磁阻式多极旋转变压器的误差分析

设计分析

磁阻式多极旋转变压器的误差分析

强曼君

同济大学’上海$&(((#$)

*++, +-. /012324, +5678,9:; ;

>? @A BC@A D E A

&’$(((#$) F G H I J K L H K M N O P K Q R S T U H I T U K

摘V

要W 磁阻式多极旋转变压器的工作原理是基于

依转子位置而变化的气隙磁导与输出绕组电压成一定比例关系X 由于其工作原理与传统结构多极旋转变压器不同’产生误差机理亦不相同X 文中对这种高精度角位置传感器产生误差原因进行了分析’并给出了有效消除误差的方法X

关键词W 多极旋变V

中图分类号! [7Y Z V W -d 2e +/f e

误差分析文章标识码! -

意图’其中画出v 个定子齿’w 个转子齿X 定子槽内

安置了逐槽反向串接的输入绕组" 以及两个_" ’间隔绕制反向串接的输出绕组$_$和x _xX 当转

空间的气隙磁导发生变化’每子相对定子转动时’

转过一个转子齿距’气隙磁导变化一个周期’转过一周’则变化转子齿数个周期X 气隙磁导的变化’导致输入和输出绕组之间互感的变化’输出绕组感应的电势亦发生变化

文章编号! \]]^_‘]\a &b ]]]) ]\_]]]c _]^

F T NG g N O U Q K G H U hg O K H i K g h NG jk l Q m G

P g N N nO N P G h M N O K P o U P N nG Hg N O p N U H i N M U O K U Q K G HK HU K O I U gP G Q T U Q Q T N M G h Q U I N K HG q Q g q Q m K H n K H I M U O R m K Q TQ T N g G P K Q K G HG j r O G Q G OK PK H n q i N n s N i U q P NQ T NG g N O U Q K G H U h g O K H i K g h NG j Q T N k l O N P G h M N OK Pn K j j N O N H Qj O G p Q T U QG jQ T N i G H M N H Q K G H U h ’i G H P Q O q i Q K G HQ m GP g N N nO N P G h M N O Q T Ni U q P Ng O G n q i K H IQ T N r F N O O G O K P U h P G n K j j N O N H Q T N g U g N O n N P i O K o N P Q T N N O O G O U H U h R P K Pj G OQ T K PU i i q O U i RU H I q h U Og G P K Q K G HQ O U H P n q i N OU H n r Q T N p N Q T G nj G O N h K p K H U Q K H IQ T N N O O G O

V W p q t ; 18, +

图\定u

转子冲片图

\引

言

磁阻式多极旋转变压器是一种新型结构高精度角位置传感器’具有结构简单u 工作可靠及适应高速运行等特点X 其结构与传统的多极旋变不同之处在于其励磁绕组和输出绕组均安置在定子铁心的槽中’转子仅由带齿的选片叠制而成’不放任何绕组X 定子冲片内圆冲制有若干大齿&也称为极靴) 每个大齿上又冲制若干等分小齿’绕组安放在’大齿槽中X 转子外圆表面冲制有若干等分小齿’其数与极对数相等X 输出和输入绕组均为集中绕制’其正余弦绕组的匝数按正弦规律变化X 而传统结构的多极旋转变压器是采用分布式绕组X 图" 所示为

磁阻式多极旋转变压器的冲片形状X 图$为原理示

收稿日期! " ##" $%

图b 磁阻式旋转变压器原理示意图

输出电压幅值随转角变化的波形’主要取决于气隙磁导变化的波形’若只考虑气隙磁导变化中的恒定分量及基波分量’则定子各个齿的磁导随转子转角变化的规律!

万方数据

磁阻式多极旋转变压器的误差分析

! () *+&. /0’" #$! " %&! " ’, -6而各齿上输入和输出绕组之间互感抗为7

455

. ’1

规律变化; 而不随转子转角而变的恒定分量@若励磁电压为B #I N O 9*

则输出基波正余弦电压为7

#I . N O &Q 1*#I

G #I . N O &Q 1() *

误差电压为T B #I . N O &Q 19*

式中7:取决于误差电压幅值和系数=T

. P 1. R 1. S 1. U 1

8() *+&. /0’. 619#$89%&89’, -6式中7即极对数

:空间转角=-即极靴序号’>6>2?@:定子大齿序号; /

A A

考虑到输出绕组6齿和2齿上两06是由’个线圈相反串接; 其输出电压应为7

:输出电压与励磁电压相位差@Q

该T 是空间位置的恒定分量; 它. &Q 1B #I N O 9*C

B 606$D6E . 89’0892

1$C

6E D 689’() *+, -. 21由于在转子转动中; 励磁回路的总电抗是不变的F

; 因此; 电流D 6是个幅值不变的相量;

