旋转变压器

一、简介

旋转变压器（resolver）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化,输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用，故也称为解算器。

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两队磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。

旋转变压器(resover)包含三个绕组，即一个转子绕组和两个定子绕组。转子绕组随马达旋转，定子绕组位置固定且两个定子互为90度角(如图1所示)。这样，绕组形成了一个具有角度依赖系数的变压器。

                                                      图1：旋转变压器及其相关信号

将施加在转子绕组上的正弦载波耦合至定子绕组，对定子绕组输出进行与转子绕组角度相关的幅度调制。由于安装位置的原因，两个定子绕组的调制输出信号的相位差为90度。 通过解调两个信号可以获得马达的角度位置信息，首先要接收纯正弦波及余弦波，然后将其相除得到该角度的正切值，最终通过“反正切”函数求出角度值。

按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：
　　 1.正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
　　 2.线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。 线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。
　　 3.比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。

二、工作原理

由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子(旋转一周)之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当激磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。图2为两极旋转变压器电气工作原理图。图中Z为阻抗。

 

式中K——旋转变压器的变比；V_m-V_s的幅值；θ——转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时，θ=0。如果转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则θ角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。由上式可知，转子绕组中的感应电势V_B为以角速度ω随时间t变化的交变电压信号。其幅值KV_msinθ随转子和定子的相对角位移θ以正弦函数变化。因此，只要测量出转子绕组中的感应电势的幅值，便可间接地得到转子相对于定子的位置，即θ角的大小。

以上是两极绕组式旋转变压器的基本工作原理，在实际应用中，考虑到使用的方便性和检测精度等因素，常采用四极绕组式旋转变压器。这种结构形式的旋转变压器可分为鉴相式和鉴幅式两种工作方式。

1．鉴相式工作方式

鉴相式工作方式是一种根据旋转变压器转子绕组中感应电势的相位来确定被测位移大小的检测方式。如图3所示，定子绕组和转子绕组均由两个匝数相等互相垂直的绕组组成。图中S₁S₂为定子主绕组，K₁K₂为定子辅助绕组。当S₁S₂和K₁K₂中分别通以交变激磁电压时

由此可见，旋转变压器转子绕组中的感应电势V_B与定子绕组中的激磁电压同频率，但相位不同，其差值为θ。而θ角正是被测位移，故通过比较感应电势V_B与定子激磁电压信号V_K的相位，便可求出θ。

在图3中，转子绕组A₁A₂接一高阻抗，它不作为旋转变压器的测量输出，主要起平衡磁场的作用，目的是为了提高测量精度。
 2．鉴幅式工作方式

    鉴幅式工作方式是通过对旋转变压器转子绕组中感应电势幅值的检测来实现位移检测的。其工作原理如下：参看图3，设定子主绕组S₁S₂和辅助绕组K₁K₂分别输入交变激磁电压