旋转变压器是什么?看它如何实现工业应用

日期:2020-02-08编辑作者:技术中心

  伺服电机常用于工业领域,与旋转变压器以及其他类型的位置传感器相连接。60年代起,作为角度信号的产生和检测元件,旋转变压器逐渐用于伺服系统。旋转变压器主要是用于角度位置伺服控制系统中。由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度,所以旋转变压器应用的更广泛。

  一些绝对旋转传感技术(如光编码器)被多次选用于工业应用。然而,处于应付恶劣环境或低成本因素考虑,变压器油色谱仪旋转变压器是最理想的选择。

  旋转变压器传感器的工业应用:通常使用伺服电机和伺服驱动器与旋转变压器配合来实现角速度与位置测量的应用包括:

  数控(CNC)和注塑机、升降机、机械手臂、电动交通工具(电动自行车电动滑板车、电动轮椅等)、铁路运输、农业和建筑设备、公共汽车和重型卡车、高尔夫球车和低速电动车。

  精确和及时的旋转变压器角度输出。在找到利用旋转变压器来减轻电磁干扰对工业系统的影响的方法之前,重要的是要先理解为什么精确的位置控制是必不可少的。

  旋转变压器提供一个理论上与无限解析度一样的模拟输出。模拟到数字的转换技术,通过将输出分割成块或步骤的程度来限制解析度。对持续角进行有限分割将导致定量错误。

  例如,使用一个12位分辨率的转换器来提供角输出。变压器油色谱仪转换器轴旋转一圈被分为4096步(2^12对应一个12位分辨率)。由于一度等于60分,所以旋转一圈(360度)等于21600角分(60x360)。则每步的间隔为5.27角分(21600/4096)。系统不可能提供比5.27角分更好的信息。

  决定正确角位置的两个关键点是系统精度和系统稳定时间。后者主要指的是角输出要花多久才能显示出精确位置。需要对系统的每个部件进行评价,以确定限制因素。系统中,典型的误差精度是旋转变压器误差和旋转变压器模拟数字转换(RDC’s)误差的总和。

  最常见的是,3-10角分就会出现一个旋转变压器误差。再加上5.27角分会出现旋转变压器模拟数字转换误差,则我们可以得出精确的误差出现范围是8.27-15.27角分。因此,选择正确的RDC很重要。变压器油色谱仪

  ·旋转变压器传感器的极的数量:由于每增加一对极就会多检测360度,因此增加的极数会降低角误差

  电磁兼容性(EMC)指的是:电子系统要怎样在电磁环境中运行而不产生问题(免疫力)。同样地,系统发射脉冲一定不能干扰到范围中的任何产品。在工业设备应用中,变速驱动器和控制电路是主要干扰源。功率元件的快速切换,例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和微控制器,是高频发射或干扰的主要来源。IGBT切换时间可长达100nS。

  当旋转变压器的电机位置或输出信号变化迅速时,稳定时间是RDC控制系统的快速性能指标。图1显示的一个是有阶跃输入变化(黑线)的RDC反馈控制系统的稳定时间的例子。蓝色信号显示的是对电路的正常模式响应,红色信号显示的是加速模式过程中响应(角快速变化)。为了在快速变化的条件下追踪到旋转角,加速模式帮助控制回路很容易跟踪到一个快速的旋转角。

  1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出;

  2.然后用示波器观察旋变的SIN线.依据操作的方便程度,调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置,或者旋变定子与电机外壳的相对位置;

  4.一边调整,一边观察旋变SIN信号的包络,一直调整到信号包络的幅值完全归零,锁定旋变;

  5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,信号包络的幅值过零点都能准确复现,则对齐有效。

  1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线.转动电机轴,验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。

  此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:

  1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;

  3.依据操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对位置,或者编码器外壳与电机外壳的相对位置;

  4.一边调整,一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使这2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。

  需要指出的是,在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。

  由于SIN信号是以转定子之间的角度为θ的sinθ值对激励信号的调制结果,因而与sinθ的正半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号同相,而与sinθ的负半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号反相,据此可以区别判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周,对齐时,需要取sinθ由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点,如果取反了,或者未加准确判断的话,对齐后的电角度有可能错位180度,从而有可能造成速度外环进入正反馈。

  1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;

  2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息;

  3.依据操作的方便程度,调整旋变轴与电机轴的相对位置,或者旋变外壳与电机外壳的相对位置;

  4.经过上述调整,使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;

  5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算绝对位置点都能准确复现,则对齐有效。

  1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线.转动电机轴,验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。

  如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器,也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:

  1.将旋变随机安装在电机上,即固结旋变转轴与电机轴,以及旋变外壳与电机外壳;

  2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;

  3.用伺服驱动器读取由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中;

  此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。

  此后,驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。

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