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1、自动控制元件自动控制元件第四章第四章 旋转变压器旋转变压器n n旋转变压器是一种输出电压与角位移呈连续函数旋转变压器是一种输出电压与角位移呈连续函数关系的感应式微电机。关系的感应式微电机。n n它的结构与绕线式异步电动机相似，由定子和转它的结构与绕线式异步电动机相似，由定子和转子两大部分组成，从物理本质上看，旋转变压器子两大部分组成，从物理本质上看，旋转变压器也可以看成一种可以转动的变压器。这种变压器也可以看成一种可以转动的变压器。这种变压器的原边绕组放置在定子上，而副边绕组放置在转的原边绕组放置在定子上，而副边绕组放置在转子上，原、副边绕组之间的电磁耦合程度与转子子上，原、副边绕组之间的电磁
2、耦合程度与转子的转角有关，因而，当它的原边绕组外施单相交的转角有关，因而，当它的原边绕组外施单相交流电压励磁时，副边绕组输出电压的幅值将与转流电压励磁时，副边绕组输出电压的幅值将与转 子的转角有关。子的转角有关。普通变压器普通变压器普通变压器普通变压器普通变压器普通变压器普通变压器普通变压器旋转变压器结构和分类旋转变压器结构和分类n n分类：1）正余弦旋转变压器 2）线性旋转变压器 3）比例式旋转变压器 4）特殊旋转变压器旋转变压器的结构旋转变压器的结构正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器n n旋转变压器可以看作旋转变压器可以看作是原边（定子）与副是原边（定子）与副边（转子）绕组之间边（转子）绕组
3、之间的电磁耦合程度能随的电磁耦合程度能随转子转角改变而改变转子转角改变而改变的变压器。的变压器。n n正、余弦旋转变压器正、余弦旋转变压器则能满足输出电压与则能满足输出电压与转子转角保持正、余转子转角保持正、余弦函数关系。弦函数关系。正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行n n空载运行时各绕组的感应电势空载运行时各绕组的感应电势 1)1)励磁绕组励磁绕组D1D2D1D2中的感应电势（有效值）中的感应电势（有效值）电压平衡方程式电压平衡方程式忽略漏阻抗压降时忽略漏阻抗压降时正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行2）定
4、子绕组D3D4中的感应电势为零正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行3 3）转子）转子Z1Z2Z1Z2绕组中的感应电势绕组中的感应电势正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行4 4）转子绕组）转子绕组Z3Z4Z3Z4中的感应电势中的感应电势正余弦旋转变压器的空载运行正余弦旋转变压器的空载运行n n可见，空载且励磁电压保持不变时，转子输出绕组Z1Z2的输出电压与转子转角呈余弦函数关系；而转子输出绕组Z3Z4的输出电压与转子转角呈正弦函数关系。因此，称Z1Z2绕组为余弦输出绕组，Z3Z4绕组为正弦输出绕组。正余弦旋转变压器的负载运行正余弦旋转变压器的负载运行正余弦旋转变压
5、器的负载运行正余弦旋转变压器的负载运行n n引起输出电压畸变的引起输出电压畸变的主要原因是副边电流主要原因是副边电流所产生的交轴磁密分所产生的交轴磁密分量所对应的磁通量所对应的磁通正余弦旋转变压器的负载运行正余弦旋转变压器的负载运行n n交轴磁通是怎样引起输出特性畸变的呢？交轴磁通是怎样引起输出特性畸变的呢？交轴磁通幅值：交轴磁通幅值：与与Z3Z4Z3Z4绕组匝链的交轴磁通：绕组匝链的交轴磁通：在在Z3Z4Z3Z4绕组中感应的电势：绕组中感应的电势：正余弦旋转变压器的负载运行正余弦旋转变压器的负载运行n n可见，交轴磁通是旋转变压器负载后输出特性曲线畸变的主要原因。为了改善系统性能，就应该消除
