电驱动车用旋转变压器发展与应用技术课程讲义

旋转变压器介绍--分析介绍国内外旋变技术发展状况，并分析旋变工作机理，介绍国内旋变应用情况曲家琪2010.9.61上海电驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.目录⒈概述（发展、应用、结构和分类）⒉旋转变压器的工作原理（旋变角度伺服系统、旋变工作原理和作为测角元件）⒊旋转变压器的主要参数和性能指标⒋旋转变压器的信号变换⒌几种类型旋转变压器的比较⒍旋转变压器的应用中若干问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （ 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 和问题分析）上海电驱2动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈概述⒈⒈旋转变压器的发展⒈⒈⒈用途的变化⒈⒈⒉结构、原理的发展变化⒈⒉旋转变压器的应用⒈⒊旋转变压器的分类和结构⒈⒊⒈旋转变压器的分类⒈⒊⒉旋转变压器的结构上海电驱3动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈⒈旋转变压器的发展⒈⒈⒈用途的变化早期——用于计算解答装置中，模拟计算机中的主要组成部分之一。输出某种函数变化的电气信号：正弦、余弦、线性，特殊函数。60年代起，逐渐用于伺服系统，角度信号的产生和检测元件。四线自整角机。特别是，高精度的双通道、双速系统中。俄语称作“旋转变压器”。英文称作“resolver”，“解算器”或“分解器”。上海电驱4动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.●常用角度位置传感元件：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。磁性编码器应用不普及。光学编码器——脉冲，天然数字量，数据处理方便，应用广泛。旋变——由于信号处理电路复杂，价格较贵，应用受限。但可靠性好，足够精度，多用于军事、航天、航空、航海等。上海电驱5动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.电子技术发展以后，元器件集成度↑，价格↓；信号处理技术进步，信号处理电路变得简单、可靠，价格↓。软件解码，信号处理→灵活、方便。得到了更大应用。和光学编码器相比，旋变优点：①可靠性，抗恶劣环境条件；②运行在更高的转速下。（输出12bit下，电动机转速可达60,000rpm。光学编码器，200kHz以下，在12bit时，速度3,000rpm）；③绝对值信号数据输出。上海电驱6动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈⒈⒉结构、原理的发展变化①从可靠性和精度的要求，有刷→无刷，单极→多极（单通道→多通道、粗机→精机）②环形变压器式、磁阻式上海电驱7动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈⒉旋转变压器的应用传统的、要求可靠性高——军用、航空航天领域。工业、交通、民用领域日益广泛应用。特别是，工业自动化水平↑、随着节能减排的要求↑、效率要求↑——永磁交流电动机应用↑，其位置传感器——旋变。家电中，冰箱、空调、洗衣机，采用的是正弦波控制的永磁交流电动机。电动汽车中，光编→旋变，驱动用电动机和发电机的位置传感、电动助力方向盘电机的位置速度传感、燃气阀角度测量、真空室传送器角度位置测量等等。塑压系统、纺织系统、冶金系统以及其他领域里，伺服系统中关键部件伺服电动机上，用旋转变压器。旋转变压器的应用已经成为一种趋势。上海电驱8动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈⒊旋转变压器的分类和结构分类的几种原则：①在系统中的作用，②信号变化的极对数，③结构原理和形式。⒈⒊⒈旋转变压器的分类1）按在系统中的作用XF—旋变发送机，XB—旋变变压器。发送机发送与机械转角有关的、作一定函数关系变化的电气信号；旋变变压器接受这个信号、并产生和输出一个与双方机械转角之差有关的电气信号。经放大，驱动伺服电动机旋转，直至达到和发送机方一直的角位置。上海电驱9动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.