则输出电势的幅值为7

G 606$G 69() *+, -$G 69(

) *

G 202$G 69*#I +, -$G 69*

从上述的结构特点和工作原理叙述中可以看到;

与传统结构多极旋变主要区别在于转子上无绕组;

实现无接触运行@由于结构特殊; 相应带来一些特殊误差因素; 本文将对这些特殊误差产生原因进行分析; 并给出消除方法@

K 磁阻式多极旋转变压器的特殊误差

该电机与其它传统结构多极旋转变压器一样; 存在由于齿槽效应; 正余弦绕组匝数取整; 气隙不均匀; 气隙磁导中高次谐波磁场等因素产生的误差@除此; 由于其结构原理的特殊性; 产生一些特殊误差@

K L M 特殊误差产生的原因

此种结构的输入和输出绕组均绕在同一定子铁心上; 它们之间的耦合比传统多极旋转变压器.

输入>输出绕组分别放置在定子>转子铁心上1紧密得多; 绕组间存在不通过空气隙及转子的直接耦合; 漏磁通增加@加之槽较深; 槽部漏磁导较大; 该漏磁场在输出感应电势中产生了误差电压@另外; 绕组间还存在杂散电容; 亦会在输出感应电势中产生干扰电势@

K L K 误差电势对精度的影响

这两部分误差干扰电势是由漏磁通及杂散电容所致; 与转子位置无关@它们仅是随时间按正弦

万方数据

M j

引起的电气误差

V W

1$99

G 9() *

. ’%1

式中; X Y 为误差角;

上式经三角变换V W

G 9

. () *

考虑到

; 则X Y $0

*#I .

可见; 由于该恒定分量引起的电气误差角X Y 随转子转角呈基波形式; 对电机精度产生严重影响@K L ]特殊误差的消除方法

由上分析可以看出; 产生这个误差是由于输出电势中存在一个与空间转角无关的恒定分量@因此; 可在正余弦输出绕组中串入两相补偿绕组来消除; 如图2所示; ^*和^(为两相补偿绕组; , ’和, 6为两个电阻分压器; _*和_(为两相正余弦绕组

. ’21微特电机

K j j j 年第M 期

串入正弦绕组中的补偿绕组感应电势幅值

! *) ) +, -. -$" #$%) /0(

’$(&’$(&

以正弦绕组所产生的负载磁势为例@讨论其对电机的影响A

设励磁磁通为. 则正弦绕组感应电势@#H I J K G

C H I 9J K 4N :#H I 8#L $! M #

负载阻抗

Q S L

O R ; L $P L 4Q L $O L

%) *) ) +, -3. " 5#67819’1(:8

9() :

9(2:9(T :

中恒定分量为! " #

阻抗角

9(>:

副方电流

S V L $U

! *) ) +, -. " #5$%) -’$(

中基波分量为! " #

P L

9L -:

! *) ) +, -. " 5#67819’1(:8

’$(

9(? :

同理@也可推算出串入余弦绕组中的补偿绕组的感应电势的基波分量亦为-A

由此看出@两相补偿绕组感应电势! 的B ! " #" "

幅值是不随转子位置变化的恒定值A 和C 通过分C " #" " 压器D 分别取出一部分@补偿正余弦绕#和D " 后@

组中的误差电压A 实验证明@采用这种补偿绕组的方法@磁阻式多极旋转变压器的误差可减少到未经补偿时的(E (-A

W L $

#L Q 9N 1S :L

$W H I 78; L M #O L

9L (:9L L :

H I 78#H I 9J K 4N 1S :’L $W L M #L

正弦绕组在每个极靴上的匝数为

Y #$Z Y -#H I 9L \:’1(:L 4S 9’$(O

副方电流在每个极靴上所产生的负载磁势为

]#H I S #H I 9J K 4N 1S :#H I 78$^($W L M Y 5L

]#H I S #H I 9J K 4N 1S :#H I 78L L

]#H I 98:#H I 9J K 4N 1S :#H I 78^L $]L ; 4S L ]#H I 9L 8:#H I 9J K 4N 1S :#H I 78^\$]L ; 4S L _

F 负载磁势对磁阻式多极旋转变压器的影

响

当空载时@电机内的主磁通仅由励磁磁势产生@而当负载时@负载中的电流产生了磁势@则电机内的主磁通就由励磁磁势和负载磁势共同产生A 这样@在空载和负载时@电机内主磁通就不相同A 下面

