旋转变压器的主要性能指标及影响因素

旋转变压器的主要性能指标及影响因素
1.正弦-余弦函数误差
(1)定义：指当转子在任一位臵时，副方输出电压与理想的正弦或余弦曲线的偏差。

也称扩大精度
误差。

(2)影响因素
a)绕组分布
b)定、转子间的槽(数)配合
c)铁心的饱和度
d)机械加工不良而引起的如偏心、定子内圆和转子外圆的椭圆等
e)导磁材料的各向磁导率不一致而引起的磁路不对称等
2.正交电压
(1)定义：当副方开路，原方任一绕组一额定电压和额定频率励磁时，另一原方绕组的端电压。

(2)影响因素
a)定子两绕组分布不良，使得磁轴在空间不严格正交
b)由于导磁材料的各向磁导率不一致而引起的磁轴偏移
c)机械加工不良而引起的如偏心、定子内圆和转子外圆的椭圆而引起的磁路不对称等
3.零位分布误差
(1)定义：当原方一相绕组一额定电压额定频率励磁，而另一相绕组短路，两个副方绕组的输出电
压为最小时，转子的四个位臵分别与0°、90°、180°、270°之差。

4.电压比/变比/变压比
(1)原方某一绕组以额定电压和额定频率励磁，另一绕组短路，副方绕组与励磁绕组处于最大耦合
时，输出电压与输入电压之比。

(2)影响因素
a)绕组本身匝数不对称或阻抗不等都会引起
b)环境温度及电机本身的温度变压，使得原方绕组的电阻随之变化，导致原方绕组压降改变，
结果使得电压比改变
c)若输入电压超出额定值并使定子铁心达到饱和状态(因为旋转变压器都设计成低磁密的，
故在一般使用情况下，是很少出现的)
d)当没有补偿绕组或没有外电路补偿的情况下，频率的变化导致变压比变化
5.相位移
(1)定义：原方输入电压与副方输出电压在时间相位上的差异。

