摘  要: 簡介了數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊的基本原理及其外圍電路的設(shè)計方法。該模塊可用于伺服機構(gòu)、位置控制和檢測系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)變壓器信號給定,稍加改動也可用于自整角機信號給定。

　　關(guān)鍵詞: 旋轉(zhuǎn)變壓器 自整角機  計算機接口

 　　《電子技術(shù)應(yīng)用》1999年第4期刊出的“旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊及其ISA接口電路的設(shè)計”一文介紹了將旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的原理及其電路的設(shè)計方法。在實際應(yīng)用中,除了需要將旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號外,還經(jīng)常需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)變壓器信號。如在計算機控制和測試過程中,均需要由計算機輸出旋轉(zhuǎn)變壓器信號。本文介紹數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊的原理與電路設(shè)計方法。

1 數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊概述

　　中國船舶工業(yè)總公司第七研究院第七一六研究所生產(chǎn)的SXZ系列數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊是一種全電子的旋轉(zhuǎn)變壓器模擬裝置,也叫固態(tài)旋轉(zhuǎn)變壓器,其功能是將輸入數(shù)字全角量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)變壓器信號。該模塊是計算機與控制系統(tǒng)之間的理想接口電路,可用于伺服機構(gòu)、位置控制、火控系統(tǒng)、模擬器和工業(yè)控制中。

2 數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊基本工作原理

　　數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊的原理框圖如圖1所示。轉(zhuǎn)換模塊主要由參考變壓器、鎖存器、正弦乘法器、余弦乘法器、象限選擇開關(guān)、功率放大器和輸出變壓器等幾部分組成。

　　當數(shù)據(jù)總線上是代表角度的數(shù)字量時,控制脈沖的低電平將這些數(shù)字量鎖存起來。若數(shù)字量為14位二進制數(shù),則“ENM”對應(yīng)高8位,“ENL”對應(yīng)低6位。數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器先將角度信息經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換變?yōu)橹绷?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/模擬信號" title="模擬信號" target="_blank">模擬信號,再按平面坐標進行分解,分解方法如圖2所示。設(shè)輸入數(shù)字量和轉(zhuǎn)換后得到的模擬量所代表的角度為α(以Y軸正向為0°,順時針增大),以坐標原點為起點,沿α方向取單位長度線段,將該線段向兩坐標軸投影,則X軸和Y軸上的投影分別為sinα和cosα。分解后的兩個直流模擬量經(jīng)過交流乘法器后,變?yōu)榻涣餍盘枴?/p>

　　交流參考信號接在參考輸入端,經(jīng)變壓器降壓后送到數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器中。交流參考信號與sinα和cosα兩個直流信號相乘后,就得到兩路交流輸出信號。這兩路交流輸出信號的幅值分別隨兩個直流信號的變化而變化,頻率與交流參考信號相同。兩路交流信號分別送到中心線相互垂直的兩線圈中,則在兩線圈中形成交變磁場,兩個交流磁場的向量的大小和方向,分別由sinα和cosα的大小和正負決定,如圖3所示。這兩個交流磁場合成后,所得合成磁場的向量方向,正好沿cosα信號軸正方向順時針轉(zhuǎn)過α角。由此可見,輸出的兩路交流信號在空間合成磁場的向量方向,就是輸入數(shù)字量所代表的角度值。這樣,數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器就把代表角度的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成了兩路(正弦和余弦)交流模擬信號,其合成交變磁場的方向就代表這個輸入的角度值。

3 模塊主要技術(shù)指標

　　該系列模塊有多個型號,下面是14SXZ1413的主要性能指標:

　　輸入代碼  14位

　　輸出精度  ±4分

　　分辨率    1.3分

　　負載能力  1.3VA

　　參考電壓  36V/400Hz

　　輸出電壓  11.8V/400Hz

4 模塊輸出電路設(shè)計

　　模塊共有6個模擬信號接線端子,其中,RH和RL接交流參考信號,S1、S2、S3和S4接旋轉(zhuǎn)變壓器。

　　為改善轉(zhuǎn)換器負載,提高其負載能力,應(yīng)在接收機的輸入端并聯(lián)調(diào)諧電容,如圖4所示。其目的是使并聯(lián)電容與接收機感性負載產(chǎn)生并聯(lián)諧振,使轉(zhuǎn)換器的有功功率輸出最大,以減小對轉(zhuǎn)換器的輸出功率要求。調(diào)諧電容容值的確定方法有如下兩種:

　　第一種為實驗確定法。將圖4中的電容器改為可變電容器,輸入端(如S1端)串一個交流毫安表,在S1和S3之間加入額定激磁電壓(如36V/400Hz)。調(diào)整可變電容容值,使毫安表的讀數(shù)最小,此時的電容值,即為調(diào)諧電容值。

　　第二種為理論計算法。驅(qū)動控制式變壓器所需最小功率可表示為:

　　因此,調(diào)諧電容起到了改善負載特性、提高轉(zhuǎn)換器的負載能力的作用。

　　幾點說明:(1)調(diào)諧電容應(yīng)選用一級精度產(chǎn)品(±5%),盡量使幾個調(diào)諧電容容值相等;(2)調(diào)諧電容的耐壓應(yīng)大于300V,以免造成擊穿;(3)當轉(zhuǎn)換器與負載斷開時,應(yīng)同時將調(diào)諧電容與轉(zhuǎn)換器斷開,以免造成轉(zhuǎn)換器的損壞。(4)調(diào)諧電容只適用于無源負載。

5 模塊輸入電路設(shè)計

　　模塊的輸入信號為并行自然二進制碼,“1”腳對應(yīng)180度,“2”腳對應(yīng)90度,“3”腳對應(yīng)45度,余類推。

　　由于輸入信號是數(shù)字量,故可以用多種方法來給定,如單片機的輸出口、I/O板的輸出口等。為減小干擾,模塊電路與計算機之間應(yīng)采用光電隔離。在實際應(yīng)用中,筆者還發(fā)現(xiàn),若直接將光隔離片輸出端與模塊輸入端相連,則模塊發(fā)熱量較大,若中間增加一個非門,則發(fā)熱量小得多。該現(xiàn)象對“旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字”轉(zhuǎn)換模塊尤為明顯。

　　控制線上的邏輯“高”電平使輸入實現(xiàn)透明,轉(zhuǎn)換器的輸出將跟隨數(shù)字輸入量變化。當“ENM”、“ENL”同時為低電平,則轉(zhuǎn)換器的輸出將被鎖存為下降沿時刻的輸入數(shù)據(jù),并保持不變,直到“ENM”、“ENL”又置為高電平。如果不需要鎖存器,“ENM”、“ENL”外接27kΩ上拉電阻到+5V即可。

參考文獻

1 SXZ系列數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)換模塊使用說明書.中國船舶工業(yè)總公司第716所