6、交轴磁通的影响。消除输出特性畸变的方法也称为补偿。n n补偿的方法有：1）副边补偿 2）原边补偿副边补偿的正余弦旋转变压器副边补偿的正余弦旋转变压器转子绕组中的电势转子绕组中的电势转子绕组中的电流转子绕组中的电流副边补偿的正余弦旋转变压器副边补偿的正余弦旋转变压器n n副边完全补偿的条件：副边完全补偿的条件：n n或或n n得得副边补偿的正余弦旋转变压器副边补偿的正余弦旋转变压器 在副边对称补偿时，转子绕组电流所产生的磁密直在副边对称补偿时，转子绕组电流所产生的磁密直轴分量分别为轴分量分别为 转子绕组电流所产生的合成去磁直轴磁密转子绕组电流所产生的合成去磁直轴磁密副边补偿的正余弦旋转变压器副边
7、补偿的正余弦旋转变压器n n在副边对称补偿在副边对称补偿(完全补偿）时，可得出以下结论：完全补偿）时，可得出以下结论：1 1）在旋转变压器副边接入对称负载时，副边电流产）在旋转变压器副边接入对称负载时，副边电流产生磁通的交轴分量正好得到完全补偿。生磁通的交轴分量正好得到完全补偿。2 2）副边电流产生的合成磁通始终在直轴去磁方向上）副边电流产生的合成磁通始终在直轴去磁方向上（与励磁磁通方向相反），在电源电压及负载不变的（与励磁磁通方向相反），在电源电压及负载不变的情况下，副边电流产生的合成磁通是与转子转角无关情况下，副边电流产生的合成磁通是与转子转角无关的常量。的常量。3 3）副边补偿时，旋转变
8、压器的励磁电流、输入功率）副边补偿时，旋转变压器的励磁电流、输入功率和输入阻抗均不随转角的改变而变化。和输入阻抗均不随转角的改变而变化。原边补偿的正余弦旋转变压器原边补偿的正余弦旋转变压器原边补偿的正余弦旋转变压器原边补偿的正余弦旋转变压器 可以证明，当定子两相绕组的参数相同，可以证明，当定子两相绕组的参数相同，阻抗阻抗 与交流励磁电源内阻抗与交流励磁电源内阻抗 相等时，则转相等时，则转子输出绕组电流产生的交轴磁通对输出电压的子输出绕组电流产生的交轴磁通对输出电压的影响就能得到完全补偿，从而消除了输出电压影响就能得到完全补偿，从而消除了输出电压的畸的畸 变。由于原边补偿条件为变。由于原边补偿条
9、件为 ，故称，故称这种补偿为原边对称补偿。这种补偿为原边对称补偿。因为一般电源内阻抗很小，所以实际应用因为一般电源内阻抗很小，所以实际应用中经常把交轴绕组直接短路，同样可以达到补中经常把交轴绕组直接短路，同样可以达到补偿的目的。偿的目的。原、副边补偿的正余弦旋转变压器原、副边补偿的正余弦旋转变压器线性旋转变压器线性旋转变压器n n线性旋转变压器是指输出电压的大小与转子转角成正比的旋转变压器。空载时的线性旋转变压器的输出电压表达式空载时的线性旋转变压器的输出电压表达式若忽略绕组中的漏阻抗压降，则若忽略绕组中的漏阻抗压降，则空载时的线性旋转变压器空载时的线性旋转变压器 经数学推导证经数学推导证 明
10、，当明，当 时，在时，在 范围内，输出电压与转子转角成线性关系，并且范围内，输出电压与转子转角成线性关系，并且和理想直线相比较，误差不超过和理想直线相比较，误差不超过0.1%0.1%。负载时的线性旋转变压器负载时的线性旋转变压器 因采用原边对称补偿，其负载电流所产生的磁密交轴因采用原边对称补偿，其负载电流所产生的磁密交轴分量也可以得到完全补偿分量也可以得到完全补偿 ，因此，在气隙中仍然只有直轴，因此，在气隙中仍然只有直轴磁通。在忽略绕组阻抗条件下，负载时输出电压仍和空载磁通。在忽略绕组阻抗条件下，负载时输出电压仍和空载时一样。时一样。旋转变压器的应用旋转变压器的应用一、旋转变压器测量角差一、旋
11、转变压器测量角差旋转变压器测量角差旋转变压器测量角差（1 1）时时 输出电压：输出电压：旋转变压器测量角差旋转变压器测量角差（2 2）时时当忽略绕组阻抗时，当忽略绕组阻抗时，输出电压：输出电压：式中式中旋转变压器的应用旋转变压器的应用二、用旋转变压器二、用旋转变压器求反三角函数求反三角函数已知已知E1E1、E2E2，求角求角 ，使，使即即旋转变压器的应用旋转变压器的应用三、比例式旋转变压器三、比例式旋转变压器旋转变压器的选用旋转变压器的选用一、旋转变压器的误差特性1.正余弦函数误差2.零位电压和零位误差3.输出相位误差4.电气误差5.线性误差旋转变压器的选用旋转变压器的选用n n旋转变压器按其各类误差的大小，分为四个精度等旋转变压器按其各类误差的大小，分为四个精度等级。各级精度的各类误差范围见表级。各级精度的各类误差范围见表旋转变压器的选用旋转变压器的选用二、使用条件对误差特性的影响1.励磁电压的影响2.励磁频率的影响3.温度变化对旋转变压器性能的影响习题习题习题46习题48