楊 勇

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林132021）

旋轉(zhuǎn)變壓器是自動(dòng)裝置中較常用的精密控制電機(jī)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加單相交流電時(shí)，其轉(zhuǎn)子繞組輸出的電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦余弦關(guān)系或線性關(guān)系等函數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器有正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器和線性旋轉(zhuǎn)變壓器等。文章主要介紹線性旋轉(zhuǎn)變壓器。

1 旋轉(zhuǎn)變壓器基本結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)變壓器基本結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)類似，其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯通常采用高磁導(dǎo)率的鐵鎳硅鋼片沖疊而成，在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯上分別沖有均勻分布的槽，里邊分別安裝有兩個(gè)在空間上互相垂直的繞組，通常設(shè)計(jì)為2極，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)電刷和集電環(huán)引出。

2 線性旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

線性旋轉(zhuǎn)變壓器的定子鐵芯槽中裝有兩套完全相同的繞組D1D2和D3D4，但在空間上相差90°。每套繞組的有效匝數(shù)為N0，其中D1D2繞組為直軸繞組，D3D4繞組為交軸繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯槽中也裝有兩套完全相同的繞組Z1Z2和Z3Z4，在空間上也相差90°，每套繞組的有效匝數(shù)為N2。轉(zhuǎn)子上的輸出繞組Z1Z2的軸線與定子的直軸之間的角度叫做轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。

線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。事實(shí)上正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ很小的時(shí)候近似有sinθ=θ，此時(shí)就可看作一臺(tái)線旋轉(zhuǎn)變壓器。在轉(zhuǎn)角不超過±4.5°時(shí)，線性度在±0.1%以內(nèi)。若要擴(kuò)大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角范圍，可將正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的線路進(jìn)行改接，如圖1所示，定子繞組D1D2與轉(zhuǎn)子繞組Z1Z2串聯(lián)后接到交流電源UD上，定子交軸繞組D3D4作為補(bǔ)償繞組直接短接或接阻抗短接，Z3Z4接負(fù)載ZL輸出電壓信號(hào)。

圖1 線性旋轉(zhuǎn)變壓器接線圖

交軸繞組作補(bǔ)償繞組而短接，可以認(rèn)為交軸分量磁場Fq被完全抵消，故單相電流接入繞組后產(chǎn)生的脈振磁通Φd是一個(gè)直軸脈振磁通，它與勵(lì)磁繞組、余弦正弦繞組交鏈而分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢為ED12=4.44fNDΦd，EZ12=4.44fNDΦdcosθ，EZ34=4.44fNDΦdsinθ，這些電勢都是由脈振磁通Φd所產(chǎn)生，故它們在時(shí)間上是同相位的。若不計(jì)定子、轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗壓降，根據(jù)電勢平衡關(guān)系整理得

UZ≈E234=4.44fNZΦdsinθ 正弦繞組

Z3Z4的輸出電壓為

當(dāng)κ=0.52時(shí)，θ=±60°的范圍內(nèi)，輸出電壓UZ和轉(zhuǎn)角θ成線性關(guān)系，線性誤差不超過0.1%,因而一臺(tái)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器如按圖1接線，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角在±60°范圍內(nèi)可作為線性旋轉(zhuǎn)變壓器使用。

3 線性旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種結(jié)構(gòu)和制造工藝都十分精致的控制電機(jī)，常在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作解算元件，可進(jìn)行矢量求解、坐標(biāo)變換、加減乘除運(yùn)算、微分積分運(yùn)算，也可在角度傳輸系統(tǒng)中作自整角機(jī)使用。線性旋轉(zhuǎn)變壓器主要用于將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的場合。

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