旋轉變壓器工作原理

定子繞組D1-D2接交流電源激磁，轉子繞組Z1－Z2接負載ZL當主令軸帶動轉子轉過θ角時,轉子各繞組中產生的感應電壓分別為

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

利用兩臺相同的正、余弦旋轉變壓器可組成單通道測角系統(tǒng)。一臺旋轉變壓器為發(fā)送機,另一臺為控制變壓器。發(fā)送機由交流電源激磁。旋轉變壓器的精度為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,可采用雙通道測角系統(tǒng)（圖2）。用四臺結構相同的旋轉變壓器,兩臺XZ1與XZ2組成粗通道測角系統(tǒng),另外兩臺XZ3與XZ4組成精通道測角系統(tǒng)。XZ1與XZ3、XZ2與XZ4分別通過升速比為i(i=15～30)的升速器相連接。當主令軸帶動粗通道的XZ1轉過θ1角時，精通道的XZ3將轉過iθ1角，XZ2與負載同軸，其轉角為θ2時，XZ4的轉角為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)過粗精轉換器處理后再經(jīng)放大裝置驅動負載。應用雙通道測角系統(tǒng)可組成雙通道伺服系統(tǒng),當誤差角δ較小時用精通道信號控制,誤差角δ較大時用粗通道信號控制。因此系統(tǒng)的控制精度最高可達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角系統(tǒng)，即采用多極旋轉變壓器。它是在一個機體內安裝單極和多極兩臺旋轉變壓器，而共用一根軸。用單極變壓器組成粗通道系統(tǒng)，多極旋轉變壓器組成精通道系統(tǒng)。這樣既能提高精度又能簡化結構。

按輸出電壓與轉子轉角間的函數(shù)關系，主要分三大類旋轉變壓器：

1.正--余弦旋轉變壓器----其輸出電壓與轉子轉角的函數(shù)關系成正弦或余弦函數(shù)關系。

2.線性旋轉變壓器----其輸出電壓與轉子轉角成線性函數(shù)關系。 線性旋轉變壓器按轉子結構又分成隱極式和凸極式兩種。

3.比例式旋轉變壓器----其輸出電壓與轉角成比例關系。

多極型旋轉變壓器與多極型自整角機相似，其主要差別僅在于繞組的相數(shù)。多極式產品精度比兩極式要高一個數(shù)量級以上。

雙通道旋轉變壓器是將兩個極對數(shù)不等的旋轉變壓器合在一起。通常極對數(shù)少的稱為粗機，而極對數(shù)多的稱為精機。其結構有共磁路和分磁路兩種形式。后者是將粗機、精機用機械組合成一體，各自繞組有單獨的鐵心，磁路分開。前者是粗機、精機繞組同時嵌入鐵心中，繞組彼此獨立，磁路共用。上述兩個旋轉變壓器組成為電氣變速的雙通道旋轉變壓器系統(tǒng)。它不同于兩個相同且獨立的旋轉變壓器和減速器組成機械變速的雙通道旋轉變壓器系統(tǒng)。因同步隨動系統(tǒng)中采用機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，而且結構簡單、可靠。

磁阻式旋轉變壓器是一種多極旋轉變壓器的特殊形式。它利用磁阻原理實現(xiàn)電信號轉換。定子鐵心開有大、小齒，小齒均布在大齒的齒端部位，定子上大槽內同時嵌入單相勵磁繞組和兩相輸出繞組。轉子鐵心是由均布的小齒的沖片疊成，其齒數(shù)即為極對數(shù)。勵磁繞組通電后，由于氣隙磁導隨著轉子轉角變化，使得輸出繞組的輸出電壓變化周期即為轉子的齒數(shù)，起到多極形式的作用。其結構簡單、尺寸小、精度高、且無接觸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，其精度為秒級。

旋轉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、副邊繞組是相對固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)，而旋轉變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉子的角位移發(fā)生相對位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉子角位移而發(fā)生變化,輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正弦、余弦函數(shù)關系，或保持某一比例關系，或在一定轉角范圍內與轉角成線性關系。旋轉變壓器在同步隨動系統(tǒng)及數(shù)字隨動系統(tǒng)中可用于傳遞轉角或電信號；在解算裝置中可作為函數(shù)的解算之用，故也稱為解算器。

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

旋轉變壓器的結構和兩相繞線式異步電機的結構相似，可分為定子和轉子兩大部分。定子和轉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。定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。轉子繞組有兩種不同的引出方式。根據(jù)轉子繞組兩種不同的引出方式，旋轉變壓器分為有刷式和無刷式兩種結構形式。

圖1是有刷式旋轉變壓器。它的轉子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出，其特點是結構簡單，體積小，但因電刷與滑環(huán)是機械滑動接觸的，所以旋轉變壓器的可靠性差，壽命也較短。

圖1 有刷式旋轉變壓器

圖2 無刷式旋轉變壓器

圖2是無刷式旋轉變壓器。它分為兩大部分，即旋轉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，分別固定于轉子軸和殼體上，徑向留有一定的間隙。旋轉變壓器本體的轉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，即轉子繞組中的電信號，通過電磁耦合，經(jīng)附加變壓器副邊線圈間接地送出去。這種結構避免了電刷與滑環(huán)之間的不良接觸造成的影響，提高了旋轉變壓器的可靠性及使用壽命，但其體積、質量、成本均有所增加。

常見的旋轉變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉子各有一對磁極，四極繞組則有兩對磁極，主要用于高精度的檢測系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。

旋轉變壓器是一種精密角度、位置、速度檢測裝置，適用于所有使用旋轉編碼器的場合，特別是高溫、嚴寒、潮濕、高速、高震動等旋轉編碼器無法正常工作的場合。由于旋轉變壓器以上特點，可完全替代光電編碼器，被廣泛應用在伺服控制系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、機械工具、 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、建筑等領域的角度、位置檢測系統(tǒng)中。也可用于坐標變換、三角運算和角度數(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角系統(tǒng)，即采用多極旋轉變壓器。它是在一個機體內安裝單極和多極兩臺旋轉變壓器，而共用一根軸。用單極變壓器組成粗通道系統(tǒng)，多極旋轉變壓器組成精通道系統(tǒng)。這樣既能提高精度又能簡化結構 。

旋轉變壓器的結構與兩相線繞式異步電動機相似。在定、轉子鐵芯槽內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率材料疊裝而成。轉子繞組通過滑環(huán)、電刷引出接線的為接觸式旋轉變壓器；用環(huán)形變應器耦合到定子上引出接線的為無接觸式旋轉變壓器。后者沒有接觸摩擦和無線電干擾 。

XZ旋轉變壓器是一種輸出電壓與轉子轉角保持一定函數(shù)關系的感應式微電機。它是一種將角位移轉換為電信號的位移傳感器，也是能進行坐標換算和函數(shù)運算的解算元件。旋轉變壓器廣泛應用在民用和軍事工程的伺服系統(tǒng)中作為測角元件、坐標變換元件和解算裝置 。