旋轉(zhuǎn)變壓器的相位對齊方式.doc

專業(yè)資料分享 旋轉(zhuǎn)變壓器的相位對齊方式 旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱旋變，是由經(jīng)過特殊電磁設(shè)計的高性能硅鋼疊片和漆包線構(gòu)成的，相比于采用光電技術(shù)的編碼器而言，具有耐熱，耐振。耐沖擊，耐油污，甚至耐腐蝕等惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力，因而為武器系統(tǒng)等工況惡劣的應(yīng)用廣泛采用，一對極（單速）的旋變可以視作一種單圈絕對式反饋系統(tǒng)，應(yīng)用也最為廣泛，因而在此僅以單速旋變?yōu)橛懻搶ο螅嗨傩兣c伺服電機配套，個人認(rèn)為其極對數(shù)最好采用電機極對數(shù)的約數(shù)，一便于電機度的對應(yīng)和極對數(shù)分解。 旋變的信號引線一般為6根，分為3組，分別對應(yīng)一個激勵線圈，和2個正交的感應(yīng)線圈，激勵線圈接受輸入的正弦型激勵信號，感應(yīng)線圈依據(jù)旋變轉(zhuǎn)定子的相互角位置關(guān)系，感應(yīng)出來具有SIN和COS包絡(luò)的檢測信號。旋變SIN和COS輸出信號是根據(jù)轉(zhuǎn)定子之間的角度對激勵正弦信號的調(diào)制結(jié)果，如果激勵信號是sint，轉(zhuǎn)定子之間的角度為，則SIN信號為sintsin，則COS信號為sintcos，根據(jù)SIN，COS信號和原始的激勵信號，通過必要的檢測電路，就可以獲得較高分辨率的位置檢測結(jié)果，目前商用旋變系統(tǒng)的檢測分辨率可以達到每圈2的12次方，即4096，而科學(xué)研究和航空航天系統(tǒng)甚至可以達到2的20次方以上，不過體積和成本也都非常可觀。 商用旋變與伺服電機電角度相位的對齊方法如下： 1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出； 2.然后用示波器觀察旋變的SIN線圈的信號引線輸出； 3.依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整電機軸上的旋變轉(zhuǎn)子與電機軸的相對位置，或者旋變定子與電機外殼的相對位置； 4.一邊調(diào)整，一邊觀察旋變SIN信號的包絡(luò)，一直調(diào)整到信號包絡(luò)的幅值完全歸零，鎖定旋變； 5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，信號包絡(luò)的幅值過零點都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效 。 撤掉直流電源，進行對齊驗證： 1.用示波器觀察旋變的SIN信號和電機的UV線反電勢波形； 2.轉(zhuǎn)動電機軸，驗證旋變的SIN信號包絡(luò)過零點與電機的UV線反電勢波形由低到高的過零點重合。 這個驗證方法，也可以用作對齊方法。 此時SIN信號包絡(luò)的過零點與電機電角度相位的-30度點對齊。如果想直接和電機電角度的0度點對齊，可以考慮： 1.用3個阻值相等的電阻接成星型，然后將星型連接的3個電阻分別接入電機的UVW三相繞組引線； 2.以示波器觀察電機U相輸入與星型電阻的中點，就可以近似得到電機的U相反電勢波形； 3.依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置，或者編碼器外殼與電機外殼的相對位置； 4.一邊調(diào)整，一邊觀察旋變的SIN信號包絡(luò)的過零點和電機U相反電勢波形由低到高的過零點，最終使這2個過零點重合，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系，完成對齊。 需要指出的是，在上述操作中需有效區(qū)分旋變的SIN包絡(luò)信號中的正半周和負(fù)半周。由于SIN信號是以轉(zhuǎn)定子之間的角度為的sin值對激勵信號的調(diào)制結(jié)果，因而與sin的正半周對應(yīng)的SIN信號包絡(luò)中，被調(diào)制的激勵信號與原始激勵信號同相，而與sin的負(fù)半周對應(yīng)的SIN信號包絡(luò)中，被調(diào)制的激勵信號與原始激勵信號反相，據(jù)此可以區(qū)別判斷旋變輸出的SIN包絡(luò)信號波形中的正半周和負(fù)半周，對齊時，需要取sin由負(fù)半周向正半周過渡點對應(yīng)的SIN包絡(luò)信號的過零點，如果取反了，或者未加準(zhǔn)確判斷的話，對齊后的電角度有可能錯位180度，從而有可能造成速度外環(huán)進入正反饋。如果可接入旋變的伺服驅(qū)動器能夠為用戶提供從旋變信號中獲取的與電機電角度相關(guān)的絕對位置信息，則可以考慮： 1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置； 2.利用伺服驅(qū)動器讀取并顯示從旋變信號中獲取的與電機電角度相關(guān)的絕對位置信息； 3.依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整旋變軸與電機軸的相對位置，或者旋變外殼與電機外殼的相對位置； 4.經(jīng)過上述調(diào)整，使顯示的絕對位置值充分接近根據(jù)電機的極對數(shù)折算出來的電機-30度電角度所應(yīng)對應(yīng)的絕對位置點，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系； 5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，上述折算絕對位置點都能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效。 此后可以在撤掉直流電源后，得到與前面基本相同的對齊驗證效果： 1.用示波器觀察旋變的SIN信號和電機的UV線反電勢波形； 2.