正余弦旋轉變壓器與線性旋轉變壓器基本結構和原理

旋轉變壓器是輸出電壓與轉子轉角成一定函數關系的特種電機，其一、二次側繞組分別放在定、轉子上，一次側繞組與二次側繞組之間的電磁耦合程度與轉子的轉角密切相關。從原理上看，旋轉變壓器相當于一臺可以轉動的變壓器；從結構上看，旋轉變壓器相當于一臺兩相的繞線轉子異步電動機。 按照輸出電壓與轉子轉角間的函數關系，旋轉變壓器可以分為正余弦旋轉變壓器、線性旋轉變壓器、特種函數旋轉變壓器等。正余弦旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角成正余弦函數關系，而線性旋轉變壓器的輸出電壓在一定轉角范圍內與轉子轉角成正比。可見，旋轉變壓器是將角度信號轉換成與其成某種函數關系的電壓信號，其主要用途就是進行三角函數計算、坐標變換和角度數據傳輸等。

一、基本結構

二、工作原理

1. 空載運行分析

與普通變壓器類似，可以忽略定子勵磁繞組的漏阻抗壓降，空載時轉子輸出繞組的感應電動勢在數值上就等于輸出電壓，所以

上式表明，旋轉變壓器空載時其輸出電壓分別是轉角的余弦函數和正弦函數，這樣轉子繞組R1-R2就稱為余弦輸出繞組，而繞組R3-R4稱為正弦輸出繞組

2. 負載運行分析

當輸出繞組接了負載以后，其輸出電壓便不再是轉角的正、余弦函數。例如在圖1-2中，正弦輸出繞組R3-R4接有負載，其輸出電壓如圖1-3所示，它偏離了期望的正弦值，這種現象稱為輸出特性的畸變。

畸變是必須消除的，下面首先分析畸變產生的原因，然后介紹消除畸變的措施。

為了消除畸變，就必須設法消除交軸磁通的影響。消除的方法有兩種，即一次側補償和二次側補償。

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3. 畸變補償

（1） 一次側補償

線性旋轉變壓器結構原理

按照旋轉變壓器的副邊輸出和原邊輸入的關系，可以分為：正余弦旋轉變壓器、線性旋轉變壓器、比例式旋轉變壓器以及特殊函數旋轉變壓器等四類。其中最為常見、應用最為廣的是正余弦旋轉變壓器。

事實上，線性旋轉變壓器是正余弦旋轉變壓器的特殊形式。將正余弦旋轉變壓器的線路進行改接即可實現：一次勵磁繞組S1S3與二次繞組（余弦繞 組）R1R3串聯后施加額定勵磁電壓US1R3，將一次側的交軸繞組S2S4短接起原邊補償作用，二次側的正弦繞組R2R4作為輸出，如圖1所示。

圖1 線性旋轉變壓器電氣原理圖

線性旋轉變壓器的輸出繞組方程式：

其中：θ為轉子轉過的角度；K為變壓比。

2、線性旋轉變壓器的特性

線性旋轉變壓器要保持輸出電壓與轉子轉角呈線性關系，其變壓比K與轉子轉角θ有著特殊性。

對輸出繞組方程式中K分別取0.14，0.46，0.52，0.67，0.95；輸入勵磁電壓幅值為 5V，θ從-180°到180°變化時，作輸出電壓幅值的變化曲線，如圖2所示。

圖2 θ從-180°到180°時的輸出電壓

從圖上可以看出：變壓比K=0.52至0.67，轉子轉角θ在-60°至60°時，線性旋轉變壓器的輸出電壓與轉子轉角呈線性函數關系。

所以，市面上的線性旋轉變壓器的變壓比，規定的轉子轉動角度，都在這兩個范圍內。