专题五十一 旋转变压器（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题五十一 旋转变压器（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.能准确列举旋转变压器的常见类型，并能描述定、转子的共性结构特点。

2.能结合电磁感应原理，完整阐述正余弦旋转变压器的工作过程。

3.能清晰对比线性旋转变压器与正余弦旋转变压器的核心差异。

4.能根据实际场景需求，正确选择适配的旋转变压器类型。

二、知识点梳理

一、旋转变压器的分类及结构特点

1.旋转变压器的分类

旋转变压器有多种分类方法。若按有无电刷和滑环的滑动接触分类,可分为接触式和无接触式两种。在无接触式中,还可再分为有限转角和无限转角两种。通常在无特别说明时,均指接触式旋转变压器。

若按电机的磁极对数分类,可分为单极对和多极对两种。通常在无特别说明时,均指单极对旋转变压器。在高精度双通道系统中则采用电气变速的双通道旋转变压器。

若按它的使用要求分类,可分为用于解算装置的旋转变压器和用于随动系统的旋转变压器。通常以此分类居多。

用于解算装置中的旋转变压器可分为以下四种基本形式:

①正余弦旋转变压器 当它的一次绕组施加单相交流电源励磁时,其二次绕组的两个输出电压分别与转子转角呈正弦和余弦函数关系。我国现在生产的有XZ系列。

②线性旋转变压器它是在一定的工作转角范围内,其输出电压与转子转角(通常单位为弧度rad)呈线性函数关系的一种旋转变压器。我国现在生产的有XX系列。

③比例式旋转变压器 除了在结构上增加了一个带有调整和锁紧转子位置的装置外,其他都与正余弦旋转变压器相同。在系统中作为调整电压的比例元件。我国现在生产的有XL系列。

④特殊函数旋转变压器它是在一定转角范围内,输出电压与转子转角呈某一给定的函数关系(如正割函数、倒数函数、弹道函数,圆函数及对数函数等)的一种旋转变压器。它的工作原理和结构与正余弦旋转变压器基本相同。

2.旋转变压器的结构特点

旋转变压器的结构类似于普通绕线型感应电动机。为了获得良好的电气对称性,以提高旋转变压器的精度,它们都设计成两极隐极式的四绕组旋转变压器。图8-22所示为正余弦旋转变压器结构图。图8-23所示为旋转变压器的接线图。

旋转变压器的定子、转子铁心都是采用高磁导率的铁镍软磁合金片或高硅钢片经冲制、绝缘,叠装而成。为使旋转变压器的导磁性能沿气隙圆周各处均匀一致,在定子、转子铁心叠片时,采用每片错过一齿槽的旋转叠片法。在定子铁心的内圆周上和转子铁心的外圆周上都冲有均匀齿槽,里面各放置两套空间轴线互相垂直的绕组。其绕组通常采用高精度的正弦分布绕组。转子上的两套绕组分别通过滑环和电刷装置引出与外电路接通。

二、正余弦旋转变压器的工作原理

正余弦旋转变压器,通常为两极结构,定子上放置两套完全相同的正弦分布绕组,它们的空间位置相差90°电角度。其中一套绕组为励磁绕组,另一套绕组为补偿绕组,在一般情况下,它们的匝数及绕组系数都相同,统称定子绕组。在转子上也相似,也放置两套完全相同,空间位置相差90°电角度的绕组。其中一套绕组的输出电压与转子转角α成正弦函数关系,另一套绕组的输出电压与转子转角α成余弦函数关系,故称正余弦旋转变压器。

1.转子绕组开路--空载运行

转子绕组A、B开路,同时将定子补偿绕组C也开路,如图8-24所示。

在励磁绕组工上施加单相交流电压励磁,电压为Ud，并把励磁绕组的轴线方向确定为直轴即d轴,则补偿绕组轴线方向即为交轴,即q轴。这时磁路中产生直轴脉振磁通Φd,由直轴脉振磁通在励磁绕组中产生的感应电动势为  

                          Ed = 4.44fNdKdΦd            （8-10）   

式中  Nd —— 励磁绕组匝数；Kd —— 定子绕组基波绕组系数；Φd —— 直轴脉振磁通幅值。

2.转子绕组接通负载--负载运行

假设转子正弦输出绕组B和交轴的夹角仍为转子转角α，则旋转变压器转子绕组负载接线图如图8-25所示。

三、线性旋转变压器

线性旋转变压器是指转子的输出电压的大小与转子转角a成正比关系的旋转变压器,即U2=f(α)的函数曲线为一条直线。

正余弦旋转变压器的正弦输出绕组的输出电压大小与sinα成正比。当转子转角α用弧度作单位,且α在很小范围内时,sinα≈α。因此,正余弦旋转变压器在转子转角很小的情况下,可以作为线性旋转变压器来使用。在lαl≤14°范围内,sinα的线性误差不超过1%,如果要求线性误差不超过 0.1%,则α角旋转范围应小于 4.5°。

显然,这样小的转角范围不能满足实际使用的要求。为了扩大线性的角度范围,将四绕组旋转变压器进行适当连接,使输出电压与转子转角α呈如下函数关系            U2 ∝ sin α/1 + Kucos α

当选取最佳变比值Ku=0.54时,在转子偏转角α<60°范围内,线性误差不超过 0.1%。但在实际设计中,因最佳变比还与其他参数有关,通常选取变比Ku=0.56~0.57,对机座号较小的线性旋转变压器,其最佳变比取较大值。

三、真题练讲

1.（2023年河北省统一考试）旋转变压器不能用于以下哪种场合？（  ）

A. 机床伺服系统的角度检测

B. 雷达天线的转角控制