旋转变压器的工作原理及其应用

(一)旋转变压器的工作原理

      旋转变压器的定子和转子之间的磁通分布符合正弦规律，因此当激磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电动势，如图4-9所示。其输出电压的大小取决于转子的角向位置，即随着转子偏移的角度呈正弦变化。
      由变压器原理，设原边绕组匝数为n1，副边绕组匝数为n2，k=n1/n2为变压比，当原边输入交变电压  u1=umsinωt 时，副边产生感应电动势 e2=ku1=kumsinωt。当转子绕组的磁轴与定子绕组的磁轴位置为任意角度θ时，绕组中产生的感应电动势应为e2=ku1sinθ=kumsinωtsinθ          式中： k——变压比；  u1————定子的输入电压；  um———定子最大瞬时电压。
      当转子转到两磁轴平行时，即θ=90°时，转子绕组中感应电动势最大，即e2=kumsinωt，旋转变压器转子绕组输出电压的幅值量严格地按转子偏转角的正弦规律变化的，其频率和激磁电压的幅值相同。
（二）旋转变压器的应用
      旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴幅方式。
      1.鉴相工作方式
      在旋转变压器定子的两相正交绕组（正弦用s和和余弦用c表示），一般称为正弦绕组和余弦绕组上，分别输入幅值相等，频率相同的正弦、余弦激磁电压 us=umsinωt    uc=umcosωt  两相激磁电压在转子绕组中会产生感应电动势。根据线性叠加原理，在转子绕组中感应电压为u=kussinθ机+kuccosθ机=kumcos(ωt-θ机)    其中k为变压比，由式可知感应电压的相位角就等于转子的机械转角θ机。因此只要检测出转子输出电压的相位角，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求得执行部件的直线位移或角位移。
      2.鉴幅工作方式
      给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅值不同，即调幅的激磁电压   us=umsinθ电sinωt    uc=umcosθ电sinωt     则在转子绕组上得到感应电压为

       u=kussinθ机+kuccosθ机             

         =kumsinωt(sinθ电sinθ机+cosθ电uccosθ机)

         =kumcos(θ电-θ机) sinωt                     

          在实际应用中，是不断修改激磁调幅电压值的电气角θ电，使之跟踪θ机的变化，并测量感应电压幅值即可求得机械角位移θ机。