電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)變壓器偏差分析與探討

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，位置檢測的重要性越來越突出。機(jī)械零件的精準(zhǔn)加工、電機(jī)的最優(yōu)控制、機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)識別，都離不開位置的精確檢測，尤其在航空航天等高要求、高可靠性的領(lǐng)域，位置檢測的重要性更不容忽視。旋轉(zhuǎn)變壓器憑借高可靠性、抗震動、抗電磁干擾、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在這些場合具有廣泛的適應(yīng)性和優(yōu)越性。

旋轉(zhuǎn)變壓器的精度高低決定了控制系統(tǒng)的控制效果，然而由于各種原因，旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號不可避免地存在各種偏差，從而影響旋轉(zhuǎn)變壓器的精度，因此對旋轉(zhuǎn)變壓器的偏差進(jìn)行分析是十分必要的。

旋變偏差來源分析：

造成旋轉(zhuǎn)變壓器輸出偏差的偏差原因歸納起來主要包括設(shè)計偏差、生產(chǎn)工藝偏差及安裝使用偏差。

1.設(shè)計偏差

設(shè)計偏差是指旋變在設(shè)計過程當(dāng)中的原理性偏差，可以通過優(yōu)化設(shè)計有效下降，但是不可避免。設(shè)計時應(yīng)有意提高齒諧波分量的次數(shù)，下降諧波分量的影響，采用斜槽和合理齒槽數(shù)會有效抑制諧波分量；同時優(yōu)化繞組設(shè)計，合理取整，使繞組設(shè)計最佳，也是控制原理性偏差的一個重要方面。

2.生產(chǎn)工藝偏差

生產(chǎn)工藝偏差是指旋變在生產(chǎn)過程當(dāng)中，受機(jī)械加工生產(chǎn)條件和工藝水平所限而帶來的偏差。這類偏差可以通過提高加工精度、完善生產(chǎn)工藝等手段得到有效控制。

機(jī)械加工是旋變產(chǎn)生偏差的重要來源，機(jī)械加工精度決定旋變定轉(zhuǎn)子鐵芯和機(jī)殼之間同心度、圓度偏差、定轉(zhuǎn)子上的齒槽加工偏差以及氣隙不均勻等，其中齒槽加工精度對旋變偏差的影響最大，通常會采用加工精度高的線切割手段來提高齒槽的加工精度。這些加工偏差會給旋變帶來零位偏差、正交偏差等；另外，定轉(zhuǎn)子鐵芯材料磁性能各向異性、疊片的膠層厚度、線圈繞組的對稱性均會影響旋變的零位偏差和幅值偏差等。加工精度的提高是在一定程度上、且是有限的，加工精度達(dá)到一定水平后再想提高是很困難的，同時加工精度同生產(chǎn)成本和周期也是緊密相關(guān)，相互制約的。

3.安裝使用偏差

安裝使用偏差是指旋變在系統(tǒng)上的裝配精度及使用特色所引起的偏差。旋轉(zhuǎn)變壓器的方案構(gòu)型確定后，其定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙也隨之而定，但實(shí)際裝配使用環(huán)節(jié)中總存在安裝偏差，形成的旋轉(zhuǎn)變壓器的定、轉(zhuǎn)子間的氣隙偏心。

相關(guān)研究表明因旋轉(zhuǎn)變壓器定、轉(zhuǎn)子安裝偏心造成的偏差：在偏心量小于50％的范圍內(nèi)，偏差的變化與偏心量近似成正比，在偏心量30％的范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)變壓器可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在偏心量小于10％的條件下，可保證旋轉(zhuǎn)變壓器的最佳電氣性能。

旋變偏差的形式：

設(shè)計偏差主要造成旋變的正交偏差、幅值偏差，生產(chǎn)工藝偏差主要造成旋變的正交偏差、零位偏差、幅值偏差，安裝使用偏差主要造成旋變偏心引起的零位偏差。所以，旋變的偏差源雖然是多方面的，但偏差主要表現(xiàn)為正交偏差、幅值偏差及偏心所引起的零位偏差。

1.正交偏差

因設(shè)計原因、加工精度和繞組匝數(shù)取整等會使旋變正余弦輸出繞組在空間分布不垂直，產(chǎn)生正交偏差。

正交偏差表現(xiàn)形式：以2倍極對數(shù)次的高次諧波，影響旋轉(zhuǎn)變壓器的角度精度。

2.幅值偏差

由于設(shè)計、加工工藝的缺點(diǎn)造成正余弦兩相繞組的實(shí)際最大空載輸出電壓幅值不完全一致。幅值偏差的表現(xiàn)形式也為：以2倍極對數(shù)次的高次諧波，影響旋轉(zhuǎn)變壓器的角度精度。

3.零位偏差

旋轉(zhuǎn)變壓器安裝偏差造成其定子與轉(zhuǎn)子幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，表現(xiàn)為各極氣隙不均勻，最終引起旋變的零位偏差。零位偏差的表現(xiàn)形式：以一次諧波的形式影響旋轉(zhuǎn)變壓器的角度精度。零位偏差僅與相對偏心率大小有關(guān)，與極對數(shù)無關(guān)，不可通過提高極對數(shù)來抑制。

正交偏差、零位偏差、幅值偏差會同時存在并對旋變精度產(chǎn)生綜合影響，旋變偏差曲線表現(xiàn)為受正交偏差、幅值偏差影響的以2倍極對數(shù)為周期的髙次諧波，以及受定轉(zhuǎn)子偏心影響的一次諧波。

通過上述分析，明確了旋變偏差的最終形式，可在控制系統(tǒng)軟件上對偏差進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償，從而提高控制系統(tǒng)的控制效果。