αFαBXFS1S1R1R1R4XBS4S4伺服R2驱动控制器S2S2R2电动机U1S3S3R3变速齿轮图1旋转变压器角度位置伺服控制系统上海电10驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.2）按信号变化的极对数单极旋转变压器——输出的电信号随机械转角作一个周期的变化，精度一般在（5～15）角分（′）；多极旋转变压器——输出的电信号随机械转角作多个周期的变化单极旋转变压器的之内，精度数十角秒（″）至几角秒；双通道系统——机械双通道系统（齿轮变速）和电双通道系统（单极和多极），不同通道不同精度；机械变速难低于1′，电双速根据多极的精度；上海电11驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.3）按结构原理根据转子电信号引进、引出的方式：有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。有刷旋转变压器——定、转子都有绕组。转子绕组电信号——通过滑环和电刷引进或引出目前应用很少无刷旋转变压器——①环变式无刷旋变，②磁阻式旋变。上海电12驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒈⒊⒉旋转变压器的结构有刷旋转变压器：定、转子上都有绕组。转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，着重于介绍无刷旋转变压器。无刷旋转变压器：①环形变压器式无刷旋转变压器，②磁阻式旋转变压器。上海电13驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.1）环形变压器式旋转变压器右侧（A）：BA旋转变压器的定、转子，信号变换。左侧（B）：环形变压器。定、转子绕组同心放置。图1环变式旋转变压器结构示意上海电14驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.2）磁阻式旋转变压器图210对极的磁阻式旋转变压器。①励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内。②励磁绕组和输出绕组的形式不一样，励磁单相、输出两相。③转子磁极形状作特殊设计1)气隙磁场正弦形2)满足极数要求。④一般都做成分装式图2磁阻式旋转变压器。结构示意上海电15驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.3）多极旋转变压器a)b)c)d)共磁路分磁路a)组装式b)分装式c)粗精平行放置d)粗精垂直放置图3多极旋转变压器结构示意上海电16驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.图3a)、b)共磁路结构，粗、精机定、转子绕组共用一套铁心。粗机——单对极、精度低；精机——多对极，精度高。图3a)组装式，图3b)称为分装式。图3c)、d)分磁路结构，粗、精机定、转子绕组各有自己的铁心。图4c)、d)组装式，粗、精机位置安放的形式不一样，图3c)粗、精机平行放置，图3d)粗、精机垂直。另外，也有单独的多极旋转变压器。上海电17驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒉旋转变压器的原理旋变发送机励磁绕组单相电压供电U1(t)＝U1msint（1）U1m—励磁电压幅值，ω—励磁电压角频率。次级输出的两相绕组在空间成正交，两相输出电压U2Fs(t)U2Fmsin(tF)sinFU2Fc(t)U2Fmsin(tF)cos（2F）U2Fs—正弦相的输出电压，U2Fc—余弦相的输出电压，U2Fm—次级输出电压的幅值；αF—励磁方和次级输出方电压之间的相位角，θF—发送机转子的转角。正弦相和余弦相时间相位同相，幅值彼此随转角分别作正弦和余弦函数变化。上海电18驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.U(α)U2FC(α)U2FS(α)090180270360α旋变变压器的原方两相励磁绕组（式2）），产生磁通φB，单项输出绕组。U2FmIAsinFZFZBU2Fm（3）IBcosFZFZF上海电19驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.两个电流建立的空间合成磁动势为FF(x)F2FmcosFcosxsinFsinxF2Fmcos(Fx)（4）式（4） 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示在旋变发送机中，合成磁动势的轴线位于θF角上和励磁绕组轴线一致，和转子一起转动。在旋变变压器中，合成磁动势的轴线也是和A相绕组距θF角。但电流方向相反，和在旋变发送机中相差180°。若旋变变压器转子转角为θB，则其输出绕组轴线和励磁磁场轴线夹角相差Δθ=θF－θB。上海电20驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.那么，输出绕组的感应电动势应是：UB2（）U2Bmcos（5）将输出绕组在空间移过90°。这样，在协调未知时，输出电动势为零。