旋轉(zhuǎn)變壓器的分類

　　目前，角度測量的裝置，應用的最為廣泛的有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。但是光電編碼器的抗干擾性差，不宜應用在條件惡劣的場合中。與之相比，旋轉(zhuǎn)變壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，抗干擾性強，能夠應用在各種條件惡劣的場合，所以在特殊領(lǐng)域有著廣泛的應用。旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱為旋變，主要應用于角度測量，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變換成與之呈現(xiàn)某一函數(shù)關(guān)系（正余弦、線性、比例、特種函數(shù)）的模擬電信號，屬于一類精密控制的微電機。由于基本實際使用的都為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，所以以正余弦變進行討論。

　　正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器其繞組分別放在定、轉(zhuǎn)子上，兩側(cè)繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角密切相關(guān)。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正是利用它們之間的不同相對位置來改變它們之間的互感，以便在定子繞組中獲得與旋轉(zhuǎn)θ成正、余弦函數(shù)關(guān)系的端電壓。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器如圖1所示。

圖1 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器電氣原理圖

　　實際使用中，一般采用轉(zhuǎn)子勵磁的方式。 R2-R4作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組，R1-R3作為交軸繞組（一般短接，實現(xiàn)交軸補償，也稱為補償繞組），兩者空間互相垂直且匝數(shù)、型式完全相同。S1-S3和S2-S4分別為定子上的正弦輸出繞組和余弦輸出繞組，它們的結(jié)構(gòu)也完全相同。對正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組、正弦繞組和余弦繞組的輸出信號進行測量和分析，可以計算出旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣角和旋轉(zhuǎn)速度，從而得到被測電機的角度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

　　旋轉(zhuǎn)變壓器有著不同的分類方法，主要可以按照有無電刷和滑環(huán)的接觸、極對數(shù)的多少、轉(zhuǎn)子有無繞組、輸入輸出相數(shù)、裝配方式等，各種分類方法不是獨立的。

　　按有無電刷和滑環(huán)，可將旋轉(zhuǎn)變壓器分為接觸式旋變和無接觸式旋變兩種。接觸式旋變就是通過電刷和滑環(huán)將繞組和外電路進行連接。無接觸式旋變是通過環(huán)型耦合變壓器來取代電刷和滑環(huán)的作用將繞組和外電路進行連接，也被稱為無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器，如圖2所示。

圖2無刷旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖

　　環(huán)型耦合變壓器（簡稱環(huán)變）在旋轉(zhuǎn)變壓器部分的前端將勵磁電壓（一般7V，10KHz）傳遞至旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子部分，從而在定子側(cè)將感應的正余弦信號輸出，以此來實現(xiàn)無刷的功能。

　　早期的旋轉(zhuǎn)變壓器都是有刷結(jié)構(gòu)，由于接觸式旋變存在電刷和滑環(huán)，兩者之間的滑動接觸使得其壽命和可靠性受到限制，而且會產(chǎn)生噪聲，所以被無刷式旋變所取代，如今所說的旋轉(zhuǎn)變壓器，基本指的是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。

　　旋轉(zhuǎn)變壓器按極對數(shù)的多少，可以分為單對極旋變和多對極旋變兩種。其中多對極旋變是為了提高角度測量的精度，一般使用時與被測電機的極對數(shù)匹配一致。

　　既有單獨使用的多對極旋轉(zhuǎn)變壓器，也有和單對極旋變組成統(tǒng)一系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。在組成的統(tǒng)一系統(tǒng)中，如果單對極旋變和多對極旋變各自獨有自己的定、轉(zhuǎn)子鐵芯，這種結(jié)構(gòu)被稱為單通道旋轉(zhuǎn)變壓器；如果單對極旋變和多對極旋變在同一套定、轉(zhuǎn)子鐵芯中，而分別有自己的單對極繞組和多對極繞組，這種結(jié)構(gòu)被稱為雙通道旋轉(zhuǎn)變應器，一般雙通道結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)變壓器較多。

　　所以，目前按極對數(shù)來分類的旋轉(zhuǎn)變壓器，主要應用的是：單對極旋變，多對極旋變，雙通道旋變。

　　補充說明：旋轉(zhuǎn)變壓器的極對數(shù)也被稱為軸倍角，極對數(shù)為n時的軸倍角表示為nX。即：單對極旋變的軸倍角是1X，軸倍角2X以上為多對極旋變，單對極與多對極組合的旋變的軸倍角表示為1X-nX。單對極旋變、多對極旋變、組合旋變亦被稱為單速旋變、多速旋變、復速旋變。

　　按轉(zhuǎn)子上有無繞組，可以將旋變分為無刷旋轉(zhuǎn)變壓器和磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。無刷旋變通過環(huán)型耦合變壓器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組和外電路的連接，但是，由于環(huán)型耦合變壓器的存在，造成旋轉(zhuǎn)變壓器的尺寸、體積、重量較大，在一些空間有限的場合應用受到限制。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器（VR旋轉(zhuǎn)變壓器）轉(zhuǎn)子上不安置繞組，而是把激磁和信號繞組都安放在定子上。

　　磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)磁阻變化原理設(shè)計的一種無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器，隨著轉(zhuǎn)子位置角的變化，氣隙磁導不斷變化，氣隙磁密也不斷變化，從而導致定子上信號繞組的感應電勢不斷變化。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器如圖3所示。

圖3磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器

　　補充說明：磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子上的齒（極靴）數(shù)，決定了磁阻式旋變的極對數(shù)。一般磁阻式旋變都是2對極（2X）及以上的多對極旋變。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子外形如圖4所示。

圖4磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子外形

　　按照勵磁電壓輸入及輸出電壓的相數(shù)，可以將旋轉(zhuǎn)變壓器分為1相勵磁/2相輸出（BRX）, 2相勵磁/1相輸出（BRT），2相勵磁/2相輸出（BRS）。

　　其中1相勵磁/2相輸出（BRX）是應用最廣的形式。

　　按照旋轉(zhuǎn)變壓器的裝配方式可以分為分裝式和組裝式。將旋轉(zhuǎn)變壓器的定子、轉(zhuǎn)子組合固定在同一個殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸引出，測量電機的角度時，通過軸連器與電機軸相連。一般應用的是分裝式旋轉(zhuǎn)變壓器，由用戶自由安裝。