旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理及應(yīng)用

        旋轉(zhuǎn)變壓器又稱分解器，是一種控制用的微電機(jī)，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)的一種間接測(cè)量裝置。

       在結(jié)構(gòu)上與二相線繞式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊。激磁電壓接到轉(zhuǎn)子繞組上，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由定子繞組輸出。常用的激磁頻率為400Hz，500Hz，1000Hz和5000Hz。

     旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，輸出信號(hào)幅度大，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠。因此，在數(shù)控機(jī)床上廣泛應(yīng)用。

通常應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)變壓器為二極旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子繞組中各有互相垂直的兩個(gè)繞組。另外，還有一種多極旋轉(zhuǎn)變壓器。也可以把一個(gè)極對(duì)數(shù)少的和一個(gè)極對(duì)數(shù)多的兩種旋轉(zhuǎn)變壓器做在一個(gè)磁路上，裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成“粗測(cè)”和“精測(cè)”電氣變速雙通道檢測(cè)裝置，用于高精度檢測(cè)系統(tǒng)和同步系統(tǒng)。

(一)旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

        旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子之間的磁通分布符合正弦規(guī)律，因此當(dāng)激磁電壓加到定子繞組上時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖4-9所示。其輸出電壓的大小取決于轉(zhuǎn)子的角向位置，即隨著轉(zhuǎn)子偏移的角度呈正弦變化。由變壓器原理，設(shè)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(dāng)原邊輸入交變電壓

U1=Umsinωt                            （4-6） 

 時(shí)，副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)                              

          E2=kU1=kUmsinωt                        （4-7）

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸與定子繞組的磁軸位置為任意角度θ時(shí)，繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)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(shí)電壓。 

    當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁軸平行時(shí)，即θ=90°時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即 

         E2=kUmsinωt                              （4-9）

旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值量嚴(yán)格地按轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用 

    旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)裝置有兩種應(yīng)用方式：鑒相方式和鑒幅方式。 

    1.鑒相工作方式

在旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)線性疊加原理，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓為 

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

    其中k為變壓比，由式4-10可知感應(yīng)電壓的相位角就等于轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角θ機(jī)。因此只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，而且旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和伺服電機(jī)或傳動(dòng)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(gè)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(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為 

   U=kUssinθ機(jī)+kUccosθ機(jī)              

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

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

    在實(shí)際應(yīng)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(jī)的變化，并測(cè)量感應(yīng)電壓幅值即可求得機(jī)械角位移θ機(jī)。