此时，输出电动势和失调角的关系成为正弦函数：UB2（）U2Bmsin（6）上海电驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.UB2(Δθ)090180270360Δθ图6旋变变压器输出电动势和失调角的关系输出电动势两个为零的位置，Δθ＝0°和在Δθ＝180°。Δθ＝180°的这个点属于不稳定点。上海电22驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒉⒊旋转变压器单独作为测角元件旋变单独作测角元件，磁阻式旋变是典型。几个基本原则：1）函数值的大小决定转角的大小（sin和cos），两相→三相2）极对数对应函数周期数3）一对极可应用于任何极对数、函数值唯一性4）双通道，单极→粗机、多极→精机上海电23驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒊基本参数和性能指标1）额定励磁电压和励磁频率一般10V以下。频率——400Hz、以及（5～10）kHz之间。2）空载电流和空载消耗功率3）变压比和最大输出电压当输出绕组处于感生最大输出电压的位置时，输出电压和原边励磁电压之比。对于旋变发送机，当θF＝0°或θF＝90°时，对于旋变变压器，一相绕组通以额定电压，输出电压值和励磁电压值之比。上海电24驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.4）电气误差输出电动势和转角之间应符合严格的正、余弦关系。不符，产生误差，称为电气误差。多极以角秒（″）计；单极在（5′～15′）之内；磁阻式一般都做到两对极以上，电气误差较大，两对极磁阻旋变60′（1°)以下。对于磁阻式，增加极对数——提高精度，电气误差——数角秒（″）。上海电25驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.5）阻抗和初、次级之间相互角度位置有关，测量时应该取特定位置，将旋转变压器看成四端变压器网络。当测量初级参数时，对初级绕组施加电压，当测量次级参数时，对次级绕组施加电压。4个阻抗：•开路输入阻抗•开路输出阻抗•短路输入阻抗•短路输出阻抗上海电26驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.6）相位移次级输出电压相对于初级励磁电压在时间上的相位差。相位差的大小有关因素——旋变类型、尺寸、结构和励磁频率7）基准相位基准相位是指旋转变压器从基准电气零位开始，作正向旋转时出现的第一个基波最大电压的相位。相位的规定 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：①初级励磁电压的相位为基准；②以次级电压最大输出时的相位为基准。上海电27驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.8）零位电压2个分量：①基准相位相交的分量、②高次谐波分量。电气零位——输出电压基波同相分量为零的点，此时所具有的电压称为零位电压。零位电压中只有基波正交分量和高次谐波分量。每一电气周期，四个电气零位，每相各两个：0°、90°、180°、270°。当极对数大于1时，电气零位数是极对数的倍数。9）基准电气零位从电气零位中选择0°这点作为电气基准零位。上海电28驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒋旋转变压器的信号变换信号输出——两相正交模拟信号，幅值随着转角做正余弦变化，频率和励磁频率一致。需要角度数据变换电路，模拟量变换成数字的角度量——RDC电路（ResolverDigitalconverter—旋转变压器数字变换器）。数字变换中两个特征：①消除励磁电源幅值和频率的变化引起的副边输出信号幅值和频率的变化，从而造成角度误差，信号的检测采用正切法，即检测两相信号比值；②采用适时跟踪反馈原理测角，是一个快速的数字随动系统，属于无静差系统。上海电29驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.目前大多都是专用集成电路。①中国电子系统涟水所厚膜电路。②美国AD公司的AD2S80、AD2S1200、AD2S1205带有参考振荡器的12位数字R/D变换器以及AD2S121010到16位数字、带有参考振荡器的数字可变R/D变换器；③美国DDC公司RDC19200系列和RDC19220系列，可作10、12、14、16位的。④日本多摩川公司的AU6802N1，是专为应用于车用场合的RDC芯片，可作10和12位的数字变换。芯片还可变换成编码器形式的输出，正交的A、B和每转一个的Z信号。有两种形式的输出，串行或并行。上海电30驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.