旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用

1、1.1.上海贏雙公司簡介上海贏雙公司簡介 上海贏雙電機有限公司是一家專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)各種型號旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)企業(yè)。公司產(chǎn)品包括繞線式旋轉(zhuǎn)變壓器、磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器、雙通道高精度旋變，另外我們還有數(shù)十種根據(jù)不同行業(yè)的客戶的實際要求研制的特殊旋變。公司技術(shù)研究中心人員主要是由在機電研究所從事數(shù)十年電機研究行業(yè)專家、大學(xué)教授和年輕科技骨干構(gòu)成。 公司成立于2005年，一直堅持走產(chǎn)、學(xué)、道路； 2006年10月上海贏雙電機有限公司承擔(dān)國家863項目； 2007年上海贏雙電機有限公司承擔(dān)上?？莆椖?項； 2008年上海贏雙電機有限公司取得國家發(fā)明專利號1項。2.2.旋轉(zhuǎn)變壓器原理旋轉(zhuǎn)變壓器原理 無刷旋轉(zhuǎn)變壓

2、器原理圖 無刷旋變主要應(yīng)用于工業(yè)控制場合，是伺服電機的理想的位置傳感器。 無刷旋變主要參數(shù)包括： 極對數(shù)： 1對極 Number of pole pair: 1 激磁電壓：7V(rms) Input voltage: 7V(rms) 激磁頻率：10kHz Input frequency: 10kHz 輸入阻抗：18015% Impedances: 18015% 變壓比：0.55% Transformation ratio: 0.55% 電氣誤差：10 Max.electrical error: 10(WHT)(ORG)R31R(RED)S(BLU)S4S(YEL)23S(BLK)1Primar

3、y SideSecondary Side旋變輸入輸出波形（三對極，假設(shè)空間不變，時間變化）旋變輸入輸出波形（三對極，假設(shè)空間不變，時間變化）0123456721012sinfe ()cosfe ()reffe ()旋變輸出波形幅值連線（三對極，假設(shè)空間時間都變化）旋變輸出波形幅值連線（三對極，假設(shè)空間時間都變化）運動過程中輸出的波形：包絡(luò)線運動過程中輸出的波形：包絡(luò)線00.511.522.533.544.555.566.510.500.51B(T)H(A/cm)cos Z021 2 i 1()1( )i 1Z00sin Z021 2 i 1()1( )i 1Z00上海贏雙電機有限公司上海贏雙電

4、機有限公司上海贏雙電機有限公司 磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器原理圖 磁阻式旋變主要應(yīng)用于新能源車電機中作為位置傳感器使用。 VR旋變主要參數(shù)包括： 極對數(shù)： 一般為2-12對極 Number of pole pair: 2-12 激磁電壓：7V(rms) Input voltage: 7V(rms) 激磁頻率：10kHz Input frequency: 10kHz 輸入阻抗：18015% Impedances: 18015% 變壓比：0.28610% Transformation ratio: 0.28610% 電氣誤差：30 Max.electrical error: 30(WHT)(ORG)R31R

5、(RED)S(BLU)S4S(YEL)23S(BLK)1Primary SideSecondary Side上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司高精度雙通道旋變雙通道旋變現(xiàn)在最高精度可達(dá)5角秒3.3.常用的速度及位置傳感器常用的速度及位置傳感器 作為速度及位置傳感元件，常用的有這樣幾種：光學(xué)編碼器、磁性編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。由于制作和精度的緣故，磁性編碼器沒有其他兩種普及。光學(xué)編碼器的輸出信號是脈沖，由于是天然的數(shù)字量，數(shù)據(jù)處理比較方便，因而得到了很好的應(yīng)用。早期的旋轉(zhuǎn)變壓器，由于信號處理電路比較復(fù)雜，價格比較貴的原因，應(yīng)用受到了限制。因為旋轉(zhuǎn)變壓器具

