旋轉(zhuǎn)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(tuán)第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

根據(jù)GJB 929A—98 《旋轉(zhuǎn)變壓器通用規(guī)范》要求[1]，旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線采用不同顏色區(qū)分不同信號(hào)功能。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用場(chǎng)合很多，絕大多數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)品的引出線使用不同顏色規(guī)格的安裝線，有的應(yīng)用場(chǎng)合需要將引出線加屏蔽或者集束在一起。

目前，航天用旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線大多為同色，通過端部顏色套管區(qū)分，在裝配過程中通常會(huì)把顏色套管去除后接入對(duì)應(yīng)接口中。如果連接時(shí)出現(xiàn)接線錯(cuò)誤，會(huì)出現(xiàn)機(jī)械零位和電氣零位位置不一致，有的會(huì)出現(xiàn)正方向錯(cuò)誤的故障。在生產(chǎn)過程中，操作員在下線工序接線錯(cuò)誤，也會(huì)導(dǎo)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(zhuǎn)變壓器的原理

旋轉(zhuǎn)變壓器由定、轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)子激磁，通過電磁感應(yīng)，定子方輸出兩相與轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)角分別按正、余弦函數(shù)變化的信號(hào)。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(zhuǎn)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(jī)械角。

繞組原理圖如圖1所示。

圖1 繞組原理圖

旋轉(zhuǎn)變壓器的零位有兩個(gè)0°和180°，規(guī)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(diǎn)上，輸出幅值與勵(lì)磁電壓同相分量為0，同時(shí)在正相轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出值的相位為正。

2 旋轉(zhuǎn)變壓器接線故障分析法

2.1 函數(shù)列表分析法

正余弦函數(shù)值隨角度變化如圖2所示。

圖2 正、余弦函數(shù)圖

在-360°～+360°角度范圍內(nèi)，在接線正確條件下，正、余弦函數(shù)輸出如表1所示。零位點(diǎn)時(shí)sinθ和cosθ的值為0、1，在-90°、0°、90°三點(diǎn)，sinθ值為-1、0、1，此時(shí)機(jī)械零位即電氣零位。

表1 正、余弦三角函數(shù)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(shù)輸出如表2所示。

表2 正弦接線接反時(shí)函數(shù)表

表2中，此時(shí)機(jī)械零位即電氣零位；-90°、0°、90°的sinθ輸出由-1、0、1變?yōu)?、0、-1。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shù)輸出如表3所示。

表3 余弦接線接反時(shí)函數(shù)表

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

2.1.3 正弦接線接反，同時(shí)余弦接線接反

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

表4 正弦、余弦同時(shí)接線接反時(shí)函數(shù)表

表4中，處于電氣零位時(shí)，機(jī)械角度為180°(-180°)，90°、180°、270°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shù)輸出如表5所示。

表5 正弦接余弦、余弦接正弦時(shí)函數(shù)表

表5中，處于電氣零位時(shí)，機(jī)械角度為90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦輸出由-1、0、1變?yōu)?、0、-1。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shù)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(shí)函數(shù)表

表6中，處于電氣零位時(shí)，機(jī)械角度為90°(-270°)，0°、90°、180°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shù)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(shí)函數(shù)表

表7中，處于電氣零位時(shí)，機(jī)械角度為270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦輸出-1、0、1不變。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shù)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(shí)函數(shù)表

由表8可知，處于電氣零位時(shí)，機(jī)械角度為270°(-90°)，180°、270°、360°的正弦輸出由-1、0、1變?yōu)?、0、-1。故障現(xiàn)象：1)機(jī)械零位位置時(shí)，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(shí)θ變?yōu)?θ，正方向變反；機(jī)械零位位置時(shí)，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(shí)θ變?yōu)?θ，正方向變反；機(jī)械零位位置時(shí)，電氣角度為π或-π。

2.2.3 正弦接線接反，同時(shí)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(shí)θ前符號(hào)不變，正方向正確；機(jī)械零位位置時(shí)，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(jié)論及驗(yàn)證

上述兩種分析方法，得到相同的結(jié)論，總結(jié)如表9、表10所示。

表9 旋轉(zhuǎn)變壓器接口標(biāo)識(shí)

表10 故障模式及解決方案

為驗(yàn)證上述解決方案的正確性，對(duì)本文研制的J48XZ型正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。分別在0°～360°和-180°～180°兩種解碼量程內(nèi)，按照表10模擬故障模式，依據(jù)相應(yīng)解決方案進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與表10中結(jié)論完全相同。

4 結(jié) 語

通過函數(shù)列表和公式兩種方法，對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器多種接線故障進(jìn)行詳細(xì)分析，得到有效的解決方案。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該分析方法的正確性、有效性及實(shí)用性。本文是對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器處于機(jī)械零位點(diǎn)時(shí)進(jìn)行分析，該分析方法對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器處于任意點(diǎn)時(shí)接線排故，同樣有效、實(shí)用。