旋轉變壓器的工作原理及應用

        旋轉變壓器又稱分解器，是一種控制用的微電機，它將機械轉角變換成與該轉角呈某一函數(shù)關系的電信號的一種間接測量裝置。

       在結構上與二相線繞式異步電動機相似，由定子和轉子組成。定子繞組為變壓器的原邊，轉子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到轉子繞組上，感應電動勢由定子繞組輸出。常用的激磁頻率為400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。

     旋轉變壓器結構簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護方便，輸出信號幅度大，抗干擾性強，工作可靠。因此，在數(shù)控機床上廣泛應用。

通常應用的旋轉變壓器為二極旋轉變壓器，其定子和轉子繞組中各有互相垂直的兩個繞組。另外，還有一種多極旋轉變壓器。也可以把一個極對數(shù)少的和一個極對數(shù)多的兩種旋轉變壓器做在一個磁路上，裝在一個機殼內(nèi)，構成“粗測”和“精測”電氣變速雙通道檢測裝置，用于高精度檢測系統(tǒng)和同步系統(tǒng)。

(一)旋轉變壓器的工作原理

        旋轉變壓器的定子和轉子之間的磁通分布符合正弦規(guī)律，因此當激磁電壓加到定子繞組上時，通過電磁耦合，轉子繞組產(chǎn)生感應電動勢，如圖4-9所示。其輸出電壓的大小取決于轉子的角向位置，即隨著轉子偏移的角度呈正弦變化。由變壓器原理，設原邊繞組匝數(shù)為N1，副邊繞組匝數(shù)為N2，k=N1/N2為變壓比，當原邊輸入交變電壓

U1=Umsinωt                            （4-6） 

 時，副邊產(chǎn)生感應電動勢                              

          E2=kU1=kUmsinωt                        （4-7）

當轉子繞組的磁軸與定子繞組的磁軸位置為任意角度θ時，繞組中產(chǎn)生的感應電動勢應為

E2=kU1sinθ=kUmsinωtsinθ                （4-8） 

 式中： k——變壓比；

U1————定子的輸入電壓；

Um———定子最大瞬時電壓。 

    當轉子轉到兩磁軸平行時，即θ=90°時，轉子繞組中感應電動勢最大，即 

         E2=kUmsinωt                              （4-9）

旋轉變壓器轉子繞組輸出電壓的幅值量嚴格地按轉子偏轉角的正弦規(guī)律變化的，其頻率和激磁電壓的幅值相同。

（二）旋轉變壓器的應用 

    旋轉變壓器作為位置檢測裝置有兩種應用方式：鑒相方式和鑒幅方式。 

    1.鑒相工作方式

在旋轉變壓器定子的兩相正交繞組（正弦用s和和余弦用c表示），一般稱為正弦繞組和余弦繞組上，分別輸入幅值相等，頻率相同的正弦、余弦激磁電壓 

    Us=Umsinωt           Uc=Umcosωt

兩相激磁電壓在轉子繞組中會產(chǎn)生感應電動勢。根據(jù)線性疊加原理，在轉子繞組中感應電壓為 

          U=kUssinθ機+kUccosθ機=kUmcos(ωt-θ機)         （4-10） 

    其中k為變壓比，由式4-10可知感應電壓的相位角就等于轉子的機械轉角θ機。因此只要檢測出轉子輸出電壓的相位角，就知道了轉子的轉角，而且旋轉變壓器的轉子是和伺服電機或傳動軸連接在一起的，從而可以求得執(zhí)行部件的直線位移或角位移。

2.鑒幅工作方式

給定子的兩個繞組分別通上頻率、相位相同但幅值不同，即調(diào)幅的激磁電壓

Us=Umsinθ電sinωt            Uc=Umcosθ電sinωt

則在轉子繞組上得到感應電壓為 

   U=kUssinθ機+kUccosθ機              

         =kUmsinωt(sinθ電sinθ機+cosθ電Uccosθ機) 

     =kUmcos(θ電-θ機) sinωt                     (4-11) 

    在實際應用中，是不斷修改激磁調(diào)幅電壓值的電氣角θ電，使之跟蹤θ機的變化，并測量感應電壓幅值即可求得機械角位移θ機。