旋转变压器的结构及工作原理
出处:维库电子市场网 发布于:2025-04-25 17:23:35
旋转变压器(Resolver)是一种模拟式角度传感器,广泛应用于高精度位置和速度检测(如伺服系统、航空航天、机器人等)。其结构和工作原理基于电磁感应,具有高可靠性、抗干扰能力强等特点。以下是详细解析:
一、旋转变压器的结构
旋转变压器主要由定子和转子两部分组成,类似于电机的结构,但专为角度测量设计:
定子(Stator)
固定在壳体上,通常由硅钢片叠压制成,槽内嵌有绕组。
包含两组在空间上正交(相差90°)的线圈:正弦绕组(Sin)和余弦绕组(Cos)。
定子绕组通过高频交流电(通常为几千Hz至几十kHz)激励。
转子(Rotor)
旋转部分,与电机轴或被测机构连接。
转子绕组分为两种类型:
单绕组转子:通过滑环或无线耦合(无刷设计)输出信号。
双绕组转子:无需滑环,但需外部激励(较少见)。
转子的旋转会调制定子绕组的电磁耦合,输出与角度相关的信号。
无刷设计(常见于现代应用)
通过变压器耦合代替滑环,提高寿命和可靠性。
额外增加一个“旋转变压器”作为励磁耦合器,避免物理接触。
二、工作原理
旋转变压器基于变压器原理,通过电磁耦合将转子角度信息编码到输出信号中:
励磁信号
定子(或转子)的励磁绕组输入高频正弦交流电(例如 Vex=Asin(ωt))。
典型频率:1kHz~10kHz,幅值几伏至几十伏。
信号调制
转子旋转时,其绕组与定子绕组的耦合程度随角度变化,输出信号幅值与转子角度 θ 成正/余弦关系:
Vsin=k?Vex?sinθ(正弦输出)Vcos=k?Vex?cosθ(余弦输出)其中 k 为变压比,θ 为转子机械角度。
角度解算
通过测量 Vsin 和 Vcos 的幅值比例,可计算出角度 θ:
θ=arctan(VcosVsin)实际应用中需使用专用解算芯片(RDC)或数字信号处理(DSP)将模拟信号转换为数字角度。
三、关键特点
高精度:可达±5角分(0.08°),无累积误差。
抗干扰:模拟信号对电磁噪声不敏感,适合恶劣环境。
无接触:无刷设计免维护,寿命长。
多极对设计:通过增加极对数可提高分辨率(如1对极=360°范围,多对极=360°/n)。
四、应用场景
伺服电机:替代光电编码器,用于工业机器人、数控机床。
航空航天:飞机舵面控制、惯性导航系统。
新能源汽车:电机转子位置检测。
五、与光电编码器的对比
特性 | 旋转变压器 | 光电编码器 |
---|---|---|
精度 | 高(无累积误差) | 极高(依赖码盘分辨率) |
环境适应性 | 耐高温、振动、油污 | 怕灰尘、振动 |
成本 | 中等 | 高(高分辨率型号) |
信号类型 | 模拟信号(需解算) | 数字信号(直接输出) |
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