轉(zhuǎn)動電機軸，驗證旋變的SIN信號包絡(luò)過零點與電機的UV線反電勢波形由低到高的過零點重合。 如果利用驅(qū)動器內(nèi)部的EEPROM等非易失性存儲器，也可以存儲旋變隨機安裝在電機軸上后實測的相位，具體方法如下： 1.將旋變隨機安裝在電機上，即固結(jié)旋變轉(zhuǎn)軸與電機軸，以及旋變外殼與電機外殼； 2.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置； 3.用伺服驅(qū)動器讀取由旋變解析出來的與電角度相關(guān)的絕對位置值，并存入驅(qū)動器內(nèi)部記錄電機電角度初始安裝相位的EEPROM等非易失性存儲器中； 4.對齊過程結(jié)束。 由于此時電機軸已定向于電角度相位的-30度方向，因此存入的驅(qū)動器內(nèi)部EEPROM等非易失性存儲器中的位置檢測值就對應(yīng)電機電角度的-30度相位。此后，驅(qū)動器將任意時刻由旋變解析出來的與電角度相關(guān)的絕對位置值與這個存儲值做差，并根據(jù)電機極對數(shù)進行必要的換算，再加上-30度，就可以得到該時刻的電機電角度相位。 這種對齊方式需要伺服驅(qū)動器的在國內(nèi)和操作上予以支持和配合方能實現(xiàn)，而且由于記錄電機電角度初始相位的EEPROM等非易失性存儲器位于伺服驅(qū)動器中，因此一旦對齊后，電機就和驅(qū)動器事實上綁定了，如果需要更換電機、旋變、或者驅(qū)動器，都需要重新進行初始安裝相位的對齊操作，并重新綁定電機和驅(qū)動器的配套關(guān)系。 注意 1.以上討論中，所謂對齊到電機電角度的-30度相位的提法，是以UV反電勢波形滯后于U相30度的前提為條件。 2.以上討論中，都以UV相通電，并參考UV線反電勢波形為例，有些伺服系統(tǒng)的對齊方式可能會采用UW相通電并參考UW線反電勢波形。 3.如果想直接對齊到電機電角度0度相位點，也可以將U相接入低壓直流源的正極，將V相和W相并聯(lián)后接入直流源的負(fù)端，此時電機軸的定向角相對于UV相串聯(lián)通電的方式會偏移30度，以文中給出的相應(yīng)對齊方法對齊后，原則上將對齊于電機電角度的0度相位，而不再有-30度的偏移量。這樣做看似有好處，但是考慮電機繞組的參數(shù)不一致性，V相和W相并聯(lián)后，分別流經(jīng)V相和W相繞組的電流很可能并不一致，從而會影響電機軸定向角度的準(zhǔn)確性。而在UV相通電時，U相和V相繞組為單純的串聯(lián)關(guān)系，因此流經(jīng)U相和V相繞組的電流必然是一致的，電機軸定向角度的準(zhǔn)確性不會受到繞組定向電流的影響。4.不排除伺服廠商有意將初始相位錯位對齊的可能性，尤其是在可以提供絕對位置數(shù)據(jù)的反饋系統(tǒng)中，初始相位的錯位對齊將很容易被數(shù)據(jù)的偏置量補償回來，以此種方式也許可以起到某種保護自己產(chǎn)品線的作用。只是這樣一來，用戶就更加無從知道伺服電機反饋元件的初始相位到底該對齊到哪兒了。用戶自然也不愿意遇到這樣的供應(yīng)商。電角度相位對齊的基本方法總結(jié)1.波形觀察法適用于帶換相信號的增量式編碼器、正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器。1) 以示波器直接觀察UV線反電勢波形過零點與傳感器的U相信號上升沿/Z信號、或Sin信號過零點、或Sin包絡(luò)信號過零點的相位對齊關(guān)系，以此方法可以將傳感器的上述信號邊沿或過零點對齊到-30度電角度相位；2) 以阻值范圍適當(dāng)?shù)娜齻€等值電阻構(gòu)成星形，接入永磁伺服電機的UVW動力線，以示波器觀察U相動力線與星形等值電阻的中心點之間的虛擬U相反電勢波形與與傳感器的U相信號上升沿/Z信號、或Sin信號過零點、或Sin包絡(luò)信號過零點的相位對齊關(guān)系，以此方法可以將傳感器的上述信號邊沿或過零點對齊到電角度相位0點；2.轉(zhuǎn)子定向法適用于帶換相信號的增量式編碼器、正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器的波形對齊，或者絕對式編碼器和正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器等按可提供單圈絕對位置數(shù)值信息對齊。1) 將U相接入低壓直流源的正極，V相接入直流源的負(fù)端，定向電機軸此后一邊調(diào)整傳感器與電機的相對位置關(guān)系，一邊以示波器觀察傳感器信號，直到U相信號上升沿/Z信號、或Sin信號過零點、或Sin包絡(luò)信號過零點準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，以此方法可以將傳感器的上述信號邊沿或過零點對齊到 -30度電角度相位；也可以一邊調(diào)整傳感器與電機的相對位置關(guān)系，一邊設(shè)法觀察單圈絕對位置的數(shù)值信息，直到數(shù)據(jù)零位準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，以此方法也可以將傳感器的單圈絕對位置零點對齊到 -30度電角度相位；如果事先估算出 -30度電角度對應(yīng)的單圈絕對位置的數(shù)值，還可以調(diào)整傳感器與電機的相對位置關(guān)系，直到該數(shù)值準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，就可以將單圈絕對位置零點直接對齊到電角度相位0點（該方法可能比將在下一面 2) 中總結(jié)的后一條方法精確度更好一些）；當(dāng)然也完全可以不調(diào)整傳感器與電機的相對位置關(guān)系，而是簡單地隨機安裝編碼器，把讀取到的單圈絕對位置信息作為初始安裝的偏置值，通過后續(xù)運算，實現(xiàn)單圈絕對位置信息和電角度相位零點的邏輯對齊，該方法的人工操作要求最低。2) 將U相接入低壓直流源的正極，將V相和W相并聯(lián)后接入直流源的負(fù)端，定向電機軸