一对极等气隙磁阻式旋转变压器的研究

论文摘要

磁阻式旋转变压器是伺服系统中常用的转子位置传感器,其优点是无接触、结构紧凑、型式简单、使用寿命长且安全可靠,是未来旋转变压器研究的主要方向。目前,虽然成功地研制了多对极磁阻式旋转变压器,使角度测量精度达到角秒级,但是由于一对极磁阻式旋转变压器能够提供绝对零位,因此一对极磁阻式旋转变压器作为角度传感器更受青睐。本文提出了一种新结构的一对极等气隙磁阻式旋转变压器,并对其相关问题进行了研究。本文首先分析了一对极不等气隙磁阻式旋转变压器的特点,针对其缺点对已有的磁阻变化原理进行了改进,并在此基础上给出了一对极等气隙磁阻式旋转变压器的结构,建立了一对极等气隙磁阻式旋转变压器的数学模型,并分析了其电气工作原理。按照给定技术参数,应用解析法对一对极等气隙磁阻式旋转变压器进行了分析设计,主要包括主要尺寸设计、绕组结构设计以及轴向长度设计等。激磁绕组和信号绕组相互垂直安放在定子上,减少恒定电势,经过公式推导得到轴向尺寸设计时应使定子三段相等并等于转子轴向长度。应用电磁场有限元法,建立一对极不等气隙磁阻式旋转变压器的三维场有限元模型进行仿真计算,计算结果表明一对极等气隙磁阻式旋转变压器设计原理的正确性。对输出电势包络线进行傅立叶分析,结果表明其正弦性基本良好。应用电磁场有限元法计算分析定子偏心、转子偏心、绕组不对称、定子齿错位等模型,找出了影响一对极等气隙磁阻式旋转变压器误差的因素。比较定子、转子偏心对一对极等气隙和一对极不等气隙磁阻式旋转变压器的影响程度,得出一对极等气隙磁阻式的精度受偏心影响较小的结论。根据设计参数制作了一对极不等气隙磁阻式旋转变压器样机,并进行了初步实验研究,实验结果表明该一对极不等气隙磁阻式旋转变压器的设计正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 旋转变压器概述
• 1.2.1 旋转变压器的发展概况
• 1.2.2 旋转变压器的分类
• 1.3 正余弦旋转变压器基本原理和技术指标
• 1.3.1 旋转变压器基本原理
• 1.3.2 主要技术数据
• 1.3.3 主要技术指标
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 一对极等气隙磁阻式旋转变压器原理与数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 不等气隙磁阻式旋转变压器
• 2.3 一对极等气隙磁阻式旋转变压器结构
• 2.3.1 磁阻变化原理
• 2.3.2 结构分析
• 2.4 一对极等气隙磁阻式旋转变压器数学模型
• 2.4.1 耦合面积的变化
• 2.4.2 数学模型
• 2.5 等气隙磁阻式旋转变压器工作原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 一对极等气隙磁阻式旋转变压器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 控制系统对旋转变压器的基本要求
• 3.3 旋转变压器的设计方法
• 3.3.1 设计特点
• 3.3.2 主要参数的选择
• 3.4 一对极等气隙磁阻式旋转变压器的设计
• 3.4.1 技术要求
• 3.4.2 主要尺寸设计及材料选择
• 3.4.3 轴向尺寸分析
• 3.4.4 绕组结构设计
• 3.4.5 绕组参数计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 一对极等气隙磁阻式旋转变压器的电磁场分析
• 4.1 引言
• 4.2 电磁场有限元法的分析原理
• 4.3 三维瞬态电磁场理论与求解程序流程图
• 4.4 一对极等气隙磁阻式旋转变压器的有限元计算
• 4.4.1 建立有限元分析模型
• 4.4.2 确定边界条件
• 4.4.3 有限元网格剖分
• 4.4.4 磁链分布分析
• 4.4.5 输出电势波形分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 对影响精度因素的分析及实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算分析制作工艺带来的影响
• 5.2.1 绕组位置不对称的影响
• 5.2.2 定子齿错位的影响
• 5.3 计算分析偏心带来的影响
• 5.3.1 转子偏心的影响
• 5.3.2 定子偏心的影响
• 5.4 实验研究
• 5.4.1 样机模型及实验设备
• 5.4.2 测试方法
• 5.4.3 零位误差的测试研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