旋转变压器原理及应用(2)

和A相绕组距θF角的位置上。只是由于电流方向相反，其方向也和在旋变发送机中相差180°。若旋变变压器转子转角为θB，则其单相输出绕组轴线和励磁磁场轴线夹角相差Δθ=θF－θB。那么，输出绕组的感应电动势应是：

UB2（ ） U2Bmcos （5）

将输出绕组在空间移过90°。这样，在协调位置时，输出电动势为零。此时，输出电动势和失调角的关系成为正弦函数：

UB2（ ） U2Bmsin （6）

UB2(Δθ

图6旋变变压器输出电动势和失调角的关系曲线

从图6和式（6）可以看出，输出电动势有两个为零的位置，即Δθ＝0°和在Δθ＝180°。在0°和180°范围内，电动势的时间相位为正， 在 180°和 360°范围内， 电动势的时间相位变化了

180°。Δθ＝180°的这个点属于不稳定点，因为在这个点上，电动势的梯度为负。当有失调角时，旋变变压器输出绕组电动势不为零，这个电动势控制伺服放大器去驱动伺服电动机，驱使旋变变压器和其它装置转到协调位置。这时，输出绕组的输出为零，伺服电动机停止工作。因此，根据信号幅值大小和正、负方向工作的伺服电动机，总是把旋变变压器的转轴带到稳定工作点Δθ＝ 0°的位置上。

⒉⒊ 旋转变压器单独作为测角元件

在很多场合下，旋转变压器可以单独作为测角元件用，直接和角度信号变换单元连接，由角度变换单元输出角度信号数据。磁阻式旋变就是只起这个作用的。下面有关信号变换的部分将会说明。例如下图所示，其为旋变解码后的角度显示：

旋转变压器原理及应用

图7 旋转变压器解码后角度显示

⒊ 旋转变压器的主要参数和性能指标

旋转变压器的主要指标有以下几个。

1） 额定励磁电压和励磁频率 励磁电压都采用比较低的数值，一般在10V以下。旋转变压器的励磁频率通常采用400Hz、以及（5～10）kHz之间。

2） 变压比和最大输出电压 变压比是指当输出绕组处于感生最大输 出电压的位置时，输出电压和原边励磁电压之比。

3） 电气误差 输出电动势和转角之间应符合严格的正、余弦关系。如果不符，就会产生误差，这个误差角称为电气误差。根据不同的误差值确定旋转变压器的精度等级。不同的旋转变压器类型，所能达到的精度等级不同。多极旋转变器可以达到高的精度，电气误差可以角秒（″）来计算；一般的单极旋转变压器，电气误差在（5′～15′）之内；对于磁阻式旋转变压器，由于结构原理的关系，电气误差偏大。磁阻式旋变一般都做到两对极以上。两对极磁阻式旋变的电气误差，一般做到60′（1°)以下。但是，在现代的理论水平和加工条件下，增加极对数，也可以提高精度，电气误差也可控制在数角秒（″）之内。

4） 阻抗 一般而言，旋转变压器的阻抗随转角变化而变化，以及和初、次级之间相互角度位置有关。因此，测量时应该取特定位置。

有这样4个阻抗：开路输入阻抗、开路输出阻抗、短路输入阻抗、短路输出阻抗。 在目前的应用中，作为旋转变压器负载的电子电路阻抗都很大，因而往往都把电路看作空载运行。在这种情况下，实际上只给出开路输入阻抗即可。

5） 相位移 在次级开路的情况下，次级输出电压相对于初级励磁电压在时间上的相位差。相位

差的大小，随着旋转变压器的类型、尺寸、结构和励磁频率不同而变化。一般小尺寸、频率

低、极数多时相位移大，磁阻式旋变相位移最大，环形变压器式的相位移次之。

6） 零位电压 输出电压基波同相分量为零的点称为电气零位，此时所具有的电压称为零位电

压。 7） 基准电气零位 确定为角度位置参考点的电气零位点称作基准电气零位。

⒋旋转变压器的信号变换

旋转变压器的信号输出是两相正交的模拟信号，它们的幅值随着转角做正余弦变化，频率和励磁频率一致。这样一个信号还不能直接应用，这就需要角度数据变换电路，把这样一个模

旋转变压器原理及应用

拟量变换成明确的角度量，这就是RDC（Resolver Digital converter—旋转变压器数字变换器）电路。在数字变换中有两个明显的特征：①为了消除由于励磁电源幅值和频率的变化，所引起的副边输出信号幅值和频率的变化，从而造成角度误差，信号的检测采用正切法，即检测两相

sin

信号的比值： ，这就避免了幅值和频率变化的影响；②采用适时跟踪反馈原理测角，是

con

一个快速的数字随动系统，属于无静差系统。

目前采用的大多都是专用集成电路，例如美国AD公司的AD2S1200、AD2S1205 带有参考振荡器的12位数字R/D变换器以及AD2S1210 10到16位数字、带有参考振荡器的数字可变R/D变换器。图7是旋转变压器和RDC的连接图示意，位置信号和速度信号都是绝对值信号，它们的位数由RDC的类型和实际需要决定（10位到16位）。有两种形式的输出，

转速信号输出

位置数字信号输出

图7 旋转变压器和RDC的连接图示意

串行或并行。上述的几种RDC芯片，还可将输出信号变换成编码器形式的输出，即正交的A、B和每转一个的Z信号。励磁电源同时接到旋转变压器和RDC，在RDC中作为相位的参考。 利用DSP（数字信号处理器）技术和软件技术，不用RDC芯片，直接用DSP作旋转变压器位置和速度变换，已经成为现实。例如采用TI公司的DSP芯片TMS320F240就得到成功的应用。用DSP实现旋转变压器的解码，具有这样一些明显的优点：①降低成本，取消了专用的RDC IC芯片；②采用数字滤波器，可以消除速度带来的滞后效应。用软件实现带宽的变换，以折中带宽和分辨率的关系，并使带宽作为速度的函数；③抗环境噪声的能力更强。

⒌ 几种类型旋转变压器的比较

由于结构形式和原理的不同，在性能和抗恶劣环境条件能力上，各种类型的旋转变压器的特点不一样。表1给出了上赢双电机有限公司所生产的旋转变压器的情况比较。

表1 各种类型的旋转变压器性能、特点比较

表1指出，有刷旋转变压器可以得到最小的电气误差、最大的精度。但是由于在结构上，存在着电的滑动接触，因此可靠性差；环形变压器型的旋变，也可达到高的精度，工艺性、结构情况、可靠性以及成本都比较好；磁阻式旋变的可靠性、工艺性、结构性以及成本都是最好的，但精度比其它两种低。出于可靠性的考虑，目前有刷的旋转变压器，基本上不被采用，而是采用无刷的旋转变压器。