⒈概述
⒈⒈旋转变压器的发展
旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。
早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。
其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。
这些函数是最常见的，也是容易实现的。
在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。
但这样的函数只用于特殊的场合，不是通用的。
60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服系统，作为角度信号的产生和检测元件。
三线的三相的自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。
所以作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。
随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。
所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。
由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。
特别是，在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。
旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变” 。
俄文里称作“Вращающийся
Трансформатор” ，词义就是“旋转变压器”。
英文名字叫“resolver”，根据词义，有人把它称作为“解算器”或“分解器”。
作为角度位置传感元件，常用的有这样几种：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。
由于制作和精度的缘故，磁性编码器没有其他两种普及。
光学编码器的输出信号是脉冲，由于是天然的数字量，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用。
早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价格比较贵的原因，应用受到了限制。
因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。
随着电子工业的发展，电子元器件集成化程度的提高，元器件的价格大大下降;另外，信号处理技术的进步，旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠，价格也大大下降。
而且，又出现了软件解码的信号处理，使得信号处理问题变得更加灵活、方便。
这样，旋转变压器的应用得到了更大的发展，其优点得到了更大的体现。
和光学编码器相比，旋转变压器有这样几点明显的优点：①无可比拟的可靠性，非常好的抗恶劣环境条件的能力;②可以运行在更高的转速下。
（在输出12 bit的信号下，允许电动机的转速可达60,000rpm。
而光学编码器，由于光电器件的频响一般在200kHz以下，在12 bit时，速度只能达到3,000rpm）;③方便的绝对值信号数据输出。
⒈⒉旋转变压器的应用
旋转变压器的应用，近期发展很快。
除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外，在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。
特别应该提出的是，这些年来，随着工业自动化水平的提高，随着节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用，越来越广泛。
而永磁交流电动机的位置传感器，原来是以光学编码器居多，但
这些年来，却迅速地被旋转变压器代替。
可以举几个明显的例子，在家电中，不论是冰箱、空调、还是洗衣机，目前都是向变频变速发展，采用的是正弦波控制的永磁交流电动机。
目前各国都在非常重视的电动汽车中，电动汽车中所用的位置、速度传感器都是旋转变压器。
例如，驱动用电动机和发电机的位置传感、电动助力方向盘电机的位置速度传感、燃气阀角度测量、真空室传送器角度位置测量等等，都是采用旋转变压器。
在应用于塑压系统、纺织系统、冶金系统以及其他领域里，所应用的伺服系统中关键部件伺服电动机上，也是用旋转变压器作为位置速度传感器。
旋转变压器的应用已经成为一种趋势。
⒈⒊旋转变压器的结构
根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。
在有刷旋转变压器中，定、转子上都有绕组。
转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。
由于有刷结构的存在，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。
因此目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，我们着重于介绍无刷旋转变压器。
目前无刷旋转变压器有两种结构形式。
一种称作为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作为磁阻式旋转变压器。
1）环形变压器式旋转变压器
图1示出环形变压器式无刷旋转变压器的结构。
这种结构很好地实现了无刷、无接触。
图中右侧部分是典型的旋转变压器的定、转子，在结构上和有刷旋转变压器一样的定、转子绕组，作信号变换。
左侧是环形变压器。
它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。
转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压器完成。
A—普通旋转变压器B—环形变压器
图1环变式旋转变压器结构示意
2）磁阻式旋转变压器
图2是一个10对极的磁阻式旋转变压器的示意图。
磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。
但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。
两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号。
转子磁极形状作特殊设计，使得气隙磁场近似于正弦形。
转子形状的设计也必须满足所要求的极数。
可以看出，转子的形状决定了极对数和气隙磁场的形状。
磁阻式旋转变压器一般都做成分装式，不组合在一起，以分装形式提供给用户，由用户自己组装配合。
图2 磁阻式旋转变压器结构示意
3）多极旋转变压器
图3多极旋转变压器的结构示意图。
图3 a）、b）是共磁路结构，粗、精机定、转子绕组公用一套铁心。
所谓粗机，是指单对磁极的旋转变压器，它的精度低，所以称为粗机;精机是指多对极的旋转变压器，由于精度高，多对磁极的旋转变压器称为精机。
其中图3a）表示的是旋转变压器的定子和转子组装成一体，由机壳、端盖和轴承将它们连在一起。
称为组装式，图3b）的定转子是分开的，称为分装式。
图3c）、d）是分磁路结构，粗、精机定、转子绕组各有自己的铁心。
其中图4c）、d）都是组装式，只是粗、精机位置安放的形式不一样，图3c）的粗、精机平行放置，图3d）粗、精机是垂直放置，粗机在内腔。
另外，很多时候也有单独的多极旋转变压器。
应用时，若仍需要单对极的旋转变压器，则另外配置。
共磁路分磁路
a）组装式b）分装式c）粗精平行放置d）粗精垂直放置
图3多极旋转变压器结构示意
对于多极旋转变压器，一般都必须和单极旋转变压器组成统一的系统。
在旋转变压器的设计中，如果单极旋转变压器和多极旋转变压器设计在同一套定、转子铁心中，而分别有自己的单极绕组和多极绕组。
这种结构的旋转变压器称为双通道旋转变压器。
如果单极旋转变压器和多极旋转变压器都是单独设计，都有自己的定、转子铁心。
这种结构的旋转变压器称为单通道旋转变压器。
⒉旋转变压器的工作原理
⒉⒈旋转变压器角度位置伺服控制系统
图4是一个比较典型的角度位置伺服控制系统。
XF称作旋变发送机，XB称作旋变变压器。
旋变发送机发送一个与机械转角有关的、作一定函数关系变化的电气信号;旋变变压器接受这个信号、并产生和输出一个与双方机械转角之差有关的电气信号。
伺服放大器接受选变压器的输出信号，作为伺服电动机的控制信号。
经放大，驱动伺服电动机旋转，并带动接受方旋转变压器转轴及其它相连的机构，直至达到和发送机方一致的角位置。
旋变发送机的初级，一般在转子上设有正交的两相绕组，其中一相作为励磁绕组，输入单相交流电压;另一相短接，以抵消交轴磁通，改善精度。
次级也是正交的两相绕组。
旋变变压器的初级一般在定子上，由正交的两相绕组组成;次级为单项绕组，没有正交绕组。
图4旋转变压器角度位置伺服控制系统
应该指出，由于结构的关系，磁阻式旋变只有旋变发送机，没有旋变变压器。
⒉⒉工作原理
前面已经介绍过，旋转变压器有旋变发送机和旋变压器之分。
作为旋变发送机它的励磁绕组是由单相电压供电，电压可以写为式（1）形式：
（1）
其中，U1m—励磁电压的幅值，ω—励磁电压的角频率。
励磁绕组的励磁电流产生的交变磁通，在次级输出绕组中感生出电动势。
当转子转动时，由于励磁绕组和次级输出绕组的相对位置发生变化，因而次级输出绕组感生的电动势也发生变化。
又由于次级输出的两相绕组在空间成正交的90°电角度，因而两相输出电压如式（2）所示：
（2）
其中，U2Fs—正弦相的输出电压，U2Fc—余弦相的输出电压，U2Fm—次级输出电压的幅值;αF—励磁方和次级输出方电压之间的相位角，θF—发送机转子的转角。
可以看出，励磁方和输出方的电压是同频率的。
