旋轉(zhuǎn)變壓器，也可以簡(jiǎn)稱為旋變，是一種用于解算裝置和數(shù)字傳輸系統(tǒng)的信號(hào)電機(jī)。它的工作原理與普通變壓器沒有本質(zhì)差別， 不同之處是它的輸出繞組和勵(lì)磁繞組能作相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移， 從而改變輸出繞組與勵(lì)磁繞組的磁耦合度。因此，它的輸出電壓不但跟變比有關(guān)， 還與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有關(guān)。下面本文就根據(jù)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)變壓器的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

一旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　旋變的定、轉(zhuǎn)子上都分別嵌放有兩個(gè)匝數(shù)、線徑、幾何尺寸等完全相同且正交 90°的繞組，定轉(zhuǎn)子繞組都可用作勵(lì)磁或輸出，即定子繞組作為勵(lì)磁，則轉(zhuǎn)子繞組作為輸出，反之亦可。一次側(cè)一個(gè)繞組通電勵(lì)磁， 另一個(gè)正交繞組短路作補(bǔ)償， 以矯正磁路不對(duì)稱造成的勵(lì)磁磁軸偏移。由于多極旋變的工藝誤差已被多極分割得很小， 對(duì)勵(lì)磁磁軸偏移的影響亦很小， 所以通常多級(jí)旋變不設(shè)短路補(bǔ)償繞組。二次側(cè)一個(gè)繞組為正弦輸出繞組， 另一個(gè)為余弦輸出繞組。線性旋變一次側(cè)與二次側(cè)一個(gè)繞組串聯(lián)勵(lì)磁， 二次側(cè)另一個(gè)繞組作線性輸出。轉(zhuǎn)子繞組接在集電環(huán)上， 通過金屬電刷與外部出線端相連。

圖示：正余弦旋變和線性旋變示意圖

　　旋轉(zhuǎn)變壓器有單極對(duì)與多極對(duì)差別。多極旋變，是一種極對(duì)數(shù) p 大于1的正余弦旋變， 其精度隨極對(duì)數(shù)的增大而提高。一臺(tái)多極旋變常和一臺(tái)1對(duì)極旋變組裝成一體(可以是共鐵心共磁路， 也可以是分鐵心分磁路)，稱雙通道多極旋變。其中，1對(duì)極部分稱為粗機(jī)，在系統(tǒng)中起定位作用。粗機(jī)一周之內(nèi)只有一個(gè)基準(zhǔn)電氣零位，而精機(jī)(多極部分)有多少對(duì)極就有多少個(gè)不確定的電氣零位，只有粗、精機(jī)零位最接近的那個(gè)電氣零位，才是共同的基準(zhǔn)電氣零位。以此電氣零位為基準(zhǔn)，輸出信號(hào)才能符合對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，精機(jī)常在系統(tǒng)中起精測(cè)作用。

　　旋變的主要作用是獲得高精度的位置信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)、材料選用、機(jī)械加工等方面都特別講究。例如，旋變的鐵心沖片常選用高導(dǎo)磁性能的坡莫合金，沖片絕緣采用氧化膜處理。針對(duì)組裝式旋變，電刷絲(片)應(yīng)選用彈性好、耐磨、接觸電阻小的銀銅合金材料，轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝設(shè)滾珠軸承。

　　從結(jié)構(gòu)形式上，旋變可分為有刷(有接觸式)旋變、無(wú)刷(無(wú)接觸式)旋變和比例式旋變。有刷旋變的轉(zhuǎn)子繞組通過集電環(huán)和電刷與外部電路接通，其優(yōu)點(diǎn)是工藝性好、制造簡(jiǎn)單， 缺點(diǎn)是有接觸、可靠性差。無(wú)刷旋變一般用環(huán)形變壓器將電源從定子耦合到轉(zhuǎn)子上，給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，沒有集電環(huán)和電刷，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性好、壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是工藝難度大、磁阻大、靈敏度低。為了解決靈敏度低的問題，無(wú)刷旋變多采用幾千赫的高頻電源勵(lì)磁。比例式旋變也稱為微型感應(yīng)調(diào)壓器，是一種可調(diào)輸出的有限轉(zhuǎn)角正余弦旋變，轉(zhuǎn)子電路用卷繞的鈹青銅簧片與外電路接通，卷角相對(duì)于基準(zhǔn)電氣零位大于 360°。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，調(diào)整比例式旋變軸上的齒輪機(jī)構(gòu)，便能得到所需要的電壓，再用鎖緊螺釘鎖住即可，其優(yōu)點(diǎn)是能得到不同比例的電壓，缺點(diǎn)是鎖緊機(jī)構(gòu)抗振性差。

二旋轉(zhuǎn)變壓器的分類

　　按用途進(jìn)行分類，旋變通常分為正余弦旋變和線性旋變。正余弦旋變的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正余弦函數(shù)關(guān)系。線性旋變本身也是正余弦旋變，只是作為線性旋變時(shí)，變比K必須在0.56~0.59 之間 (一般取K = 0.565)，并且勵(lì)磁繞組必須與余弦輸出繞組串聯(lián)后勵(lì)磁，這樣輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角在0°~ 60°之間呈線性關(guān)系，線性誤差小于0.1% ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

三如何提高旋轉(zhuǎn)變壓器的精度

01電磁增角法增加旋轉(zhuǎn)變壓器精度

　　旋轉(zhuǎn)變壓器的極對(duì)數(shù)增大能使其精度提高，可從兩個(gè)方面來(lái)分析：

　　一方面，一臺(tái)圓形電機(jī)，圓周機(jī)械角度恒等于 360°，而其電角度的大小則與極對(duì)數(shù) p有關(guān)，圓周總的電角度為 p*360°。從這一概念來(lái)看，多極旋變 (精機(jī))已將有限的機(jī)械角度放大了 p 倍，即在精機(jī)有勵(lì)磁的情況下， 即使定、轉(zhuǎn)子之間僅有微小的相對(duì)角度位移， 其輸出電信號(hào)的幅值也會(huì)有顯著變化，這就提高了機(jī)械角位移的分辨力。

　　另一方面，從微分學(xué)概念來(lái)看，任何一個(gè)圓可理解為由若干非常短的線段組成，多極旋變的極對(duì)數(shù)越大，受齒、槽、氣隙不均等因素的影響就越小，就可以達(dá)到非常高的角位移精度， 即工藝誤差、磁路不對(duì)稱會(huì)隨旋變極對(duì)數(shù)的增大而被分割。極對(duì)數(shù)越大，誤差分割得越小，多極旋變的精度也就越高。

02機(jī)械增角法增加旋轉(zhuǎn)變壓器精度

　　前面介紹了采用電磁增角法提高旋變精度的原理，在實(shí)際工作中也可用機(jī)械增角法提高旋變精度。即用齒輪增速原理將兩臺(tái)同型號(hào)1對(duì)極旋變嚙合起來(lái)，類似一臺(tái)雙通道多極旋變，稱為機(jī)械增角旋變，早期應(yīng)用的就是這種結(jié)構(gòu)形式的多極旋變。其中，低速主動(dòng)輪旋變類似目前雙通道多極旋變的粗機(jī)，高速?gòu)膭?dòng)輪旋變類似于精機(jī)，增速比等效于極對(duì)數(shù)。在忽略齒輪分度和嚙合誤差影響的前提下，機(jī)械增角旋變的分辨力可隨增速比n提高n倍，精度也可隨之提高。

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