旋转转速信号输出变压器R/Dconverter（旋转变压器位置数字数字变换器）信号输出励磁电源图7旋转变压器和RDC的连接图示意位置信号和速度信号都是绝对值信号，它们的位数由RDC的类型和实际需要决定（10位到16位）。两种形式输出——串行或并行。励磁电源同时接到旋转变压器和RDC，在RDC中作为相位的参考。上海电31驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.软件解码——利用DSP（数字信号处理器）技术和软件技术，不用RDC芯片，直接用DSP作旋转变压器位置和速度变换。例如采用TI公司的DSP芯片TMS320F240就得到成功的应用。软件解码的优点：①降低成本，取消了专用的RDC芯片；②采用数字滤波器，可以消除速度带来的滞后效应。用软件实现带宽的变换，以折中带宽和分辨率的关系，并使带宽作为速度的函数；③抗环境噪声的能力更强。上海电32驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒌几种类型旋转变压器的比较类型精度比较性能和抗恶劣环境条件能力。 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 性相移可靠性结构成本有刷型高差小差复杂高表1各种类型的旋转变压器性能、特点比较环变型高一般较大好一般一般磁阻型低好大最好简单低上海电33驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.表1指出：①有刷旋变最小的电气误差、最高的精度。结构复杂，存在电的滑动接触，因此可靠性差；②环变型旋变，也可达到高精度，工艺性、结构情况、可靠性以及成本都比较好；③磁阻式旋变可靠性、工艺性、结构性以及成本都是最好，但精度比其它两种低。④出于可靠性的考虑，目前有刷旋变，基本不被采用，而是采用无刷旋变。上海电34驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒍应用中应注意的事项和问题分析⒍⒈旋转变压器使用中注意事项旋转变压器既属于抗恶劣环境条件能力强的精密元器件，应用中，在机械安装和电气连接上，都必须严格遵守一些原则。上海电35驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.1）机械安装的要求①定、转子之间的转动中心必须一致，保证气隙磁场的变化规律严格按照理论值变化。尤其是分装式旋变，②定转子之间轴向磁中心线重合。③装配时，不能过紧或过松。不能用榔头敲击，以免损坏。a)定转子同心b)定子偏心c)转子偏心图8定转子偏心情况示意上海电36驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.2）施加额定电源电压旋变所有参数都是在额定电压下测得的，施加电压偏大或偏小，都会在一定程度上影响性能，也会影响应用。3）避免噪声信号的影响旋变属于信号元件，应该避免噪音信号对它的影响；在长线传输时，会对噪声信号敏感。因此，各对引出线应用屏蔽线，要采用差动放大器接收。上海电37驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.4）屏蔽旋转变压器本身的磁场比较弱，当外部有强磁场靠近旋转变压器时（例如在电动机中），会影响旋转变压器的磁场和在旋转变压器绕组端部的磁状态，进而产生误差电势，产生误差。因此，应该尽量使得旋转变压器远离强磁场，以及采取磁屏蔽措施。上海电38驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.5）平衡负载旋变两相输出端负载不对称时，会产生误差。所以，使用时注意两相负载平衡。另外，负载的阻抗值应该尽可能的大，以免会对旋转变压器的工作产生影响。6）接线正确按照规定的标示接线，正弦相、余弦相以及励磁的正方向都不能错。上海电39驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.⒍⒉旋转变压器使用中问题分析1）精度偏低精度偏低的可能原因：•安装偏差过大，偏心或轴向磁中心不一致；•接线不牢靠；•励磁电压、频率不对或者电源波形不好；•负载阻抗不对称或过小；•屏蔽、接地不好。上海电40驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.2）没有信号•励磁电源是否接好；•次级绕组的接线是否牢靠；•有否断线。3）接好线之后转向不对－接线不正确。上海电41驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.4）次级输出电压幅值不对－励磁电压幅值或者频率不对。5）信号不稳•定子或转子没有固定好；•接线没有接触好。上海电42驱动有限公司ShanghaiEdriveCo.,Ltd.Q&A上海电驱动有限公司‹ShanghaiEdriveCo.,Ltd.