6、有無可比擬的可靠性，以及具有足夠高的精度，在許多場合有著不可代替的地位，特別是在軍事以及航天、航空、航海等方面。 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件集成化程度的提高，元器件的價格大大下降；另外，信號處理技術(shù)的進(jìn)步，旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理電路變得簡單、可靠，價格也大大下降。而且，又出現(xiàn)了軟件解碼的信號處理，使得信號處理問題變得更加靈活、方便。這樣，旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用得到了更大的發(fā)展，其優(yōu)點得到了更大的體現(xiàn)。和光學(xué)編碼器相比，旋轉(zhuǎn)變壓器有這樣幾點明顯的優(yōu)點：無可比擬的可靠性，非常好的抗惡劣環(huán)境條件的能力；可以運行在更高的轉(zhuǎn)速下。（在輸出12 bit的信號下，允許電動機的轉(zhuǎn)速可達(dá)60,000rpm。而光學(xué)編

7、碼器，由于光電器件的頻響一般在200kHz以下，在12 bit時，速度只能達(dá)到3,000rpm）；方便的絕對值信號數(shù)據(jù)輸出。表1.1 速度位置傳感器（Rotary Position Sensor）技術(shù)分類優(yōu)點缺點霍爾效應(yīng)傳感器小型封裝、高精度、低功耗、由于信號等級低、讀出電子設(shè)備必須靠近信號傳導(dǎo)設(shè)備，需要考慮讀出設(shè)備受超過其承受能力的溫度和輻射影響。光學(xué)編碼器增量式單價低，使用方便光敏傳感器安裝靠近編碼器的光柵輪.不具備耐溫性能和抗輻射性能、遠(yuǎn)距離傳輸成本高。正余弦式分辨率高、通用接口可靠性較差絕對式分辨率高、可絕對定位成本高，可靠性較差旋轉(zhuǎn)變壓器繞線式可靠性高，高精度、可絕對定位使用麻煩磁阻

8、式可靠性最高，結(jié)構(gòu)簡單緊湊精度偏低，使用麻煩上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司4.4.旋轉(zhuǎn)變壓器的分類以及注意事項旋轉(zhuǎn)變壓器的分類以及注意事項4.14.1旋轉(zhuǎn)變壓器的分類旋轉(zhuǎn)變壓器的分類 (1)按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系分為正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，線性旋轉(zhuǎn)變壓器，特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器，比例式旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)移相器； (2)按功能在同步隨動系統(tǒng)中分為發(fā)送機、接收機、變壓器等； (3)按結(jié)構(gòu)分為接觸式和無接觸式；還可分為單極、多極型和雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，以及磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司4.24.2幾種類型旋轉(zhuǎn)變壓器的比較幾種類型旋轉(zhuǎn)變壓器的比較 由于結(jié)構(gòu)形式和原理的

9、不同，在性能和抗惡劣環(huán)境條件能力上，各種類型的旋轉(zhuǎn)變壓器的特點不一樣。表1給出了情況比較。 表1 各種類型的旋轉(zhuǎn)變壓器性能、特點比較 表1指出，有刷旋轉(zhuǎn)變壓器可以得到最小的電氣誤差、最大的精度。但是由于在結(jié)構(gòu)上，存在著電的滑動接觸，因此可靠性差；環(huán)形變壓器型的旋變，也可達(dá)到高的精度，工藝性、結(jié)構(gòu)情況、可靠性以及成本都比較好；磁阻式旋變的可靠性、工藝性、結(jié)構(gòu)性以及成本都是最好的，但精度比其它兩種低。 出于可靠性的考慮，目前有刷的旋轉(zhuǎn)變壓器，基本上不被采用，而是采用無刷的旋轉(zhuǎn)變壓器。類型精度工藝性相位移可靠性結(jié)構(gòu)成本有刷型高差小差復(fù)雜高環(huán)變型高一般比較大好一般一般磁阻型低好大最好簡單低上海贏雙電機

10、有限公司上海贏雙電機有限公司4.34.3旋轉(zhuǎn)變壓器的特征旋轉(zhuǎn)變壓器的特征 1.允許工作溫度范圍 -55-+155 ，可根據(jù)用戶的要求最高可以做到220 2.防護(hù)等級高 耐震動和沖擊 3.高旋轉(zhuǎn)速度 最高可以達(dá)到60000 RPM 4.高可靠性 由于采用了和馬達(dá)相似的結(jié)構(gòu)， 因此具有很高的可靠性。 5.低成本 通過減少元件數(shù)目大幅度的降低了旋變的成本。上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司4.44.4旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝 混合動力汽車由電動機驅(qū)動時必須檢測電動機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用旋變時需要將其轉(zhuǎn)子安裝在馬達(dá)軸上檢測其速度，當(dāng)然也可以通過其他耦合方式檢測。 安裝在電機內(nèi)部時，由于馬達(dá)內(nèi)部的

