旋轉(zhuǎn)變壓器

定子繞組D1-D2接交流電源激磁，轉(zhuǎn)子繞組Z1－Z2接負(fù)載ZL當(dāng)主令軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)θ角時(shí),轉(zhuǎn)子各繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓分別為

式中k為一相定、轉(zhuǎn)子繞組的有效匝數(shù)比（變比）。如用轉(zhuǎn)子繞組激磁,定子繞組輸出時(shí)表達(dá)式相同（只是k值不同）。采用不同接線方式或不同的繞組結(jié)構(gòu)，可以獲得與轉(zhuǎn)角成不同函數(shù)關(guān)系的輸出電壓。采用不同的結(jié)構(gòu)還可以制成彈道函數(shù)、圓函數(shù)、鋸齒波函數(shù)等特種用途的旋轉(zhuǎn)變壓器。

利用兩臺(tái)相同的正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器可組成單通道測(cè)角系統(tǒng)。一臺(tái)旋轉(zhuǎn)變壓器為發(fā)送機(jī),另一臺(tái)為控制變壓器。發(fā)送機(jī)由交流電源激磁。旋轉(zhuǎn)變壓器的精度為6′,單通道系統(tǒng)的精度不小于6′。為了提高系統(tǒng)的控制精度,可采用雙通道測(cè)角系統(tǒng)（圖2）。用四臺(tái)結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)變壓器,兩臺(tái)XZ1與XZ2組成粗通道測(cè)角系統(tǒng),另外兩臺(tái)XZ3與XZ4組成精通道測(cè)角系統(tǒng)。XZ1與XZ3、XZ2與XZ4分別通過(guò)升速比為i(i=15～30)的升速器相連接。當(dāng)主令軸帶動(dòng)粗通道的XZ1轉(zhuǎn)過(guò)θ1角時(shí)，精通道的XZ3將轉(zhuǎn)過(guò)iθ1角，XZ2與負(fù)載同軸，其轉(zhuǎn)角為θ2時(shí)，XZ4的轉(zhuǎn)角為iθ2。粗通道的輸出電壓Uc1=kUr sinδ，精通道XZ4的輸出電壓為Uc2=kUrsiniδ,式中δ=θ1－θ2。二者的輸出電壓經(jīng)過(guò)粗精轉(zhuǎn)換器處理后再經(jīng)放大裝置驅(qū)動(dòng)負(fù)載。應(yīng)用雙通道測(cè)角系統(tǒng)可組成雙通道伺服系統(tǒng),當(dāng)誤差角δ較小時(shí)用精通道信號(hào)控制,誤差角δ較大時(shí)用粗通道信號(hào)控制。因此系統(tǒng)的控制精度最高可達(dá)3″～7″。為了減少減速器齒輪間隙造成的非線性誤差，可采用電氣變速式雙通道測(cè)角系統(tǒng)，即采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器。它是在一個(gè)機(jī)體內(nèi)安裝單極和多極兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)變壓器，而共用一根軸。用單極變壓器組成粗通道系統(tǒng)，多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成精通道系統(tǒng)。這樣既能提高精度又能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器基本相似，區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對(duì)固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)，而旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化,輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器在同步隨動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)中可用于傳遞轉(zhuǎn)角或電信號(hào)；在解算裝置中可作為函數(shù)的解算之用，故也稱為解算器。

旋轉(zhuǎn)變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，四極繞組則各有兩對(duì)磁極，主要用于高精度的檢測(cè)系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)。

按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，主要分三大類旋轉(zhuǎn)變壓器：

1.正--余弦旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系成正弦或余弦函數(shù)關(guān)系。

2.線性旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性函數(shù)關(guān)系。 線性旋轉(zhuǎn)變壓器按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分成隱極式和凸極式兩種。

3.比例式旋轉(zhuǎn)變壓器----其輸出電壓與轉(zhuǎn)角成比例關(guān)系。

多極型旋轉(zhuǎn)變壓器與多極型自整角機(jī)相似，其主要差別僅在于繞組的相數(shù)。多極式產(chǎn)品精度比兩極式要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器是將兩個(gè)極對(duì)數(shù)不等的旋轉(zhuǎn)變壓器合在一起。通常極對(duì)數(shù)少的稱為粗機(jī)，而極對(duì)數(shù)多的稱為精機(jī)。其結(jié)構(gòu)有共磁路和分磁路兩種形式。后者是將粗機(jī)、精機(jī)用機(jī)械組合成一體，各自繞組有單獨(dú)的鐵心，磁路分開(kāi)。前者是粗機(jī)、精機(jī)繞組同時(shí)嵌入鐵心中，繞組彼此獨(dú)立，磁路共用。上述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器組成為電氣變速的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。它不同于兩個(gè)相同且獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)變壓器和減速器組成機(jī)械變速的雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。因同步隨動(dòng)系統(tǒng)中采用機(jī)械變速的雙通道系統(tǒng)滿足不了要求，須采用電氣變速雙通道系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅把精度提高到秒極，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。

磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是一種多極旋轉(zhuǎn)變壓器的特殊形式。它利用磁阻原理實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換。定子鐵心開(kāi)有大、小齒，小齒均布在大齒的齒端部位，定子上大槽內(nèi)同時(shí)嵌入單相勵(lì)磁繞組和兩相輸出繞組。轉(zhuǎn)子鐵心是由均布的小齒的沖片疊成，其齒數(shù)即為極對(duì)數(shù)。勵(lì)磁繞組通電后，由于氣隙磁導(dǎo)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化，使得輸出繞組的輸出電壓變化周期即為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，起到多極形式的作用。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、精度高、且無(wú)接觸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，其精度為秒級(jí)。

旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和兩相繞線式異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，可分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子和轉(zhuǎn)子的鐵心由鐵鎳軟磁合金或硅鋼薄板沖成的槽狀心片疊成。它們的繞組分別嵌入各自的槽狀鐵心內(nèi)。定子繞組通過(guò)固定在殼體上的接線柱直接引出。轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷式和無(wú)刷式兩種結(jié)構(gòu)形式。

圖1是有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器。它的轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)滑環(huán)和電刷直接引出，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，但因電刷與滑環(huán)是機(jī)械滑動(dòng)接觸的，所以旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性差，壽命也較短。

圖1 有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器

圖2 無(wú)刷式旋轉(zhuǎn)變壓器

圖2是無(wú)刷式旋轉(zhuǎn)變壓器。它分為兩大部分，即旋轉(zhuǎn)變壓器本體和附加變壓器。附加變壓器的原、副邊鐵心及其線圈均成環(huán)形，分別固定于轉(zhuǎn)子軸和殼體上，徑向留有一定的間隙。旋轉(zhuǎn)變壓器本體的轉(zhuǎn)子繞組與附加變壓器原邊線圈連在一起，在附加變壓器原邊線圈中的電信號(hào)，即轉(zhuǎn)子繞組中的電信號(hào)，通過(guò)電磁耦合，經(jīng)附加變壓器副邊線圈間接地送出去。這種結(jié)構(gòu)避免了電刷與滑環(huán)之間的不良接觸造成的影響，提高了旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性及使用壽命，但其體積、質(zhì)量、成本均有所增加。

常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，四極繞組則有兩對(duì)磁極，主要用于高精度的檢測(cè)系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對(duì)式檢測(cè)系統(tǒng)。

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密角度、位置、速度檢測(cè)裝置，適用于所有使用旋轉(zhuǎn)編碼器的場(chǎng)合，特別是高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高震動(dòng)等旋轉(zhuǎn)編碼器無(wú)法正常工作的場(chǎng)合。由于旋轉(zhuǎn)變壓器以上特點(diǎn)，可完全替代光電編碼器，被廣泛應(yīng)用在伺服控制系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、機(jī)械工具、 汽車、電力、冶金、紡織、印刷、航空航天、船舶、兵器、電子、冶金、礦山、油田、水利、化工、輕工、建筑等領(lǐng)域的角度、位置檢測(cè)系統(tǒng)中。也可用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和角度數(shù)據(jù)傳輸、作為兩相移相器用在角度--數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中。

為了減少減速器齒輪間隙造成的非線性誤差，可采用電氣變速式雙通道測(cè)角系統(tǒng)，即采用多極旋轉(zhuǎn)變壓器。它是在一個(gè)機(jī)體內(nèi)安裝單極和多極兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)變壓器，而共用一根軸。用單極變壓器組成粗通道系統(tǒng)，多極旋轉(zhuǎn)變壓器組成精通道系統(tǒng)。這樣既能提高精度又能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 。

旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與兩相線繞式異步電動(dòng)機(jī)相似。在定、轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)分別嵌裝兩組軸線互相垂直的分布式繞組。為減小體積，鐵芯常采用坡莫合金等高磁導(dǎo)率材料疊裝而成。轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)滑環(huán)、電刷引出接線的為接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器；用環(huán)形變應(yīng)器耦合到定子上引出接線的為無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器。后者沒(méi)有接觸摩擦和無(wú)線電干擾 。

XZ旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角保持一定函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)。它是一種將角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的位移傳感器，也是能進(jìn)行坐標(biāo)換算和函數(shù)運(yùn)算的解算元件。旋轉(zhuǎn)變壓器廣泛應(yīng)用在民用和軍事工程的伺服系統(tǒng)中作為測(cè)角元件、坐標(biāo)變換元件和解算裝置 。