旋轉變壓器接線故障分析法的研究

張艷麗，任雙華，王 健

(中國電子科技集團第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

根據GJB 929A—98 《旋轉變壓器通用規范》要求[1]，旋轉變壓器的引出線采用不同顏色區分不同信號功能。旋轉變壓器的應用場合很多，絕大多數旋轉變壓器產品的引出線使用不同顏色規格的安裝線，有的應用場合需要將引出線加屏蔽或者集束在一起。

目前，航天用旋轉變壓器的引出線大多為同色，通過端部顏色套管區分，在裝配過程中通常會把顏色套管去除后接入對應接口中。如果連接時出現接線錯誤，會出現機械零位和電氣零位位置不一致，有的會出現正方向錯誤的故障。在生產過程中，操作員在下線工序接線錯誤，也會導致上述故障，需要方便、有效的分析方法來解決該故障。

1 旋轉變壓器的原理

旋轉變壓器由定、轉子兩部分構成，轉子激磁，通過電磁感應，定子方輸出兩相與轉子機械轉角分別按正、余弦函數變化的信號。其基本方程如下[2]：

UR1R3=Usin(ωt)

US1S3=K·Usin(ωt)·cosθ

US2S4=K·Usin(ωt)·sinθ

式中：UR1R3為 轉子繞組的激磁電壓；US1S3(US2S4)為定子繞組的輸出電壓；K為變壓比；θ為機械角。

繞組原理圖如圖1所示。

圖1 繞組原理圖

旋轉變壓器的零位有兩個0°和180°，規定0°處為電氣零位。電氣零位是這樣定義的：sin相輸出在這點上，輸出幅值與勵磁電壓同相分量為0，同時在正相轉動時輸出值的相位為正。

2 旋轉變壓器接線故障分析法

2.1 函數列表分析法

正余弦函數值隨角度變化如圖2所示。

圖2 正、余弦函數圖

在-360°～+360°角度范圍內，在接線正確條件下，正、余弦函數輸出如表1所示。零位點時sinθ和cosθ的值為0、1，在-90°、0°、90°三點，sinθ值為-1、0、1，此時機械零位即電氣零位。

表1 正、余弦三角函數表

2.1.1 正弦接線接反

激磁端接線正確，輸出端正弦接線接反，余弦接線正確情況下，函數輸出如表2所示。

表2 正弦接線接反時函數表

表2中，此時機械零位即電氣零位；-90°、0°、90°的sinθ輸出由-1、0、1變為1、0、-1。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為0；2)正方向變反。

2.1.2 余弦接線接反

激磁端接線正確，輸出端正弦接線正確，余弦接線接反的情況下，函數輸出如表3所示。

表3 余弦接線接反時函數表

表3中，處于電氣零位時，機械角度為180°(-180°)，90°、180°、270°的正弦輸出由-1、0、1變為1、0、-1。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為180°(-180°)；2)正方向變反。

2.1.3 正弦接線接反，同時余弦接線接反

激磁端接線正確，輸出正弦接線接反，同時余弦接線接反的情況下，函數輸出如表4所示。

表4 正弦、余弦同時接線接反時函數表

表4中，處于電氣零位時，機械角度為180°(-180°)，90°、180°、270°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為180°(-180°)；2)正方向正確。該情況與激磁端接線接反情況相同。

2.1.4 正弦接余弦，余弦接正弦

激磁端接線正確，輸出端正弦接余弦，余弦接正弦的情況下，函數輸出如表5所示。

表5 正弦接余弦、余弦接正弦時函數表

表5中，處于電氣零位時，機械角度為90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦輸出由-1、0、1變為1、0、-1。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為90°(90°)；2)正方向變反。

2.1.5 正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低電位接反

激磁端接線正確，正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低電位接反情況下，函數輸出如表6所示。

表6 正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低電位接反時函數表

表6中，處于電氣零位時，機械角度為90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為270°(-90°)；2)正方向正確。

2.1.6 正弦接余弦，余弦接正弦，接到余弦上的高低電位接反

激磁端接線正確，輸出端正弦接余弦，余弦接正弦，且接到余弦上的高低電位接反的情況下，函數輸出如表7所示。

表7 余弦接正弦，正弦接余弦，接到余弦上的高低電位接反時函數表

表7中，處于電氣零位時，機械角度為270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為90°(90°)；2)正方向正確。

2.1.7 正弦接余弦，余弦接正弦，且高低電位全部接反

正弦接余弦，余弦接正弦，且高低電位全部接反情況下，函數輸出如表8所示。

表8 正弦接余弦，余弦接正弦，高低電位全部接反時函數表

由表8可知，處于電氣零位時，機械角度為270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦輸出由-1、0、1變為1、0、-1。故障現象：1)機械零位位置時，解碼顯示為270°(-90°)；2)正方向變反。

2.2 公式分析法

2.2.1 正弦接線接反

US2S4=-K·Usin(ωt)·sinθ=K·Usin(ωt)·sin(-θ)

US1S3=K·Usin(ωt)·cosθ=K·Usin(ωt)·cos(-θ)

此時θ變為-θ，正方向變反；機械零位位置時，電氣角度為0。

2.2.2 余弦接線接反

US2S4=K·Usin(ωt)·sinθ=K·Usin(ωt)·sin(π-θ)

US1S3=-K·Usin(ωt)·cosθ=K·Usin(ωt)·cos(π-θ)

此時θ變為-θ，正方向變反；機械零位位置時，電氣角度為π或-π。

2.2.3 正弦接線接反，同時余弦接線接反

US2S4=-K·Usin(ωt)·sinθ=K·Usin(ωt)·sin(π+θ)

US1S3=-K·Usin(ωt)·cosθ=K·Usin(ωt)·cos(π+θ)

此時θ前符號不變，正方向正確；機械零位位置時，電氣角度為π或-π。

該情況與電源線接反情況相同。

2.2.4 正弦接余弦，余弦接正弦

2.2.5 正弦接余弦，余弦接正弦，且接到正弦上的高低電位接反

2.2.6 正弦接余弦，余弦接正弦，且接到余弦上的高低電位接反

2.2.7 正弦接余弦，余弦接正弦，且正、余弦上的高低電位全部接反

3 分析結論及驗證

上述兩種分析方法，得到相同的結論，總結如表9、表10所示。

表9 旋轉變壓器接口標識

表10 故障模式及解決方案

為驗證上述解決方案的正確性，對本文研制的J48XZ型正余弦旋轉變壓器進行測試驗證。分別在0°～360°和-180°～180°兩種解碼量程內，按照表10模擬故障模式，依據相應解決方案進行測試，測試結果與表10中結論完全相同。

4 結 語

通過函數列表和公式兩種方法，對旋轉變壓器多種接線故障進行詳細分析，得到有效的解決方案。實驗驗證了該分析方法的正確性、有效性及實用性。本文是對旋轉變壓器處于機械零位點時進行分析，該分析方法對旋轉變壓器處于任意點時接線排故，同樣有效、實用。