11、磁場會影響旋變本身的磁通量變化率，從而影響其解碼精度，因此必須加裝屏蔽罩。并且在旋變的輸出線上套上屏蔽線，降低空間電磁干擾。采用這種安裝方法將使旋變得到很好的保護(hù)，不會受到灰塵、油污等的影響， 因此旋變使用壽命長，故障率低， 是一種理想的使用方法。 旋變的輸出信號是連續(xù)變化的模擬信號，用戶一般不能直接使用，需轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號方可。針對自己生產(chǎn)的旋變，我司已經(jīng)推出了完整的解碼板，可以支持多款旋變。解析度為1024C/T。5.5.旋轉(zhuǎn)變壓器的行業(yè)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的行業(yè)應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，近期發(fā)展很快。除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領(lǐng)域之外，在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。特別

12、應(yīng)該提出的是，這些年來，隨著工業(yè)自動化水平的提高，隨著節(jié)能減排的要求越來越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動機的應(yīng)用，越來越廣泛。而永磁交流電動機的位置傳感器，原來是以光學(xué)編碼器居多，但這些年來，卻迅速地被旋轉(zhuǎn)變壓器代替?？梢耘e幾個明顯的例子，在家電中，不論是冰箱、空調(diào)、還是洗衣機，目前都是向變頻變速發(fā)展，采用的是正弦波控制的永磁交流電動機。目前各國都在非常重視的電動汽車中，電動汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器。例如，驅(qū)動用電動機和發(fā)電機的位置傳感、電動助力方向盤電機的位置速度傳感、燃?xì)忾y角度測量、真空室傳送器角度位置測量等等，都是采用旋轉(zhuǎn)變壓器。在應(yīng)用于塑壓系統(tǒng)、紡織系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)

13、以及其他領(lǐng)域里，所應(yīng)用的伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵部件伺服電動機上，也是用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置速度傳感器。 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。5.15.1旋轉(zhuǎn)變壓器在電動汽車電機以及旋轉(zhuǎn)變壓器在電動汽車電機以及EPSEPS上面的應(yīng)用上面的應(yīng)用5.1.15.1.1旋轉(zhuǎn)變壓器在電動汽車電機上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在電動汽車電機上面的應(yīng)用 混合動力汽車的動力系統(tǒng)以動力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。 不管采用何種方式，在電動機參與傳動時都需要速度反饋，控制器接收到速度反饋信號后控制電動機驅(qū)動機構(gòu)將車速穩(wěn)定在目標(biāo)速度， 也可以根據(jù)速度選擇傳動方式。 常用的速度反饋元件有旋轉(zhuǎn)編碼器，霍爾速度傳感器、旋轉(zhuǎn)

14、變壓器（簡稱旋變）。 從功能上來講，三者都能完成速度反饋的功能，但是編碼器由于碼盤防護(hù)等級不高，容易震壞，雖然有較高的分辨率，但是維修頻率高，從而影響整臺車質(zhì)量可靠性；霍爾速度傳感器價格便宜、 但是分辨率低，使得控制精度受到限制， 而且霍爾元件長時間受熱后磁性會減弱，所以使用壽命不長；旋轉(zhuǎn)變壓器由于轉(zhuǎn)子和定子分離，無接觸，而且采用無刷設(shè)計，所以有很高的防護(hù)等級，能耐高強度的震動，不怕水和油污，使用壽命可以長達(dá)數(shù)十年，另外采用專用的轉(zhuǎn)換芯片解碼，可以將旋變輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，有和旋轉(zhuǎn)編碼器相當(dāng)?shù)慕獯a精度。 因此，做為混合動力汽車的速度反饋元件，旋變可以說一種比較理想的選擇。上海贏雙電機

