专题五十一 旋转变压器（课件）-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

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题五十一 旋转变压器 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 旋转变压器的常见分类（如正余弦旋转变压器、线性旋转变压器等） 线性旋转变压器与正余弦旋转变压器的核心功能差异是什么？ 考察“电磁感应”与“绕组空间位置夹角对磁耦合的影响” 考纲解读—考试要求 能明确区分线性旋转变压器与正余弦旋转变压器的核心功能差异。 能结合电磁感应原理，简要说明正余弦旋转变压器的工作过程。 能准确列举旋转变压器的常见类型，并能描述任意一类旋转变压器的核心结构特点。 4 考纲解读—易考题型 正余弦旋转变压器工作原理、线性与正余弦旋转变压器功能差异 简答题 旋转变压器结构特点、正余弦旋转变压器关键原理参数 填空题 旋转变压器的基础分类、核心结构部件识别 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、旋转变压器的分类及结构特点 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、旋转变压器的分类及结构特点 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、旋转变压器的分类及结构特点 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、旋转变压器的分类及结构特点 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、旋转变压器的分类及结构特点 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、正余弦旋转变压器的工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、正余弦旋转变压器的工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、正余弦旋转变压器的工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、正余弦旋转变压器的工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 三、线性旋转变压器 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°。 知识点梳理和重点概念复习 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 ∝ 当选取最佳变比值=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=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、线性旋转变压器 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：正余弦旋转变压器输出电动势E=KU1sinθ（或cosθ），其中θ为转子绕组轴线与定子励磁绕组轴线的夹角，直接决定输出电动势大小，故选B。 1.正余弦旋转变压器的输出电动势表达式中，θ代表（ ） A. 定子绕组轴线夹角 B. 转子绕组轴线与定子励磁绕组轴线的夹角 C. 励磁电压的相位角 D. 输出电压的相位角 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：线性旋转变压器是在正余弦旋转变压器基础上改进而来，超出设计的线性范围后，其输出特性会回归正余弦旋转变压器的三角函数关系，故选B。 2.线性旋转变压器若超出线性工作范围，其输出电压与转角的关系会（ ） A. 保持线性 B. 呈正余弦关系 C. 呈线性增长 D. 无规律变化 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：为保证磁场分布均匀，减少信号误差，旋转变压器定、转子之间的气隙需设计为均匀结构，故D描述错误，选D。 3.下列关于旋转变压器结构特点的描述，错误的是（ ） A. 定、转子铁芯均由硅钢片叠成 B. 绕组均绕制在铁芯槽内 C. 转子可通过转轴与被测机构连接 D. 定、转子之间气隙不均匀 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：旋转变压器的感应电动势频率与定子励磁电压频率一致，励磁频率升高时，感应电动势频率也随之升高，故选A。 4.正余弦旋转变压器工作时，若励磁电压频率升高，其感应电动势的频率会（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 变为0 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：线性旋转变压器的线性度是衡量其输出电压与转子转角之间线性关系好坏的指标，即线性相关程度，故选A。 5.线性旋转变压器的“线性度”是指（ ） A. 输出电压与转角的线性相关程度 B. 输出电压的稳定程度 C. 转角的测量精度 D. 励磁电压的线性变化程度 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：定、转子铁芯损耗增大会导致气隙磁场畸变，使感应电动势的正余弦特性偏离理想值，进而增大输出信号误差；A、B、D均有助于减少误差，故选C。 6.下列哪种情况会导致正余弦旋转变压器输出信号误差增大？（ ） A. 定、转子气隙均匀 B. 绕组匝数对称 C. 定、转子铁芯损耗增大 D. 励磁电压稳定 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：旋转变压器的变比K通常定义为转子绕组匝数与定子绕组匝数的比值，直接影响输出电动势大小（E=KU1sinθ），故选B。 7.正余弦旋转变压器的“变比”通常指（ ） A. 定子励磁电压与转子输出电压的比值 B. 