旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)知識

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵磁繞組以肯定頻率的溝通電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在肯定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成置中.按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，我所目前主要生產(chǎn)以下三大類旋轉(zhuǎn)變壓器：正——余弦旋轉(zhuǎn)變壓器〔XZ〕-———其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系成正弦或余弦函數(shù)關(guān)系.線性旋轉(zhuǎn)變壓器〔XX〔XDX〕———-其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性函數(shù)關(guān)系.〔XX〕實際上也是正—-余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,不同的是承受了特定的變比和接線方式.后者(XDX〕稱單繞組線性旋轉(zhuǎn)變壓器。比例式旋轉(zhuǎn)變壓器〔XL)——-—其輸出電壓與轉(zhuǎn)角成比例關(guān)系。二、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理由于旋轉(zhuǎn)變壓器在構(gòu)造上保證了其定子和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)一周之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律,因此，4－3為兩極旋轉(zhuǎn)變壓器電氣工作原理圖。圖中Z為阻抗.設(shè)加在定子繞組 的激磁電壓為VVsint S m 〔4-1〕圖4-3兩極旋轉(zhuǎn)變壓器BB依據(jù)電磁學(xué)原理，轉(zhuǎn)子繞組1 2中的感應(yīng)電勢則為V KVB s

sinKVm

sinsint 〔4－2〕〔4—2〕式中K——旋轉(zhuǎn)變壓器的變化；m s ； ——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子的磁軸垂直時，

=0。假設(shè)轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)床絲杠上，定子安裝在機(jī)床底座上，則的角度,它間接反映了機(jī)床工作臺的位移。

角代表的是絲杠轉(zhuǎn)過變化的交變電壓信號。

由式〔4－2)可知，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢

VB為以角速度ω隨時間tKV其幅值

sin

隨轉(zhuǎn)子和定子的相對角位移

以正弦函數(shù)變化。因此，只要測量出轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢的幅值，便可間接地得到轉(zhuǎn)子相對于定子的位置，即角的大小。常承受四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種構(gòu)造形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式兩種工作方式。鑒相式工作方式鑒相式工作方式是一種依據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式。如SS KK圖4—4所示定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個匝數(shù)相等相互垂直的繞組組成圖中1 2為定子主繞組，1 2SS KK為定子關(guān)心繞組。當(dāng)1 2和1 2中分別通以交變激磁電壓時V＝Vcost (43);V＝Vsint (44)s m (4—3〕t (43);V＝Vsint (44)s m (4-4〕BB V V V BB依據(jù)線性疊加原理，可在轉(zhuǎn)子繞組1 2中得到感應(yīng)電勢B，其值為激磁電壓s和k在1 2中產(chǎn)生V V感應(yīng)電勢BS和BK之和,即V V VB BS

V V VKVsin()KV

cosB BS BKKVKVcos cos

Ksin()

cosKVkm mKVcostsi(KVsinKVkm＝KVsin( t ) 〔4－5〕mm ＝KVm

sin(t) 〔4－5〕圖4-4旋轉(zhuǎn)變壓器電氣工作原理V由式(4—4〕和(4—5〕B與定子繞組中的激磁電壓同頻率，但相位不同,其差值為。而角正V V是被測位移，故通過比較感應(yīng)電勢

B與定子激磁電壓信號

k的相位,便可求出。AA在圖4—4中，轉(zhuǎn)子繞組1 2接一高阻抗,它不作為旋轉(zhuǎn)變壓器的測量輸出,主要起平衡磁場的作用，目的是為了提高測量精度。2．鑒幅式工作方式鑒幅式工作方式是通過對旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢幅值的檢測來實現(xiàn)位移檢測的.其工作原理如下：SS KK參看圖4—4，設(shè)定子主繞組1 2和關(guān)心繞組1 2分別輸入交變激磁電壓V＝Vcossint (46);V＝Vsinsint (47)s m 〔4—6〕Vcossint (46);V＝Vsinsint (47)Vcos

s mVsin

V V

〔4—7)式中m氣角。

和m 分別為激磁電壓S和

k的幅值。

角可以轉(zhuǎn)變,稱其為旋轉(zhuǎn)變壓器的電BB V依據(jù)線性疊加原理，得出轉(zhuǎn)子繞組1 2中的感應(yīng)電勢B如下：VVKis()ccsictssntsstisintcosBBBS

BSBK BK s s k k m mKsiis)in8(48)m m 〔4-8〕V

KVsin() 由〔4—8)可以看出感應(yīng)電勢B是幅值為 m

的交變電壓信號,我們只要漸漸轉(zhuǎn)變 值,V KV使B的幅值等于零，這時，因

〔4－9〕〔4—9)故可得： =

(4—10〕V值就是被測角位移的大小。由于然是應(yīng)當(dāng)知道的.

