旋转变压器误差产生原因及其改进方法简述

旋转变压器误差产生原因及其改进方法简述

旋转变压器是计算装置中的重要元件，是一种精密元件，具有高精度、高稳定性、高可靠性和良好的机械性能，近年来越来越广泛应用于数据传输、信号检测系统中。我厂也有多种该类型产品。
旋转变压器是指这一类电感应元件：当起原方在额定频率和额定电压励磁时，其副方输出的电压与转子的回转角成正弦、余弦或线性函数关系。旋转变压器可以用来求解三角问题、数据传输和作为移相器、信号检测使用。因此，旋转变压器是包括有多种类型的产品。
传统结构形式的旋转变压器的定、转子上各有一对而在空间位置上互相垂直的绕组，分别放置于由坡莫合金或硅钢片叠成的定子和转子铁心槽中。一般认为激磁绕组放置于定子上可以提高元件的精度，如果元件处于转子是连续旋转的工作状态下，则希望将激磁绕组放置于转子上，这可以减少一对电刷和滑环，这是因为为了改善旋转变压器的工作精度，激磁一方的正交绕组在一般情况下是短接的。
旋转变压器主要技术指标及影响因素：
正交电压：当副方开路，原方任一绕组以额定电压和额定频率励磁时，另一原方绕组的端电压。
影响正交电压的因素：定子两绕组分布不良，使得磁轴在空间不严格正交；由于导磁材料各向磁导率不一致而引起的磁轴偏移；由于偏心和转子外圆、定子内圆椭圆而引起的磁路不对称等。
零位分布误差：是指当原方一相绕组以额定频率励磁，而另一相绕组短路，两个副方绕组的输出电压为最小时，转子的四个位置分别与0°、90°、180°、270°之差。我过原引进前苏联早些年电机对此有要求，美国电机则不做要求。
电压比：或称变比、变压比，是指原方某一绕组以额定电压和额定频率励磁，另一绕组短路，副方绕组与励磁绕组处于最大耦合时，输出电压与输入电压之比。
影响电压变比误差的因素很多：绕组本身匝数不对称或阻抗不等都会引起电压比误差；环境温度及电机本身的温度变化，使得原方绕组的电阻随之变化，导致原方绕组压降改变，结果使得电压比改变；若输入电压超出额定值并使定子铁心达到饱和状态，也会影响电压比的变化；在没有补偿绕组或没有外电路补偿的情况下，频率的变化对变比也有影响。
相位移：是指原方输出电压与副方输出电压在时间相位上的差异。相位移不是评价旋转变压器的主要技术指标，但是，从使用观点而言，系统元件的相位移必须一致，才能保证系统的正常运行。由于结构及电气设计决定了旋转变压器的相位移都是超前的，相位移的大小依赖于旋转变压器本身的阻抗，在高阻抗产品中，相位移较小。有国外产品的一般情况来看，随着机座号的上升，相位移随之下降。
相位移是会由于温度和频率的影响而发生变化的。当温度上升时，原方电阻增大，相位移随之增大；然而当频率增高时，相位移减小。因此在高频和较大机座号的产品中，温度变化对相位移的影响不大，而频率变化却对相位移有很大影响。
线性精度：当原方以额定的电压和频率励磁时，转子在一定转角范围内副方绕组的输出电压与理想直线的偏差。
线性精度是评价线性旋转变压器的重要技术指标，同时也只适用于评价线性旋转变压器。由于设计所限，线性旋转变压器仅能在转子的一定转角范围内，输出电压与转角呈近似线性关系，因此，在指出产品的线性精度的同时，必须指出其线性范围。
剩余电压(Null voltage)：当一个原方绕组一额定的频率和电压励磁，另一个原方绕组短路，副方某一绕组与励磁绕组处于最小偶合时所产生的电压(另一副方绕组短路)。
总剩余电压一般为输出电压的千分之一左右，而其基波分量约占总剩余电压的60%。随着机座号的增大，剩余电压则略为下降。在西方的产品样本中(包括计算用旋转变压器)，大部分产品的总剩余电压为输出电压的 。在较大机座号的产品中，剩余电压可小于此值。
电气误差：指转子的机械位置与相应的电气位置之差。此技术指标只适用于数据传输用的旋转变压器。
机械结构的良好与否，直接影响到旋转变压器的精确度和可靠性。而在不同的运行条件下，则需要有相应的机械结构。
外壳材料通常采用：阳极氧化铝和不锈钢。前者重量轻、成本低，但由于铝的热膨胀系数与铁心不一样，故在外界温度变化很大的情况下，机械配合发生变化，直接影响性能。并且铝的抗腐蚀性远不及不锈钢，故在恶劣环境下运行的旋转变压器，其外壳多采用不锈钢制造。不锈钢的缺点是使产品的重量增大，造价也较高。
对于一般的圆柱形结构的产品，外壳都造成杯形，即它只有一个端盖，另一个端盖则在杯的底部。与两端盖的结构比较，既减少了零部件，也提高了同心度。
铁心叠片都采用高磁导率的铁镍合金，含镍量一般为80%。
