一种差动变压器的应用与分析胡万玉，何璐，贾柄琦（天水电气传动研究所，甘肃天水741018）残余电压产生的原因，讨论了操作手柄结构设计对零位输出精度的影响，并给出了解决办法。

　　1概述随着机械工业控制中自动化技术的日益发展和自动化程度的日渐提高，可编程控制技术和计算机控制技术的应用越来越多。众所周知，自动检测与转换、仪表智能化与自动化、传感器技术是实现自动控制必不可少的环节。差动变压器以其结构简单、适应性好、灵敏度高、测量精度高、线性度好、输出稳定、输出曲线光滑、驱动力小等特点而被广泛应用于上述各种线位移测量与转换、仪表仪器以及传感器技术应用中。本文介绍一种差动变压器在给定线位移情况下输出可控电压，从而实现某种电气控制目的的实际应用。通过设计制造、试制调试、问题解决等，来说明差动变压器零点残余电压对实际应用的影响，也讨论了差动变压器几何形状、尺寸、电磁参数对称性等对零点残余电压的影响。

　　2差动变压器的结构与工作原理差动变压器的工作原理是将非电量位移变化变换成线圈互感变化，它本身是一种互感式变压器。当变压器的互感量随位移的变化而变化时，输出电压将相应发生变化。常用的螺旋式差动变压器是由衔铁、一次线圈、二次线圈和线圈骨架组成（如所示）。一次线圈作为变压器激励用，二次线圈由两个结构参数与电气参数相同的线圈反向串接而成。二次线圈因互感产生感应电势，其感应电势的理论计算式如下：差动变压器结构与原理及磁路尺寸相等，则M1=M2=M，可得：差动工作状态，M1=M+AM，M2=M-AM.在一定范围内，差值AM与衔铁轴向位移X成正比。在负载开路的情况下，其输出电势为：次线圈的激励电压；E21、E22分别为两个二次线圈的感应输出电势；E为差动输出电势；X轴上所示为衔铁偏离中心位置的距离。其输出电势与衔铁位移之间的关系如所示。

　　3差动变压器应用实例我们设计制造的被命名为操作手柄的器件，是在差动变压器的上部通过一个凸轮机构传递给衔铁一定的线位移，从而实现差动变压器输出相应的电压值。电气性能要求为输入50Hz、220V交流电压，当手柄在0~90°范围内转动时，输出电压能在0~24V范围内均匀变化。

　　其结构形式如所示。手柄1与凸轮2通过键连接固定在横穿于基座3的轴上，手柄的初始位置及角度行程可通过调整螺钉13调节，便于输出值的调整与手柄初始定位，凸轮上设有复位弹簧，可使手柄复位；衔铁部件5的前端是一头部嵌有可转动滚珠的圆柱体，该圆柱体与通过螺钉连接于基座3的支承件4的沉孔面形成可动配合，衔铁通过螺纹连接于圆柱体上，在弹簧6作用下可自由作往返运动；衔铁部件5通过滚珠与凸轮2边缘紧贴，可减小摩擦，使得衔铁驱动灵活；线圈骨架的一端卡在支承件4的凹槽里，另一端用设有凹槽的压板8通过固定螺杆12压紧；外壳是一前端与支承件4螺纹连接、后端有底盖10的圆筒9，进出线通过固定在底盖10上的电缆引入装置11而被引入。该器件结构简单、紧凑，外壳材料为不锈钢或黄铜，钢材经过表面光亮镀镍处理，外观精致，各螺纹连接处都设有密封圈，防护等级可达到IP44以上。

　　在设计凸轮2时，将其转角与位移按所示的特性曲线关系进行设计，当转角在9（T范围内变化时，位移在18mm范围内与转角呈线性变化。

　　使用时，当手柄1扳过角度+时，凸轮2也转过同样角度A衔铁部件5在凸轮2的推动下带动衔铁在线圈轴线方向产生相应的线位移S，从而两副边线圈中产生感应电压差E，其输出电压E与位移S关系如所示，接近线性关系。因此，其输出电压E与转角+基本成线性关系，能满足设计要求。

　　4应用中容易出现的问题及解决方案理论上，当差动变压器衔铁处于线圈中间位置时，两个二次线圈的感应电压应该大小相等，方向相反，输出合成电势应为零。但实际上由于多种因素的影响，使输出仍有不平衡电压，此电压称为“零点残余电压”。由于零点残余电压的存在，使得操作手柄的调零成为一个关键性问题。

　　零点残余电压是由差动变压器电和磁的各种参数不对称产生的。这些因素中除差动变压器两副边线圈的几何形状、尺寸、匝数、线径等电的参数以外，磁回路的对称性也是一个非常重要的因素。

　　在实际使用中，该操作手柄对零点输出电压要求虽不是特别精确，只要求在<0.2V范围内即可，但在比较初的试制过程中零点比较低输出在0.6- 3V范围内均出现过，从我们调试整改的过程中发现，主要原因有以下两方面：虽然在设计上可以对线圈的各种参数要求完dngHouse.Allrightsreserved，http://www.cnki.net全对称，但在制造和工艺上是很难实现的。调试中我们发现，存在着因线圈的不对称而造成零点输出电压偏高的现象。在测试时发现，如果将线圈调头安装，再调比较低零点输出电压，其值与调头前比较大可以相差约0.6V左右。这说明由于线圈加工中的误差能导致较大的零点残余电压产生。

　　（2）磁方面的影响起初设计，线圈前端的支承件4采用经镀镍处理的黄铜（材质H62）材料，后端压板8采用酚醛层压绝缘布板，底盖10采用经镀镍处理的黄铜（材质H62）材料，圆筒9为不锈钢材料，基座3采用普通铸钢，经表面镀镍处理。其零点输出电压竟高达3V左右，经分析发现，由于支承件4和压板8均为非铁磁性材料，且形状尺寸差异较大，造成磁路的不对称，从而产生零点输出电压偏高较大的现象。

　　而底盖10、圆筒9及基座3等部件对输出电压的影响则不是太大。后来，将支承件4和压板8均采用铁磁性不锈钢材料（如材质1Cr13），且对尺寸调整到近似对称，其零点输出电压可调到0.2V以内。从上述过程可以看出，磁路的不对称也是产生较高零点残余电压的一个重要因素。

　　另外，在更高精度要求的使用中，还可以采用对输出电压进行电气补偿的办法，如加适当的电阻、电容或加反馈电路进行补偿，其方法很多，这里不再赘述；还可以采用增减线圈匝数的实验方法来调整零点残余电压，这理论上是可行的，但实际操作比较麻烦。

　　5结束语从我们采用差动变压器原理设计制造的几种控制器件在实际使用的情况看，其性能的稳定性、重复性都比较好。由于采用了差动变压器的电磁感应方式，不产生摩擦，无磨损，安全可靠，使用寿命长，在石油钻机控制系统和矿井提升机控制系统中均取得了很好的应用效果。