許多人認(rèn)為,,正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器一個(gè)繞組輸出正弦信號(hào),一個(gè)繞組輸出余弦信號(hào),,兩者相位差90°。如圖1所示:
圖1. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組輸出錯(cuò)誤描述
這是一個(gè)完全錯(cuò)誤的概念!
轉(zhuǎn)子靜止時(shí),,正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦繞組和余弦繞組輸出為與勵(lì)磁繞組同頻率的正弦波,,兩者相位差是0°或180°。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)度為90°,,270°時(shí),,余弦繞組輸出幅值為零,沒有相位差的概念,。
在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)度為0°,,180°時(shí),正弦繞組輸出幅值為零,,沒有相位差的概念,。
除了這四個(gè)特殊轉(zhuǎn)角之外,轉(zhuǎn)角在第一象限,,正余弦繞組輸出相位同相(或反相),;轉(zhuǎn)角在第二象限,正余弦繞組輸出相位反相(或同相),;轉(zhuǎn)角在第三象限,,正余弦繞組輸出相位同相(或反相);轉(zhuǎn)角在第四象限,,正余弦繞組輸出相位反相(或同相),。
也就是說,任意時(shí)刻,,正余弦繞組的相位差都不是90°,!
上述觀點(diǎn),可以由旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓方程式推算,。
《GB/T 10241-2007旋轉(zhuǎn)變壓器通用技術(shù)條件》中指出:
定子勵(lì)磁,,不帶補(bǔ)償繞組的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在任意電氣角度下輸出電壓滿足下述方程式:
UR1R3=KUS1S3cosθ+ KUS2S4sinθ
UR2R4=KUS2S4cosθ- KUS1S3sinθ
式中:
UR1R3為轉(zhuǎn)子繞組R1R3之間的電壓;
UR2R4為轉(zhuǎn)子繞組R2R4之間的電壓,;
US1S3為定子繞組S1S3之間的電壓,;
US2S4為定子繞組S2S4之間的電壓;
θ為旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的電氣角,;
K為旋轉(zhuǎn)變壓器變比,。
當(dāng)原邊定子交軸繞組短路時(shí),電壓方程式變?yōu)椋?/p>
UR1R3=KUS1S3cosθ
UR2R4= - KUS1S3sinθ
類似的,,對(duì)于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,,當(dāng)轉(zhuǎn)子正交繞組R2R4短路時(shí),電壓方程式如下:
US1S3=KUR1R3cosθ (1)
US2S4=KUR1R3sinθ (2)
以轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器為例,,
θ=0°時(shí),,US1S3=KUR1R3,US2S4= 0
θ=45°時(shí),,US1S3=0.707KUR1R3,,US2S4=0.707 KUR1R3 (同相)
θ=90°時(shí),,US1S3=0,US2S4= KUR1R3
θ=135°時(shí),,US1S3=-0.707KUS1S3,,UR2R4=0.707 KUS1S3 (反相)
θ=180°時(shí),US1S3=-KUR1R3,,US2S4= 0
θ=225°時(shí),,US1S3=-0.707KUR1R3,,US2S4=-0.707 KUR1R3 (同相)
θ=270°時(shí),,US1S3=0,US2S4= -KUR1R3
θ=315°時(shí),,US1S3=0.707KUR1R3,,US2S4=-0.707 KUR1R3 (反相)
顯然,不論電氣角θ如何變化,,旋轉(zhuǎn)變壓器的正余弦繞組的相位差只會(huì)在同相和反相之間變化,。其變化規(guī)律如圖2所示:
圖2. 旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組輸出電壓相位關(guān)系
那么,為何有正余弦繞組輸出相位差90°的描述呢,?
以上分析了轉(zhuǎn)子靜止時(shí)各個(gè)電氣角下正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組的相位關(guān)系,。
依據(jù)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器電壓方程式(1)、(2)可知,,在不同電氣角θ下,,正余弦繞組輸出波形的幅值是不一樣的,假設(shè)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn),,正余弦繞組輸出波形及勵(lì)磁繞組的輸入波形如圖3所示:
圖3. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組及勵(lì)磁繞組波形圖
由圖3可知,,實(shí)際上,正余弦繞組輸出的不是正弦波或余弦波,,而是一個(gè)調(diào)幅波,,該調(diào)幅波以同頻同相的勵(lì)磁電壓作為載波信號(hào),以一個(gè)低頻正弦波(圖3中正弦繞組波形包絡(luò)線)及余弦波(圖3中余弦繞組波形包絡(luò)線)作為調(diào)制信號(hào),。
對(duì)比圖1可知,,圖1所示的正余弦繞組波形,實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組輸出波形的包絡(luò)線,,并非真實(shí)的輸出波形,!
那么,我們是如何得到這樣的包絡(luò)線呢,?
如圖3所示,,假設(shè)AD轉(zhuǎn)換器僅僅在勵(lì)磁電壓的正向峰值時(shí)刻對(duì)正余弦繞組輸出波形進(jìn)行采樣,就可以得到淺色線所示的包絡(luò)線,。由于每個(gè)勵(lì)磁周期僅采樣一次,,采樣頻率低于被采樣信號(hào)的頻率,,稱為欠采樣技術(shù)。欠采樣技術(shù)不能還原真實(shí)波形,,但在此處恰好可以獲取我們關(guān)心的包絡(luò)線(調(diào)制信號(hào)),,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的解調(diào)!
由于欠采樣技術(shù)在正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出解碼中廣泛應(yīng)用,,許多同學(xué)誤將欠采樣條件下獲得的包絡(luò)線作為正余弦繞組的輸出波形,。
只有真正了解正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器輸出波形的特點(diǎn),才能對(duì)其輸出進(jìn)行靈活的,、準(zhǔn)確的解碼,。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天,只要我們知道信號(hào)的構(gòu)成特點(diǎn),,采用數(shù)字處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)算,、分析并不難。