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旋轉變壓器的工作原理

2016-08-14
關鍵詞: ADI FPGA DSP

旋轉變壓器(旋變)是一種輸出電壓與轉子轉角保持一定函數關系的感應式微電機。它是一種將角位移轉換為電信號的位移傳感器,也是能進行坐標換算和函數運算的解算元件。旋轉變壓器的工作原理,可以先看以下內容。

圖1是一個比較典型的角度位置伺服控制系統。XF稱作旋變發送機,XB稱作旋變變壓器。旋變發送機發送一個與機械轉角有關的、作一定函數關系變化的電氣信號;旋變變壓器接受這個信號、并產生和輸出一個與雙方機械轉角之差有關的電氣信號。伺服放大器接受旋變變壓器的輸出信號,作為伺服電動機的控制信號。經放大,驅動伺服電動機旋轉,并帶動接受方旋轉變壓器轉軸及其它相連的機構,直至達到和發送機方一致的角位置。
旋變發送機的初級,一般在轉子上設有正交的兩相繞組,其中一相作為勵磁繞組,輸入單相交流電壓;另一相短接,以抵消交軸磁通,改善精度。次級也是正交的兩相繞組。旋變變壓器的初級一般在定子上,由正交的兩相繞組組成;次級為單項繞組,沒有正交繞組。

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圖1 旋轉變壓器角度位置伺服控制系統

作為旋變發送機它的勵磁繞組是由單相電壓供電,電壓可以寫為以下形式:

其中, —勵磁電壓的幅值, —勵磁電壓的角頻率。勵磁繞組的勵磁電流產生的交變磁通,在次級輸出繞組中感生出電動勢。當轉子轉動時,由于勵磁繞組和次級輸出繞組的相對位置發生變化,因而次級輸出繞組感生的電動勢也發生變化。又由于次級輸出的兩相繞組在空間成正交的90°電角度,因而兩相輸出電壓如以下所示:
     其中, —正弦相的輸出電壓, —余弦相的輸出電壓, —次級輸出電壓的幅值; —勵磁方和次級輸出方電壓之間的相位角, —發送機轉子的轉角。可以看出,勵磁方和輸出方的電壓是同頻率的,但存在著相位差。正弦相和余弦相在電的時間相位上是同相的,但幅值彼此隨轉角分別作正弦和余弦函數變化。通過一定的解算芯片和算法,就能將電機的轉子位置角和轉速計算出來。

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圖2旋變發送機兩相輸出電壓和轉角的關系曲線


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