旋转变压器作为一种精密元件，要求它必须具有高精度、高稳定性、高可靠性和良好的机械性能。然而，实际的旋转变压器不可能没有误差。产生误差的因素是多种多样的，但总的来说，主要由以下三方面：
1.    属于设计方面的误差因素：指包括设计上的由于种种原因而不可避免的误差，对于这些误差，设计者只能尽量缩小其影响，相当大的一部分是不可能完全消除的，如：绕组问题、齿谐波问题、导磁材料问题以及其他设计问题。
2.    属于机加工工艺方面的误差因素：包括由于机械加工不良而引起的定子内圆椭圆、转子外圆椭圆，定、转子相对偏心，导磁材料的片间短路等问题。加工工艺良好与否，对旋转变压器的性能和精度有着巨大的影响，特别是在小机座号产品中，其影响更为突出，因此精确的加工质量是保证产品精度的重要一环。
3.    属于应用方面的因素：指当使用条件发生变化时，对于旋转变压器性能的影响，特别是输入电压、频率和环境温度的变化对旋转变压器的性能(主要是对变比及相位移)的影响。对于这些变化因素，在设计时是很难考虑进去的，然而这些因素都严重地影响到旋转变压器的运行。这些变化因素在某些系统运行中是难免的，特别是随着宇航技术的发展，环境温度的变化幅度也越来越大，如不预先采取有效措施予以防备，将导致影响系统运行。
误差因素分析及改进方法：
1.    绕组问题：正弦—余弦旋转变压器要求其副方输出电压与转子的转角成严格的正弦—余弦关系。要达到这个目的，首先要求气隙的磁通密度B为正弦分布。溯本追源，则旋转变压器原方所产生之磁势F必须是正弦分布，一般旋转变压器的定、转子均为分布槽结构，故磁势的分布决定于原方绕组的分布情况。原方和副方绕组都是正弦分布是最理想的。此时，除基波 ，各次谐波分量都变得很小(理论上，低次谐波可为零)。实践证明，当原方和副方都采用正弦分布绕组时，其函数误差比其他形式分布的绕组。正弦分布绕组的另一优点是不必因削弱3、5、7次谐波而造成绕组短节距，相对增加绕组的有效匝数。
2.    齿谐波问题：对于正弦分布绕组来说，其磁势也不是严格的正弦曲线，而是成阶梯状，之所以造成这样的原因是由于定、转子铁心中有槽和齿存在，绕组导体不可能沿气隙表面连续分布。因此磁势曲线除基波外还有高次谐波存在，同时在副方同样存在这种情况。这些谐波的产生，是由于齿的存在而引起的，与绕组的分布无关，因此也就不能借助于绕组的分布而予以消除或削弱。由于定、转子都有齿和槽，使得气隙的磁导沿定子内圆圆周而改变，即在齿下时磁导大而在槽下时磁导小。根据其产生原理，只能借助于斜槽和定、转子齿数的适当配合来削弱谐波的影响，考虑到工艺便利，一般都采用转子斜槽，另外增大气隙长度对降低齿谐波也有很好的效果。
3.    导磁材料问题：作为旋转变压器的关键材料，其性能及使用是否恰当，对产品的性能有很大影响。现在主要采用的材料是铁镍合金(含镍80%)、坡莫合金(含镍79%)以及含硅量较高的硅钢片。导磁材料对旋转变压器的性能影响主要为：磁化曲线的非线性引起的磁通密度曲线的畸变，从而导致旋转变压器精度的降低；磁性材料的个向不均匀引起铁心磁路不对称从而影响产品精度。对于因磁性材料而产品影响产品精度的因素，首先是选用高磁导率和具有高起始磁导(即在靠近原点时，磁化曲线成线性关系)的材料；在工艺方法中，定、转子铁心叠装时，将后一片的冲片沿一定方向与前一冲片错叠一个槽的位置。增大气隙长度以降低铁心在整个磁路上的影响，也是解决磁性材料不均匀的一个方法。
4.    定、转子的偏心和椭圆对产品各个性能参数有较大影响
5.    铁心叠片的片间短路在气隙中产生一个旋转磁场，将导致在副方输出绕组产生附加电势，将使副方输出的磁路很容易达到饱和，影响产品整个系统的运行。解决问题最好的方法就是在能够保证几何尺寸精度的前提下不研磨铁心。
6.    使用的环境条件，额定电压、频率和环境温度的非恒定性，特别是变比和相位移会随这些外界条件的变化而变化。
7.    测试技术的精密及正确对产品性能的评价也是一个重要因素。

因此，基于以上各个方面，影响产品性能的因素是多方面的，且不可能同时解决，只有在实际的工作应当充分了解产品性能特点，针对所需要解决的主要问题采取相应可行的方法以达到目的。
以上观点基于笔者对该类产品的理解并在参考有关资料的前提下所做，水平有限，一家之言，恳请各方指正商榷。

现在国内有生产旋变的吗？我们用的是日本的，配合解码电路测出转子位置

有啊!
我现在做的就有一些旋变,航空用的,
有无接触正余弦旋转变压器
无接触差动线性旋转变压器
无接触自整角机
不过我现在还没有做解码器,下一步准备做,已经开始立项了