微特电机种类繁多,其中包括一类独特的电机——旋转变压器。本文将详细叙述旋转变压器中的正余弦旋转变压器。
旋转变压器(Resolver),是一种将转子转角变换成与之呈某一函数关系的电信号的原件。当变压器的一次侧外施单相交流电压励磁时,其二次侧的输出电压与转子转角呈严格的函数关系。
正余弦旋转变压器的一、二次绕组间是可变的相对位置,而且正是利用它们之间的不同相对位置来改变它们之间的互感,以便在二次(转子)绕组中获得与旋转ɑ成正、余弦函数关系的端电压。
如图1所示, S1-S1’作为励磁绕组,S2-S2’作为定子交轴绕组,两者空间互相垂直且匝数、型式完全相同。R1-R1’和R2-R2’分别为转子上的正弦输出绕组和余弦输出绕组,它们的结构也完全相同。空载时,在定子励磁绕组上施加单相交流电压,其余绕组均开路。设励磁绕组的轴线方向为直轴d轴,这时电机中产生直轴脉振磁通,它在励磁绕组中产生的感应电动势为。式中,为定子绕组有效匝数,为直轴脉振磁通的幅值。
若略去励磁绕组的漏阻抗压降,则,当交流电压恒定时,直轴磁通的幅值为常数。将直轴磁通分解为与正弦输出绕组轴向方向一致的和余弦输出绕组的轴向方向一致的。设转子正弦绕组的轴线与交轴之间的夹角ɑ为转子转角,如图1所示,则两个磁通分量的幅值分别为和,他们在正、余弦输出绕组中产生的感应电动势分别为
式中,为转子绕组有效匝数;为转子输出绕组轴线与定子励磁绕组轴线重合时直轴磁通在其中感应的电动势。令旋转变压器的变比为 ,得。忽略励磁绕组的漏阻抗电压降,则空载时转子输出绕组电动势等于电压,于是上式可写成
由上式可见,当输入电源电压不变时,转子正、余弦绕组的空载输出电压分别与转角呈严格的正、余弦关系。正弦绕组和余弦绕组因此而得名。
当正弦输出绕组接有负载阻抗时,则正弦绕组中将有电流流通,该电流在正弦绕组中产生脉振磁通,如图2所示。磁通进一步可分解为直轴分量和交轴分量,即。对起去磁作用,这时定子励磁绕组的电流将发生变化,以补偿的去磁作用。假设外施励磁电压恒定,并略去励磁绕组的漏阻抗压降,则直轴合成磁势所产生的直轴磁通的幅值应与空载时一样。但在交轴方向,的方向与励磁绕组轴线成,不可能由励磁绕组中的电流补偿。将在转子正弦绕组中感应电动势。又。式中,为磁路磁导。由于正余弦旋转变压器的气隙均匀,故与转子位置无关,为一常数。将公式代入公式可得。式中,为转子绕组的漏电抗,,为一常数。也就是说,在正弦绕组中感应产生的电动势也可看成是在绕组漏电抗上的电压降。将上式表示为向量型式,则有。将代入可得