是我們通過對它的漸漸轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)使B幅值等于零的，其值自三、旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒相式工作方式中，感應(yīng)信號 和激磁信號Vk之間的相位差θ角，可通過專用的鑒相器線路檢測出來并表示成相應(yīng)的電壓信號，設(shè)為U〔θ〕,通過測量該電壓信號，便可間接地求得θ值.但由于是關(guān)于θ的周期性函數(shù)，U〔θ〕是通過比較 和Vk之值獲得的，因而它也是關(guān)于θ的周期性函數(shù)，即U〔θ)=U(n×2π+θ〕 〔n=1，2,3,…〕 〔4—9〕故在實際應(yīng)用中，不但要測出U(θ)的大小，而且還要測出U(θ)的周期性變化次數(shù)n，或者將被測角位移θ角限制在±π之內(nèi).在旋轉(zhuǎn)變壓器的鑒幅式工作方式中， 的幅值設(shè)為 m,由式〔4--8〕可知〔4—10〕θ的周期性函數(shù),在實際應(yīng)用中，同樣需要將θ角限制在±π之內(nèi).在這種狀況下，假設(shè)規(guī)定和α角只能在［-π,π]內(nèi)取值，利用式(4-10〕，便可唯一地確定出θ之值。否則，如θ=3π／2〔＞π〕，這時，α=3π／2α=-π／2m，從而使θ角不能唯一地確定,造成檢測結(jié)果錯誤。θ角限定在±π之內(nèi),只要θ在±π之內(nèi)，就能夠被正確地檢測出來。事實上，對于被測角位移大于π-π的狀況,如用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)角的狀況,盡管總的機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)角θ±π卻是機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)過的假設(shè)干次小角度θi之和,即〔4-11)而θi很小，在數(shù)控機(jī)床上一般不超過3°,符合—π≤θi≤π的要求，旋轉(zhuǎn)變壓器及其信號處理線路可以準(zhǔn)時地將它們一一檢測出來，并將結(jié)果輸出。因此,這種檢測方式屬于動態(tài)跟隨檢測和增量式檢測?；谛D(zhuǎn)變壓器的永磁同步電機(jī)高精度位置檢測系統(tǒng)永磁同步電動機(jī)掌握系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是轉(zhuǎn)子位置的檢測，只有檢測出轉(zhuǎn)子實際空間位置〔確定位置〕后掌握系統(tǒng)才能打算變頻器的通電方式掌握模式及輸出電流的頻率和相位,以保證永磁同步電動機(jī)的正常工作因此在承受轉(zhuǎn)子磁場定向掌握方式的永磁同步電機(jī)掌握系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確牢靠檢測是實現(xiàn)矢量掌握技術(shù)的關(guān)鍵。 在常用的光柵編碼器、霍爾傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器中，旋轉(zhuǎn)變壓器具有耐高溫、耐濕度、抗沖擊性好、抗干擾力量強(qiáng)等突出優(yōu)點,從而可以準(zhǔn)確牢靠的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子確定位置信息,因此適用于永磁同步電機(jī)數(shù)字掌握系統(tǒng),滿足其應(yīng)用系統(tǒng)高性能、高牢靠性的要求。 本文提及的永磁同步電機(jī)掌握系統(tǒng)使用日本多摩川公司的正余弦轉(zhuǎn)變壓器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,承受型的旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ad2s80a將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號.分析了ad2s80a的工作原理,設(shè)計了位置信號檢測電路，并給出了與數(shù)字信號處理器tms320lf2407a的spi通訊接口方法及程序例如.旋轉(zhuǎn)變壓器的根本原理旋轉(zhuǎn)變壓器〔簡稱旋變〕是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵磁稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。在電機(jī)掌握系統(tǒng)中，用于測量位置信息的旋轉(zhuǎn)變主要是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。本系統(tǒng)中所承受的是日本多摩川公司的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。這種旋變由轉(zhuǎn)子和定子繞組構(gòu)成，并且兩者相互獨立,一次和二次極線圈都繞在定子上，轉(zhuǎn)子由兩組相差90°線圈組成,承受無刷設(shè)計。