旋转变压器的相位移都是超前的。

(2)影响因素
a)相位移的大小依赖于旋转变压器本身的阻抗，在高阻抗的产品中，相位移较小。

b)温度变化：温度上升时，原方电阻增大，相位移随之增大
c)频率变化：频率增高时，相位移随之减小。

d)在高频和较大机座号的产品，温度变化对相位移的影响不大，而频率变化却对相位移有很
大影响。

在低频和小机座号产品中，相位移受温度影响远远超出频率对它的影响。

6.线性误差
(1)定义：当原方以额定的电压和频率励磁时，转载一定转角范围内副方绕组的输出电压与理想直
线的偏差。

7.剩余电压
(1)定义：当一个原方绕组以额定的频率和电压励磁，另一个原方绕组短路，副方某一绕组与励磁
绕组处于最小耦合时所产生的电压(另一副方绕组开路)。

(2)总剩余电压值一般为输入电压的千分之一左右，而其基波分量约为总剩余电压的60%。

随着
机座号的增大，剩余电压则略为下降。

8.电气误差
(1)定义：转子的机械位臵与相应的电气位臵之差。

9.交轴误差：定子或转子两绕组间的轴线与直角所成的偏差。

10.关于壳体结构及材料
(1)通常情况下，外壳材料都是采用铝合金，其最大优点是重量轻。

但是，当环境温度变化幅度很
大的情况下，由于定子铁心和铝合金外壳的热膨胀系数不一样，因而使机体的机械配合改变而使性能变化。

其次，抗腐蚀性远不如不锈钢壳体。

(2)外壳都早成杯形，即只有一个端盖，另一个端盖则在杯的底部。

与两个端盖的结构比较，即减
少了零部件，也提高了同心度。

11.为了使具有良好的磁路结构及使铁心的各向磁导均匀对称，定、转子的铁心都采用“错槽”叠法，
以消除导磁材料固有的各向磁导不均匀的缺点。

12.合适的定子和转子槽数配合，以消除谐波。

都采用斜槽，有定、转子铁心都斜槽或只有一方斜槽，
视不同产品而定，槽的扭斜角度也有不同。

但从工艺实现方便上考虑，一般都采用转子斜槽。

13.因设计造成的误差——绕组问题、齿谐波问题、导磁材料问题——尽量缩小不可避免。

(1)绕组问题：磁势的分布决定于原方绕组的分布情况。

原方和副方绕组都是正弦分布是最理想的。

实践证明，当原方和副方都采用正弦分布绕组时，其函数误差比其他形式分布的绕组小。

正弦分布绕组的另一优点是不必因消弱3、5、7次谐波而造成绕组短节距，相对地增加绕组的有效匝数。

采取短节距，使得基波的绕组系数降低，相当于有效匝数减少。

(2)齿谐波问题：
a)即使采用正弦分布绕组，其磁势分布也不可能是严格的正弦曲线，而是成阶梯状的。

这是
因为定、转子铁心中有槽和齿存在，绕组导体不可能沿气隙表面连续分布。

因此磁势曲线
除基波外尚有告辞谐波存在。

同时，在副方亦存在同样的情况。

这些谐波的产生是由于齿
的存在而引起的，与绕组的分布无关，因此不能借助于绕组的分布而予以消除或削弱。

b)由于定、转子都有齿和槽，使得气隙的磁导沿定子内圆圆周而改变，即在齿下时磁导大二
在槽下时磁导小。

这种情况，我们可以等效地看做定、转子间的气隙长度随定子的内圆周
(或转子的外圆周)做周期性变化，其周期数等于定子（或转子）的齿数。

c)齿谐波的消除和削弱不可能借助于绕组分布来达到目的，只能借助于斜槽和定、转子齿数
的适当配合来消弱谐波的影响。

在选择定子和转子齿数时除必须为4的倍数外，还必须满
足Z1≠Z2、Z1≠Z2±2、Z1和Z2的最小公倍数尽可能的大。

d)增大气隙长度对降低齿谐波的影响有很好的效果。

定子和转子斜槽对消除齿谐波也有良好
的效果。

(3)导磁材料问题
a)磁化曲线的非线性及其影响：磁导率μ是随磁通磁度B而变化的。

磁化曲线达到饱和点，
则容易产生3、5次谐波。

把磁通密度靠近原点时，会产生3次谐波。

b)磁性材料的各向不均匀及其影响：铁心磁路不对称，影响产品进度。

冲片叠装是“错槽”
工艺方法，使整个铁心各向磁导率比较均匀。

增大气隙长度以降低铁心在整个磁路上的影
响，也是一个解决办法。

14.因加工工艺方面造成的误差——由于机械加工不良而引起的定子内圆椭圆、转子外圆椭圆、定/转
子相对偏心、导磁材料的片间短路等——机座号越小影响越明显。

(1)定、转子的偏心和椭圆
a)由偏心所引起的正交电压和零位电压分布误差是与相对偏心量的平方成正比的。

b)由椭圆所引起的正交电压和零位电压分布误差是与椭圆度成正比。

c)原、副方的偏心、椭圆所引起的零位分布误差和由原方偏心、椭圆所引起的正交电压误差，
都是与偏心角有关。

这些误差都与成正比。

d)所有偏心、椭圆所引起的误差，都与谐波绕组系数有关，谐波绕组系数增大，误差随之增
大。

e)原方椭圆所引起的正交电压和零位分布误差，以及副方椭圆所引起的扩大精度误差中，都
有与谐波绕组系数有关的项。

(2)铁心叠片的片间短路的影响：片间短路，造成气隙中产生一个旋转磁场，导致副方绕组产生一
个附加电势。

增大气隙的长度对降低由于加工方面所引起的误差是有效的。

至少可以使相对偏心量缩小和降低定、转子椭圆的影响。

不过，这会导致空载损耗增大。

15.属于应用方面的因素——使用条件发生变化时，旋转变压器性能发生影响，特别是输入电压、频率
和温度的变化对旋转变压器的性能(主要是对变比及相位移)的影响。