定、转子绕组的匝数比 C. 励磁电流与输出电流的比值 D. 输入功率与输出功率的比值 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：线性旋转变压器多通过增加补偿绕组（如定子补偿绕组），抵消漏磁和铁芯损耗的影响，从而提高输出电压与转角的线性度，故选C。 8.线性旋转变压器通常采用哪种补偿方式来提高线性度？（ ） A. 电阻补偿 B. 电容补偿 C. 绕组补偿 D. 电感补偿 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：均匀 解析：气隙不均匀会导致不同转角下磁耦合程度异常，使输出电动势偏离理想特性，因此均匀气隙是保证旋转变压器输出精度的重要结构要求。 1.旋转变压器的气隙需设计为__________，以保证气隙磁场分布均匀，减少输出信号误差。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：减小 解析：转子绕组开路时，无感应电流产生，定、转子间磁耦合减弱，定子绕组感抗增大；根据欧姆定律，励磁电压不变时，感抗增大导致电流减小。 2.当正余弦旋转变压器的转子绕组开路时，其定子励磁电流会比绕组短路时__________。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：线性度 解析：线性度直接反映线性旋转变压器的核心性能——输出电压与转角的线性吻合程度，线性度越高，说明在工作范围内信号误差越小，控制精度越高。 3.线性旋转变压器的__________是衡量其输出电压与转子转角线性关系好坏的重要指标。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：绝对 解析：正余弦旋转变压器无需参考零点，可直接根据输出的正余弦信号计算转子相对于初始位置的实际转角，因此适用于绝对转角检测场景。 4.正余弦旋转变压器可用于检测转子的__________转角，并输出与转角呈正、余弦关系的电信号。 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：旋转变压器的感应电动势由定子交变磁场感应产生，其频率由励磁电压频率决定，两者始终保持一致，不会发生频率变化，故该说法正确。 1.正余弦旋转变压器的输出电动势频率与定子励磁电压频率一致。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：气隙不均匀会使不同转角下定、转子绕组的磁耦合程度异常，导致输出电动势偏离理想的正余弦或线性关系，进而“增大”信号误差，故该说法错误。 2.旋转变压器的气隙不均匀会导致输出信号误差减小。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：普通正余弦旋转变压器输出为三角函数关系，线性旋转变压器通过改变绕组分布、增设补偿绕组等设计，抵消非线性因素，在一定范围内实现线性输出，故该说法正确。 3.线性旋转变压器通过特殊的绕组结构和补偿方式，实现了输出电压与转角的线性关系。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：正余弦旋转变压器输出电动势由定子励磁电压、匝数比和转子转角决定，与转子转速无关，其核心是“转角”而非“转速”信号转换，故该说法错误。 4.正余弦旋转变压器的输出电动势幅值与转子转速有关。（ ） 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：旋转变压器按功能主要分为三类：①正余弦旋转变压器，核心功能是输出与转子转角呈正、余弦关系的感应电动势，用于绝对转角检测；②线性旋转变压器，核心功能是在±30°左右转角范围内，将转子转角信号线性转换为电压信号，适用于精准控制场景；③比例旋转变压器，核心功能是输出与转角无关、仅与定转子绕组匝数比相关的恒定电压，用于信号比例转换。 1.简述旋转变压器的常见分类及各类别的核心功能。 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：正余弦旋转变压器的结构特点主要有三点：①定、转子铁芯均由硅钢片叠压而成，气隙均匀，保证磁场分布稳定；②定、转子均绕制两相绕组，且两组绕组的轴线互成90°；③定子绕组通常作为励磁绕组（通入正弦交流电），转子绕组作为输出绕组（感应电动势），部分型号设有补偿绕组以减少误差。 2.说明正余弦旋转变压器的结构特点。 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：正余弦旋转变压器基于电磁感应原理工作，具体过程为：①向定子励磁绕组通入正弦交流电，在气隙中产生交变磁场；②转子绕组处于交变磁场中，因电磁感应产生感应电动势；③由于定、转子绕组轴线互成90°，转子转动时，定、转子绕组的磁耦合程度随转角θ变化；④最终转子两个输出绕组分别感应出与转角θ呈正弦、余弦关系的电动势。 3.简述正余弦旋转变压器的工作原理。 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：两者的核心功能差异在于输出电压与转子转角的关系不同：①正余弦旋转变压器的输出电压与转角呈正、余弦三角函数关系，适用于需要获取转角三角函数信号的场景；②线性旋转变压器在±30°左右的转角范围内，输出电压与转角呈线性关系，适用于需要将转角直接转化为线性电压信号的场景。 4.线性旋转变压器与正余弦旋转变压器的核心功能差异是什么？ 37 重点复习知识点： 1.旋转变压器三大常见分类：正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、比例旋转变压器。 2.三步关键过程：①定子励磁绕组通入正弦交流电，产生交变气隙磁场；②转子绕组因电磁感应产生感应电动势；③转子转角θ改变定、转子绕组磁耦合程度，使两个转子绕组分别输出与θ呈正弦、余弦关系的电动势。 3.“线性范围”与“功能差异”两大要点——线性范围通常为±30°，核心优势是该范围内输出电压与转角呈线性关系。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 38 $