圖1是其電氣示意圖.1旋轉(zhuǎn)變壓器電氣示意圖旋變的輸入輸出電壓之間的具體函數(shù)關(guān)系如下所示：設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度為θ，初級線圈電壓〔即勵磁電壓)為:er1—r2＝esin2πftf——e——信號幅度。那么輸出電壓:es1-s3＝kesin2πftcosθ es2—s4＝kesin2πftsinθ式中k——傳輸比；θ——轉(zhuǎn)子偏離原點的角度。令θ＝ωt，即轉(zhuǎn)子做勻速運(yùn)動，那么其輸出信號的22旋轉(zhuǎn)變壓器輸入輸出波形2中,輸出的電壓包絡(luò)信號為為sinωtcosωt，數(shù)字轉(zhuǎn)換器就是通過檢測這兩組輸出信號獵取旋變位置信息的.位置檢測轉(zhuǎn)換電路設(shè)計[1-2]ad2s80a芯片簡介ad2s80aadrdcad2s80號數(shù)字化、易與微掌握器dsp相連等優(yōu)點，可用于自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器的數(shù)字轉(zhuǎn)換。其封裝40管腳的dip44管腳的lcc.ad2s80a10、12、14、16bitsc1和sc2的規(guī)律狀態(tài)來打算。通過選擇不同的外接電阻和電容，可得到不同的帶寬和跟蹤速率。ad2s80a由旋轉(zhuǎn)變壓器的原理可知,要使旋轉(zhuǎn)變壓器正常工作,在其轉(zhuǎn)子端必需施加一個正弦鼓勵。本系統(tǒng)中正弦激磁信號由intersil公司的icl8038號選取為10khz的正弦波(即ad2s80a的參考頻率〕，ad2s80a的區(qū)分率選為16bit，最大跟蹤速度為16。25r/s，帶寬為600hz。由這些性能指標(biāo),依據(jù)公式可以選出外圍電路元件。關(guān)于計算公式，這里不再表達(dá)。3ad2s80a3/數(shù)字變換器〔rdc〕的內(nèi)部原理框圖和外圍電路。依據(jù)referencei/p引入的正弦信號sincos以及sin由圖3可知,ad2s80a作為一個跟蹤轉(zhuǎn)換器運(yùn)行,數(shù)碼輸出能以選取的最大跟蹤速率自動跟蹤軸角輸.由于它承受一種比率式跟蹤方法,輸出的數(shù)字角度只與輸入的sin和cos信號比值有關(guān),而與他們確實定值無關(guān)，故ad2s80a對輸入信號的幅值和頻率變化不敏感，也不必使用準(zhǔn)確、穩(wěn)定的振蕩器來產(chǎn)生參考信號。轉(zhuǎn)換環(huán)路中相敏檢測器確保了對參考信號中的正交重量有很高的抑制力量。因具有高的噪聲抑制比，可以減少從rdc遠(yuǎn)距離長線帶來的誤差。16條數(shù)據(jù)線輸出口有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存功能,通過對byteselect8bit16bitdspspispi串行通訊模式傳輸?shù)絛sp中，而ads2s80a16dspspi訊,需要把a(bǔ)ds2s80a并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)74hc1658ad2s80a1674hc1651674hc165447hc1654clkinhclkinh變?yōu)榈碗娖胶?，在下一個脈沖的上升沿,數(shù)據(jù)才移位輸出.并且,當(dāng)sh/ldclkinhsh/ldclkinh為高電尋常，并口輸出的數(shù)據(jù)被采集到片內(nèi)，當(dāng)clkinh為低電平后，在下一個脈沖上升沿,數(shù)據(jù)開頭移位輸出，clkinhspispidsp與位置信號檢測模塊進(jìn)展spi通訊時，承受從模式,通訊時鐘由位置檢測模塊供給[3］，本1mhz.圖5給出了dspspi5位置檢測模塊與dspdspspidspi/ospitie一個低電平選通dspclkinh74hc165spite74hc165開頭采集ad2s80a這樣就實現(xiàn)了dspspi需要留意的一個問題是，在進(jìn)展spi通信時，數(shù)據(jù)采集的時序可能不同步，即:dsp承受的數(shù)據(jù)dsp的片選信號之前，可以先檢測74hc165的脈沖信號，在檢測到此脈沖的下降沿后，延時大約一個脈沖周期后，再選通dsp，在這樣的一個脈沖之后的下一個上升沿，數(shù)據(jù)開頭往dspspi口傳送，這樣dsp現(xiàn)象。下面給出一個dsp與位置檢測模塊spispildp#0e0h；設(shè)置iopc3；spiteor#0808hsaclpcdatdirldp＃0e0hsplk#000fh，spiccrsplk#00000010b,spictlsplk#008fh，spiccrspispi_wait：ldp＃0e1h;檢測脈沖下降沿laccpfdatdirand#0000000001000000bbcndspi_wait，neqrpt#40；延時一個脈沖周期nop；依據(jù)不同的脈沖；選擇不同的值laccpcdatdir；選通dspand＃1111111111110111bsaclpcdatdirldp#0e0hspi_rdy：bitspists,bit6bcndspi_rdy，ntcldp#pcdatdir〉〉7laccpcdatdiror＃0000000000001000bsaclpcdatdirldp＃0e0