技术 | 电机控制旋转变压器误差分析与探讨
湘潭电机股份有限公司楚文剑
1、引言
随着科学技术的不断发展，位置检测的重要性越来越突出。机械零件的精准加工、电机的最优控制、机器人的运转识别，都离不开位置的精确检测，尤其在航空航天等高要求、高可靠性的领域，位置检测的重要性更不容忽视。旋转变压器凭借高可靠性、抗震动、抗电磁干扰、寿命长等优点，在这些场合具有广泛的适应性和优越性。
旋转变压器的精度高低决定了控制系统的控制效果，然而由于各种原因，旋转变压器的输出信号不可避免地存在各种误差，从而影响旋转变压器的精度，因此对旋转变压器的误差进行分析是十分必要的。
2、旋变误差来源分析
造成旋转变压器输出误差的误差原因归纳起来主要包括设计误差、生产工艺误差及安装使用误差。
2.1设计误差
设计误差是指旋变在设计过程中的原理性误差，可以通过优化设计有效降低，但是不可避免。设计时应有意提高齿谐波分量的次数，降低谐波分量的影响，采用斜槽和合理齿槽数会有效抑制谐波分量；同时优化绕组设计，合理取整，使绕组设计最佳，也是控制原理性误差的一个重要方面。
2.2生产工艺误差
生产工艺误差是指旋变在生产过程中，受机械加工生产条件和工艺水平所限而带来的误差。这类误差可以通过提高加工精度、完善生产工艺等手段得到有效控制。
机械加工是旋变产生误差的重要来源，机械加工精度决定旋变定转子铁芯和机壳之间同心度、圆度误差、定转子上的齿槽加工误差以及气隙不均匀等，其中齿槽加工精度对旋变误差的影响最大，通常会采用加工精度高的线切割手段来提高齿槽的加工精度。这些加工误差会给旋变带来零位误差、正交误差等；另外，定转子铁芯材料磁性能各向异性、叠片的胶层厚度、线圈绕组的对称性均会影响旋变的零位误差和幅值误差等。加工精度的提高是在一定程度上、且是有限的，加工精度达到一定水平后再想提高是很困难的，同时加工精度同生产成本和周期也是紧密相关，相互制约的。
2.3安装使用误差
安装使用误差是指旋变在系统上的装配精度及使用特点所引起的误差。旋转变压器的方案构型确定后，其定子与转子间的气隙也随之而定，但实际装配使用环节中总存在安装误差，形成的旋转变压器的定、转子间的气隙偏心。
相关研究表明因旋转变压器定、转子安装偏心造成的误差：在偏心量小于50％的范围内，误差的变化与偏心量近似成正比，在偏心量30％的范围内，旋转变压器可正常工作，在偏心量小于10％的条件下，可保证旋转变压器的最佳电气性能。
3、旋变误差的形式
设计误差主要造成旋变的正交误差、幅值误差，生产工艺误差主要造成旋变的正交误差、零位误差、幅值误差，安装使用误差主要造成旋变偏心引起的零位误差。所以，旋变的误差源虽然是多方面的，但误差主要表现为正交误差、幅值误差及偏心所引起的零位误差。
3.1正交误差
因设计原因、加工精度和绕组匝数取整等会使旋变正余弦输出绕组在空间分布不垂直，产生正交误差。
正交误差表现形式：以2倍极对数次的高次谐波，影响旋转变压器的角度精度。
3.2幅值误差
由于设计、加工工艺的缺陷导致正余弦两相绕组的实际最大空载输出电压幅值不完全一致。幅值误差的表现形式也为：以2倍极对数次的高次谐波，影响旋转变压器的角度精度。
3.3零位误差
旋转变压器安装误差造成其定子与转子几何中心偏离旋转中心，表现为各极气隙不均匀，最终引起旋变的零位误差。零位误差的表现形式：以一次谐波的形式影响旋转变压器的角度精度。零位误差仅与相对偏心率大小有关，与极对数无关，不能通过提高极对数来抑制。
4、结语
正交误差、零位误差、幅值误差会同时存在并对旋变精度产生综合影响，旋变误差曲线表现为受正交误差、幅值误差影响的以2倍极对数为周期的髙次谐波，以及受定转子偏心影响的一次谐波。
通过上述分析，明确了旋变误差的最终形式，可在控制系统软件上对误差进行相关补偿，从而提高控制系统的控制效果。
参考文献
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