15、有限公司上海贏雙電機有限公司旋變凸極轉(zhuǎn)子旋變凸極轉(zhuǎn)子旋變定子旋變定子19上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司旋變凸極轉(zhuǎn)子旋變定子Accord PMSM 組裝圖HONDA ACCORD混合動力汽車HONDA IMA電機系統(tǒng)* EVALUATION OF 2005 HONDA ACCORD HYBRID ELECTRIC DRIVE SYSTEM ，OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY, 2006上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司5.1.25.1.2旋轉(zhuǎn)變壓器在旋轉(zhuǎn)變壓器在EPSEPS系統(tǒng)上面的應(yīng)用系統(tǒng)上面的應(yīng)用 EPS是一個典型的電機伺服系統(tǒng)。在EPS中,汽車轉(zhuǎn)向

16、時,轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的力矩和轉(zhuǎn)動方向，將這些信號輸送到電控單元,電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)動方向和車輛速度等數(shù)據(jù)向電動機控制器發(fā)出信號指令,使電動機輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)動力矩以產(chǎn)生助動力。目前,國外各大EPS研發(fā)單位正在開發(fā)助力電機為交流電機的EPS,以取代原有的有刷直流電機EPS。 EPS必須滿足很高的實時性和較高的精度要求,同時,要確保其具有高的可靠性。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器是較好的選擇。5.25.2旋轉(zhuǎn)變壓器在塑料機械上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在塑料機械上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器在塑料機械上的應(yīng)用主要以注塑機和塑料擠出機械為主，在注塑機上面主要是作為速度反饋元件，在塑料擠出機械上面主要是作為

17、位置反饋元件，因為塑料機械設(shè)備上面環(huán)境非常惡劣，光編無法使用，但正好符合旋轉(zhuǎn)變壓器適應(yīng)惡劣環(huán)境的特性。目前注塑機上面整個行業(yè)基本都在使用旋變，例如寧波海天集團(tuán)、聯(lián)塑等相關(guān)企業(yè)都在大面積使用旋變。5.35.3旋轉(zhuǎn)變壓器在紡織機械上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在紡織機械上面的應(yīng)用5.3.15.3.1旋轉(zhuǎn)變壓器在襪機、織布機上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在襪機、織布機上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器在紡織機械上面，尤其以襪機為主，織布機、梳棉機上面也越來越大面積開始使用，主要是由于旋轉(zhuǎn)變壓器相比光電編碼器有極大的優(yōu)勢，諸如抗震動、耐油污、壽命長等優(yōu)點，特別適合紡織行業(yè)的S4工作制。目前浙江恒強、蘇拉紡機、意達(dá)紡機、浙江奔特等相關(guān)

18、單位，都已經(jīng)大面積使用旋轉(zhuǎn)變壓器。5.45.4旋轉(zhuǎn)變壓器在油田電機、礦山電機上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在油田電機、礦山電機上面的應(yīng)用5.4.15.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器在油田電機上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在油田電機上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器在油田機械上的應(yīng)用主要有抽油機電機、磕頭機及鉆頭電機上作位置反饋元件，因為其環(huán)境較惡劣，有大孔徑要求等，如江漢油田、勝利油田等。上海贏雙電機有限公司上海贏雙電機有限公司5.4.25.4.2旋轉(zhuǎn)變壓器在礦山機械上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在礦山機械上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器在礦山機械上面的應(yīng)用主要是井下運煤車、傳輸帶電機等，一般以磁阻式旋變?yōu)橹鳌?.55.5旋轉(zhuǎn)變壓器在風(fēng)電變漿系統(tǒng)上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在風(fēng)電變漿系統(tǒng)上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器主要應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的變漿電機中，一般以繞線式無刷旋變?yōu)橹鳌?.65.6旋轉(zhuǎn)變壓器在高速機床主軸上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在高速機床主軸上面的應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器在機床主軸中一般以繞線式無刷旋變?yōu)橹?，作為主軸電機和轉(zhuǎn)臺定位電機的反饋元件。275.75.7旋轉(zhuǎn)變壓器在機車上面的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器在機車上面的應(yīng)用高鐵高鐵牽引電機牽引電機及輪轂測速及輪轂測速系統(tǒng)系統(tǒng)中的應(yīng)用中的應(yīng)用5.85