《電子技術應用》
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旋轉變壓器的原理和應用

2016-08-12
關鍵詞: ADI TI FPGA DSP

一、 旋轉變壓器的發(fā)展 

旋轉變壓器用于運動伺服控制系統(tǒng)中,作為角度位置的傳感和測量用。早期的旋轉變壓器用于計算解答裝置中,作為模擬計算機中的主要組成部分之一。其輸出,是隨轉子轉角作某種函數(shù)變化的電氣信號,通常是正弦、余弦、線性等。這些函數(shù)是最常見的,也是容易實現(xiàn)的。在對繞組做專門設計時,也可產(chǎn)生某些特殊函數(shù)的電氣輸出。但這樣的函數(shù)只用于特殊的場合,不是通用的。60年代起,旋轉變壓器逐漸用于伺服系統(tǒng),作為角度信號的產(chǎn)生和檢測元件。三線的三相的自整角機,早于四線的兩相旋轉變壓器應用于系統(tǒng)中。所以作為角度信號傳輸?shù)男D變壓器,有時被稱作四線自整角機。隨著電子技術和數(shù)字計算技術的發(fā)展,數(shù)字式計算機早已代替了模擬式計算機。所以實際上,旋轉變壓器目前主要是用于角度位置伺服控制系統(tǒng)中。由于兩相的旋轉變壓器比自整角機更容易提高精度,所以旋轉變壓器應用的更廣泛。特別是,在高精度的雙通道、雙速系統(tǒng)中,廣泛應用的多極電氣元件,原來采用的是多極自整角機,現(xiàn)在基本上都是采用多極旋轉變壓器。旋轉變壓器是目前國內(nèi)的專業(yè)名稱,簡稱“旋變” 。

俄文里稱作“ВращающийсяТрансформатор” ,詞義就是“旋轉變壓器”。英文名字叫“resolver”,根據(jù)詞義,有人把它稱作為“解算器”或“分解器”。

作為角度位置傳感元件,常用的有這樣幾種:光學編碼器、磁性編碼器和旋轉變壓器。由于制作和精度的緣故,磁性編碼器沒有其他兩種普及。光學編碼器的輸出信號是脈沖,由于是天然的數(shù)字量,數(shù)據(jù)處理比較方便,因而得到了很好的應用。早期的旋轉變壓器,由于信號處理電路比較復雜,價格比較貴的原因,應用受到了限制。因為旋轉變壓器具有無可比擬的可靠性,以及具有足夠高的精度,在許多場合有著不可代替的地位,特別是在軍事以及航天、航空、航海等方面。隨著電子工業(yè)的發(fā)展,電子元器件集成化程度的提高,元器件的價格大大下降;另外,信號處理技術的進步,旋轉變壓器的信號處理電路變得簡單、可靠,價格也大大下降。而且,又出現(xiàn)了軟件解碼的信號處理,使得信號處理問題變得更加靈活、方便。這樣,旋轉變壓器的應用得到了更大的發(fā)展,其優(yōu)點得到了更大的體現(xiàn)。和光學編碼器相比,旋轉變壓器有這樣幾點明顯的優(yōu)點:①無可比擬的可靠性,非常好的抗惡劣環(huán)境條件的能力;②可以運行在更高的轉速下。(在輸出12 bit的信號下,允許電動機的轉速可達60,000rpm。而光學編碼器,由于光電器件的頻響一般在200kHz以下,在12 bit時,速度只能達到3,000rpm);③方便的絕對值信號數(shù)據(jù)輸出。

二、旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器的應用,近期發(fā)展很快。除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領域之外,在工業(yè)、交通以及民用領域也得到了廣泛的應用。特別應該提出的是,這些年來,隨著工業(yè)自動化水平的提高,隨著節(jié)能減排的要求越來越高,效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動機的應用,越來越廣泛。而永磁交流電動機的位置傳感器,原來是以光學編碼器居多,但這些年來,卻迅速地被旋轉變壓器代替??梢耘e幾個明顯的例子,在家電中,不論是冰箱、空調、還是洗衣機,目前都是向變頻變速發(fā)展,采用的是正弦波控制的永磁交流電動機。目前各國都在非常重視的電動汽車中,電動汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉變壓器。例如,驅動用電動機和發(fā)電機的位置傳感、電動助力方向盤電機的位置速度傳感、燃氣閥角度測量、真空室傳送器角度位置測量等等,都是采用旋轉變壓器。在應用于塑壓系統(tǒng)、紡織系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)以及其他領域里,所應用的伺服系統(tǒng)中關鍵部件伺服電動機上,也是用旋轉變壓器作為位置速度傳感器。旋轉變壓器的應用已經(jīng)成為一種趨勢。


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