旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組的確定方法

黃曉凡

(北京普利門電子科技有限公司，北京 100041)

0 引言

旋轉(zhuǎn)變壓器能夠給出永磁同步電動(dòng)機(jī)或者無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，供電動(dòng)機(jī)換相及位置控制時(shí)使用，它是一種重要的角度傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器在出廠后會(huì)有正弦繞組和余弦繞組的標(biāo)記(在約定正向旋轉(zhuǎn)方向的情況下)。如果標(biāo)記遺失，就需要確定正弦繞組和余弦繞組。目前，很少有文獻(xiàn)介紹其確定方法。本文針對(duì)正弦、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理，提出了一種簡單易行的確定方法。

1 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器主要由定子和轉(zhuǎn)子2部分組成，定子上有激磁繞組，輸入激磁電壓U(t)(引出線端子U+，U－分別記為 E，F(xiàn))，轉(zhuǎn)子上有正弦繞組和余弦繞組，分別輸出正弦輸出電壓Usin(引出線端子Usin+，Usin－分別記為 A，B)，余弦輸出電壓 Ucos(引出線端子 Ucos+，Ucos－分別記為 C，D)，3 個(gè)電壓信號(hào)的波形圖如圖1所示(也可以是轉(zhuǎn)子上為激磁繞組，定子上為正、余弦繞組，不影響分析結(jié)果)。

輸入激磁電壓U(t)=Um(2πft)，稱之為載波，為方便分析，本文中載波頻率定為f=500 Hz，幅值Um=20V，變比 K=1。

圖1 旋轉(zhuǎn)變壓器激磁信號(hào)電壓U(t)波形、正弦輸出電壓信號(hào)U sin波形和余弦輸出電壓信號(hào)U cos波形

旋轉(zhuǎn)變壓器在絕對(duì)參考系(本文使用東－北－地絕對(duì)參考系，當(dāng)然，可以自己定義相對(duì)于北－東－地絕對(duì)參考系固定不變的其他絕對(duì)參考系)中安裝完畢后，在使用旋轉(zhuǎn)變壓器前，首先規(guī)定好絕對(duì)參考系下的正方向，以下假定逆時(shí)針為正方向(即旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸角度增加的方向)，假定旋轉(zhuǎn)變壓器的零位與東方向重合(零位是指轉(zhuǎn)軸處于此位置時(shí)，正弦繞組輸出幅值為0而余弦繞組輸出幅值為正最大)，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 絕對(duì)參考系中旋轉(zhuǎn)變壓器正弦輸出電壓U sin和余弦輸出電壓U cos的向量圖

當(dāng)轉(zhuǎn)子由絕對(duì)零位按絕對(duì)正方向轉(zhuǎn)過θ時(shí)，輸出正、余弦電壓分別為［1－2］

一般來說，由式(1)、式(2)即可解得θ。如果利用上RDC電路(如AD2S1200)只需要將Usin正負(fù)端和Ucos正負(fù)端分別輸入到AD2S1200對(duì)應(yīng)的sin，sinlo信號(hào)和cos，coslo信號(hào)引腳即可工作。本文主要研究正弦、余弦繞組即 Usin+，Usin－和 Ucos+，Ucos－的確定。

2 引論

將正弦繞組引出端子 A，B互換，即 UAB變成UBA，而余弦繞組引出端子C，D不變，則原來的余弦繞組就變?yōu)檎依@組(即端子C為Usin+，端子D為Usin－)，而原來的正弦繞組就變?yōu)橛嘞依@組(即端子B為Ucos+，端子 A為 Ucos－)。此引論從圖3中易看出。

3 旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組的確定步驟

(1)量取4個(gè)引出點(diǎn)的電阻，可確定2組繞組:sin+(注意這是假定的 sin+，記為 A)，sin－(假定的sin－，記為 B)和 cos+(假定的 cos+，記為 C)，cos－(假定的cos－，記為D)。注意此步驟后既不能確定sin和cos繞組，也不能確定各繞組的+，－。

圖3 正弦繞組引出端子A，B互換后與互換前的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓的向量對(duì)比圖

(2)先假定 A對(duì)應(yīng) sin+，B對(duì)應(yīng) sin－，C對(duì)應(yīng)cos+，D對(duì)應(yīng)cos－。下面的假定是以這種假定為正確來進(jìn)行分析。輸入激磁電壓U(t)，將A，B分別接示波器1通道CH1正、負(fù)端，C，D分別接示波器2通道CH2正、負(fù)端。

(3)按規(guī)定正方向慢慢用手轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸(不要求勻速)，觀察示波器1，2通道波形。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于絕對(duì)參考系I象限時(shí)，即90°＞θ＞0時(shí)，對(duì)應(yīng)圖1中theta1區(qū)間。從圖1中也可以看出，示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是同相位的(注意是500Hz載波，而不是包絡(luò)波)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于絕對(duì)參考系II象限，即180°＞θ＞ 90°時(shí)，對(duì)應(yīng)圖1中 theta2區(qū)間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是反相位的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于絕對(duì)參考系III象限，即270°＞θ＞ 180°時(shí)，對(duì)應(yīng)圖1中theta3區(qū)間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是同相位的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于絕對(duì)參考系IV象限，即360°＞θ＞ 270°時(shí)，對(duì)應(yīng)圖1中theta4區(qū)間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是反相位的。從圖2、圖3可以看出，當(dāng)UAB的包絡(luò)波(注意不是500 Hz載波)幅值過0后且達(dá)到最大值之前，意味著旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于I象限或者位于III象限。從上面分析可知，無論哪種狀態(tài)，此時(shí)示波器上Usin和Ucos的載波都是同相位的。以上是假定UAB是真實(shí)的正弦繞組輸出Usin得到的結(jié)論。如果UAB是真實(shí)的余弦繞組輸出Ucos，則按照上述分析可以得出下面結(jié)論:當(dāng)UAB的包絡(luò)波幅值過0后且達(dá)到最大值之前，意味著旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸位于II象限或者位于IV象限。無論哪種狀態(tài)，此時(shí)示波器上Usin和Ucos的載波都是反相位的。

(4)綜上所述，旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦繞組的確定方法如下:按正方向用手轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器，使UAB載波的幅值過零后再調(diào)大一些，并且保證沒有達(dá)到最大值(這很容易用手微微轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸做到)，對(duì)比示波器CH1和CH2載波相位，如果同相，則A即sin+，B即 sin－，C 即 cos+，D 即 cos－;如果反相，由引論，則A 即cos－，B 即 cos+，C 即 sin+，D 即 sin－。

4 結(jié)束語

在規(guī)定完正轉(zhuǎn)向后，正弦、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦繞組和余弦繞組就被確定了。一般來講，一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器在出廠后會(huì)有正弦繞組和余弦繞組的標(biāo)記。但是，如果標(biāo)記遺失，就需要方法去確定正弦繞組和余弦繞組。本文提出的通過對(duì)比2路輸出電壓信號(hào)的相位關(guān)系來確定正弦繞組和余弦繞組的方法，簡單易行，科學(xué)合理，是一個(gè)很好的辦法。

［1］程明．微特電機(jī)及系統(tǒng)［M］．北京:中國電力出版社，2004．

［2］陸元九．慣性器件［M］．北京:宇航出版社，1990．