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旋转变压器原理及其在自动控制中的应用

摘要： 介绍旋转变压器（简称旋变）分类、结构特点、工作原理和解码方法， 以及在各行各业中的应用，还有与其相关的工业设备（SMARTCAM）的应用特点。

关键词： 旋转变压器，SMARTCODER，SMARTCAM

旋转变压器
简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，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。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。

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。

结构说明
由于我公司只销售日本多摩川公司的正余弦旋转变压器，所以在此介绍的旋转变压器皆为正余弦型的。
旋变由转子和定子绕组构成，并且两者相互独立，初级和次极线圈都绕在定子上，转子由两组相差90度线圈组成，采用无刷设计，如图1所示。
转子绕组 定子绕组




图1
图2是旋转变压器电气示意图。





ER1-R2
励磁电压
Ve
ES2-S4






图2


旋变的输入输出电压之间的具体函数关系如下所示：
设转子转动角度为θ，初级线圈电压（即励磁电压）: ER1-R2=E*Sin2πft
f:励磁频率， E：信号幅度
那么输出电压ES1-S3=K*E*Sin2πft*Cosθ; ES2-S4=K*E*Sin2πft*Sinθ
K：传输比， θ：转子偏离原点的角度
令θ=ωt，即转子做匀速运动， 那么其输出信号的函数曲线可表示为图3所示，
图中信号频率为f，即励磁信号频率，最大幅度为E，包络信号为Sinωt和Cosωt，解码器就是通过检测这两组输出信号获取旋变位置信息的。
不难看出，励磁频率越高， 旋变解码

精度也就越高， 而励磁电压幅度则对解码没有很明显的影响。只需达到一定的电压数值即可, 一般来讲3V~120%额定电压。
（旋变转子旋转角度）
电气角

图3




解码
日本多摩川公司推出了自己的多款解码芯片，其原理都基本相同，如图4所示， 解码芯片原理框图中如果