. f ^($]^(X g ($. f ^L $]^L X g L $

:#H I 7]#H I 69&1(:8

9L ) :

式中d e 负载磁势幅值@$W ]]L L L M Y -每个极靴下气隙磁导的表达式为式9负载磁势(:@在每个极靴上所产生的磁通为d

6. " 5#784. " 5#L 784_

6. " 5#97818:4. " 5#L 97818:4_

. f ^\$]^\X g \$_

. . " 5#67819O1(:8

. " 5#i 67819O1(:8:9L j ::#H I 78#H I 9J K 4N 1S L

磁通中第一项9恒定分量:对副端的影响因此@总的感应电势9(:磁通恒定分量在第’个极靴上感应电势@! *) ) +. #H I 69’1(:8

#H I 9J K 4N 1S :#H I 78X L Y -#H I 69’1(:8

! #H I 69’1(:8

k $(

Z ! #H I 69’1(:8

k $(

9L >:

6. " 5#9781L 8:4. " 5#L 9781L 8:4_

#H I 9J K 4N 1S :#H I 78$L

! (1" 5#L 69’1(:8

#H I 9J K 4N 1S :#H I 78L

9L ? :

万方数据

磁阻式多极旋转变压器的误差分析

l l

式中! $%&%%) #" ’(##

由此可见*负载磁势作用在电机中的恒定磁通分量所感应的电势与输出电势+特性一样*都随, -可以得出这转子转角以. /正弦规律变化0因此*样结果*只影响总的输出电势幅值*而不影响1" 567

3$42

磁通的基波分量在第3个极靴上感应的电势" &%%’(:7, ; . /, 6? ; 83B 564$%4==@A

, 6? 8C D @E $-=@A

-" 4:7, ; . /, 6? ; 83B ==@A

电机的精度0

基波分量9对副端的影响8-9磁通中第二项8

3$42

9, 6? . /, 6? 8C D @E

8-F 9

-G " :7, ; . /, 6? ; 83, 6? 8C D @E

:7, ; . /H 4I , 6? 8C D @E

" :7, ; . /@:7, ; . /I , 6? 8C D @E

式中! G :7, ; . /@83$#=@-3$423$4

8-K 9

漏磁通和杂散电容*对输出绕组的感应电势产生畸变*导致输出电压函数误差0这种误差可通过设置补偿绕组的方法降低其影响*可大大提高电机的精度0

负载磁势对8-9在磁阻式多极旋转变压器中*其精度不产生影响*仅对输出幅值产生影响0

参考文献

赵善中*强曼君&不等齿距双开槽结构中气隙磁导的计4王宗培*

算; 微特电机*>&4K N K *849! O P

-Q 6&5? RS5? T U ? V W =X V ::U Y 5:ZV ? R U [5Y \7, 6]67?^Y 5? , _U :=Y

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磁阻式多极旋转变压器; 微特电机*J 强曼君&>&4K N K *8-9! -#

G :7, ; . /$#=

由此可见*负载磁势作用在电机中的基波磁通分量所感应的电势为#它们对电机的精度无影*

响0同理*可以推导出负载磁势作用在电机中的高次谐波磁通分量所感应的电势也为#0

综上所述*负载磁势不影响磁阻式多极旋转变压器的精度*只对输出感应电势大小产生影响0

L 结

论

849磁阻式多极旋转变压器由于其输入和输出绕组均放置在定子铁心上*而且同一槽中要安放多种绕组*一般采用深槽结构0由此产生较严重的

万方数据

j i

微特电机

i k k k 年第j 期

磁阻式多极旋转变压器的误差分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

强曼君， Qiang Manjun同济大学,上海,200092

微特电机

SMALL & SPECIAL ELECTRICAL MACHINES2000,28(1)1次

参考文献(2条)

1. 强曼君磁阻式多极旋转变压器 1979(02)

2. 王宗培;赵善中;强曼君不等齿距双开槽结构中气隙磁导的计算 1979(01)

引证文献(1条)

1. 邢敬娓. 李勇. 陆永平线圈位置对磁阻式旋转变压器精度影响的仿真与实验研究[期刊论文]-微特电机2009(1)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wtdj200001003.aspx

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