全相同的绕组Z1Z2和Z3Z4，在空间上也相差90°，每套绕组的有效匝数为N2。转子上的输出绕组Z1Z2的轴线与定子的直轴之间的角度叫做转子的转角。

线性旋转变压器输出电压与转子转角成正比关系。事实上正余弦旋转变压器在转子转角θ很小的时候近似有sinθ=θ，此时就可看作一台线旋转变压器。在转角不超过±4.5°时，线性度在±0.1%以内。若要扩大转子转角范围，可将正余弦旋转变压器的线路进行改接，如图1所示，定子绕组D1D2与转子绕组Z1Z2串联后接到交流电源UD上，定子交轴绕组D3D4作为补偿绕组直接短接或接阻抗短接，Z3Z4接负载ZL输出电压信号。

图1 线性旋转变压器接线图

交轴绕组作补偿绕组而短接，可以认为交轴分量磁场Fq被完全抵消，故单相电流接入绕组后产生的脉振磁通Φd是一个直轴脉振磁通，它与励磁绕组、余弦正弦绕组交链而分别产生感应电动势为ED12=4.44fNDΦd，EZ12=4.44fNDΦdcosθ，EZ34=4.44fNDΦdsinθ，这些电势都是由脉振磁通Φd所产生，故它们在时间上是同相位的。若不计定子、转子绕组的漏阻抗压降，根据电势平衡关系整理得

UZ≈E234=4.44fNZΦdsinθ 正弦绕组

Z3Z4的输出电压为

当κ=0.52时，θ=±60°的范围内，输出电压UZ和转角θ成线性关系，线性误差不超过0.1%,因而一台正余弦旋转变压器如按图1接线，在转子转角在±60°范围内可作为线性旋转变压器使用。

3 线性旋转变压器的应用

旋转变压器是一种结构和制造工艺都十分精致的控制电机，常在自动控制系统中作解算元件，可进行矢量求解、坐标变换、加减乘除运算、微分积分运算，也可在角度传输系统中作自整角机使用。线性旋转变压器主要用于将转角转换成电信号的场合。

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