旋转变压器接线故障分析法的研究

张艳丽，任双华，王 健

(中国电子科技集团第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

根据GJB 929A—98 《旋转变压器通用规范》要求[1]，旋转变压器的引出线采用不同颜色区分不同信号功能。旋转变压器的应用场合很多，绝大多数旋转变压器产品的引出线使用不同颜色规格的安装线，有的应用场合需要将引出线加屏蔽或者集束在一起。

目前，航天用旋转变压器的引出线大多为同色，通过端部颜色套管区分，在装配过程中通常会把颜色套管去除后接入对应接口中。如果连接时出现接线错误，会出现机械零位和电气零位位置不一致，有的会出现正方向错误的故障。在生产过程中，操作员在下线工序接线错误，也会导致上述故障，需要方便、有效的分析方法来解决该故障。

1 旋转变压器的原理

旋转变压器由定、转子两部分构成，转子激磁，通过电磁感应，定子方输出两相与转子机械转角分别按正、余弦函数变化的信号。其基本方程如下[2]：

UR1R3=Usin(ωt)

US1S3=K·Usin(ωt)·cosθ

US2S4=K·Usin(ωt)·sinθ

式中：UR1R3为 转子绕组的激磁电压；US1S3(US2S4)为定子绕组的输出电压；K为变压比；θ为机械角。

绕组原理图如图1所示。

图1 绕组原理图

旋转变压器的零位有两个0°和180°，规定0°处为电气零位。电气零位是这样定义的：sin相输出在这点上，输出幅值与励磁电压同相分量为0，同时在正相转动时输出值的相位为正。

2 旋转变压器接线故障分析法

2.1 函数列表分析法

正余弦函数值随角度变化如图2所示。

图2 正、余弦函数图

在-360°～+360°角度范围内，在接线正确条件下，正、余弦函数输出如表1所示。零位点时sinθ和cosθ的值为0、1，在-90°、0°、90°三点，sinθ值为-1、0、1，此时机械零位即电气零位。

表1 正、余弦三角函数表

2.1.1 正弦接线接反

激磁端接线正确，输出端正弦接线接反，余弦接线正确情况下，函数输出如表2所示。

表2 正弦接线接反时函数表

表2中，此时机械零位即电气零位；-90°、0°、90°的sinθ输出由-1、0、1变为1、0、-1。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为0；2)正方向变反。

2.1.2 余弦接线接反

激磁端接线正确，输出端正弦接线正确，余弦接线接反的情况下，函数输出如表3所示。

表3 余弦接线接反时函数表

表3中，处于电气零位时，机械角度为180°(-180°)，90°、180°、270°的正弦输出由-1、0、1变为1、0、-1。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为180°(-180°)；2)正方向变反。

2.1.3 正弦接线接反，同时余弦接线接反

激磁端接线正确，输出正弦接线接反，同时余弦接线接反的情况下，函数输出如表4所示。

表4 正弦、余弦同时接线接反时函数表

表4中，处于电气零位时，机械角度为180°(-180°)，90°、180°、270°的正弦输出-1、0、1不变。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为180°(-180°)；2)正方向正确。该情况与激磁端接线接反情况相同。

2.1.4 正弦接余弦，余弦接正弦

激磁端接线正确，输出端正弦接余弦，余弦接正弦的情况下，函数输出如表5所示。

表5 正弦接余弦、余弦接正弦时函数表

表5中，处于电气零位时，机械角度为90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦输出由-1、0、1变为1、0、-1。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为90°(90°)；2)正方向变反。

2.1.5 正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低电位接反

激磁端接线正确，正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低电位接反情况下，函数输出如表6所示。

表6 正弦接余弦，余弦接正弦，接到正弦上的高低电位接反时函数表

表6中，处于电气零位时，机械角度为90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦输出-1、0、1不变。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为270°(-90°)；2)正方向正确。

2.1.6 正弦接余弦，余弦接正弦，接到余弦上的高低电位接反

激磁端接线正确，输出端正弦接余弦，余弦接正弦，且接到余弦上的高低电位接反的情况下，函数输出如表7所示。

表7 余弦接正弦，正弦接余弦，接到余弦上的高低电位接反时函数表

表7中，处于电气零位时，机械角度为270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦输出-1、0、1不变。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为90°(90°)；2)正方向正确。

2.1.7 正弦接余弦，余弦接正弦，且高低电位全部接反

正弦接余弦，余弦接正弦，且高低电位全部接反情况下，函数输出如表8所示。

表8 正弦接余弦，余弦接正弦，高低电位全部接反时函数表

由表8可知，处于电气零位时，机械角度为270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦输出由-1、0、1变为1、0、-1。故障现象：1)机械零位位置时，解码显示为270°(-90°)；2)正方向变反。

2.2 公式分析法

2.2.1 正弦接线接反

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

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

此时θ变为-θ，正方向变反；机械零位位置时，电气角度为0。

2.2.2 余弦接线接反

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

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

此时θ变为-θ，正方向变反；机械零位位置时，电气角度为π或-π。

2.2.3 正弦接线接反，同时余弦接线接反

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

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

此时θ前符号不变，正方向正确；机械零位位置时，电气角度为π或-π。

该情况与电源线接反情况相同。

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电位接反

2.2.6 正弦接余弦，余弦接正弦，且接到余弦上的高低电位接反

2.2.7 正弦接余弦，余弦接正弦，且正、余弦上的高低电位全部接反

3 分析结论及验证

上述两种分析方法，得到相同的结论，总结如表9、表10所示。

表9 旋转变压器接口标识

表10 故障模式及解决方案

为验证上述解决方案的正确性，对本文研制的J48XZ型正余弦旋转变压器进行测试验证。分别在0°～360°和-180°～180°两种解码量程内，按照表10模拟故障模式，依据相应解决方案进行测试，测试结果与表10中结论完全相同。

4 结 语

通过函数列表和公式两种方法，对旋转变压器多种接线故障进行详细分析，得到有效的解决方案。实验验证了该分析方法的正确性、有效性及实用性。本文是对旋转变压器处于机械零位点时进行分析，该分析方法对旋转变压器处于任意点时接线排故，同样有效、实用。