旋转变压器开关应用
旋转变压器在控制系统中的应用
旋转变压器在控制系统中的应用王炳星（扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州 225000）摘要：本文简单介绍了旋转变压器的工作原理，之后就几种典型的旋转变压器在工业控制系统中的应用作了简单介绍，重点介绍了旋转变压器及转换器在电动轨道车辆中的应用，设计了AD2S1200与旋转变压器和TMS320F2812之间的接口电路，针对实际应用中出现的问题，重点阐述了转子位置信号的数字处理方法。
关键词：旋转变压器；DSP；伺服系统；TMS320F2812Application of Resolver in Control SystemDomintracy Wang(SEPE Yangzhou University，Yangzhou Jiangsu 225000，China) Abstract: In this paper, the principle of resolver is briefly introduced. Then some typical applications of typical resolvers in industrial control system were introduced, espically the application of resolver in electric trial vehicle. The interface circuit for RDC and resolver and that for AD2S1200 and TMS320F2812 were designed. Finally methods of processing position signals were presented emphatically aimed at problems in application.Key Words: Resolver; DSP; Servo System; TMS320F2812前言旋转变压器（Resolver）简称旋变，又称作解算器。
旋转变压器的应用PPT课件
Number of pole pair: 1 Input voltage: 7V(rms) Input frequency: 10kHz Impedances: 180Ω±15% Transformation ratio: 0.5±5%
Max.electrical error: ±10′
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旋变输入输出波形（三对极，假设空间不变，时间变化）
4.2几种类型旋转变压器的比较
由于结构形式和原理的不同，在性能和抗恶劣环境条件能力上，各种类型的旋转变压 器的特点不一样。表1给出了情况比较。
表1 各种类型的旋转变压器性能、特点比较
类型
精度 工艺性 相位移 可靠性 结构
成本
有刷型
高
差
小
差
复杂
高
环变型
高
一般 比较大
R3(WHT)
S2(YEL)
S3(BLK) S4(BLU)
无刷旋转变压器原理图
无刷旋变主要应用于工业控制场合，是伺服电机的理想的位 置传感器。
无刷旋变主要参数包括： 极对数： 1对极 激磁电压：7V(rms) 激磁频率：10kHz 输入阻抗：180Ω±15% 变压比：0.5±5% 电气误差：≤±10′
(1)按输出电压与转子转角的函数关系分为正、余弦旋转变压器，线性旋转变压器，特殊函数旋转 变压器，比例式旋转变压器和感应移相器；
(2)按功能在同步随动系统中分为发送机、接收机、变压器等； (3)按结构分为接触式和无接触式；还可分为单极、多极型和双通道旋转变压器，以及磁阻式旋转 变压器。
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高精度双通道旋变
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旋转变压器在汽车上的应用
旋转变压器在汽车上的应用你知道吗？汽车里有个很重要的小部件叫旋转变压器。
这玩意儿虽然不大，但是作用可不小呢。
先说说在电动汽车上吧。
旋转变压器在电动汽车的电机控制中那可是相当关键。
电机就像是电动汽车的心脏，而旋转变压器就像是心脏的“监测仪”。
它能准确地测量电机的转速和位置。
这有啥用呢？比如说，当你开车的时候，需要加速或者减速，这时候汽车的控制系统就得知道电机的具体情况，才能做出正确的反应。
旋转变压器就能把电机的转速和位置信息及时地传递给控制系统，让控制系统可以精准地控制电机的输出功率，这样就能让汽车平稳地加速或者减速啦。
而且啊，旋转变压器还特别可靠。
汽车在行驶过程中会遇到各种情况，比如震动、高温、低温等等。
旋转变压器可不怕这些，它能在各种恶劣的环境下稳定工作。
不像有些传感器，可能稍微有点震动或者温度变化就不好使了。
所以，在电动汽车里，旋转变压器可以为电机的稳定运行提供有力的保障。
在混合动力汽车上，旋转变压器也发挥着重要作用。
混合动力汽车有发动机和电机两个动力源，要让这两个动力源协调工作，就需要准确地掌握电机的状态。
旋转变压器就能做到这一点，它可以实时监测电机的转速和位置，让汽车的控制系统能够合理地分配发动机和电机的动力输出，这样既能提高汽车的动力性能，又能降低油耗。
除了电机控制，旋转变压器在汽车的其他方面也有应用哦。
比如说，在一些高级的自动驾驶系统中，旋转变压器可以帮助汽车准确地感知自己的位置和方向。
自动驾驶汽车需要非常精确的位置信息才能安全地行驶，旋转变压器就能提供这样的信息。
它可以和其他传感器一起工作，让汽车知道自己在哪里，该往哪个方向走。
在一些汽车的转向系统中也会用到旋转变压器。
它可以测量方向盘的转角，让汽车的控制系统知道你想往哪个方向转。
这样就能更精准地控制汽车的转向，让你的驾驶更加轻松和安全。
旋转变压器在汽车上的应用可真是不少。
它虽然不是那种特别显眼的大部件，但是它的作用却非常重要。
有了旋转变压器，汽车的电机控制更加精准，自动驾驶更加安全，转向也更加灵活。
旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用
统 。但 是 ， 旋转 变压器 是模 拟信 号输 出 ， 有信 号 具
处理 较复 杂 的特 点 ， 以关 于旋 转 变 压 器 的研 究 所 多为 针对 某种 独特 功 能 的专 用 系统 ， 不利 于 这 实现 产 品的 产业 化 。本 文 综 合 各 类研 究 的成 果 ， 以低 速 Ｐ Ｍ控 制 系统 为 例 ， 计 一 种 通 用性 较 ＭＳ 设 强 的控制 系统 ， 系 统 通 过 一种 实 用 的转 换处 理 该 电路 ， 现旋转 变压 器 与通用 变频 器 的对接 ， 实 试验 证 明方案 切实 可行 ， 于实 现系统 的产 业化 。 易
压 器 的信号 频率 一致 ；
２ 用 于低 速 小容 量 Ｐ Ｍ 的通 用 变 ＭＳ 频器 特 点
本文 所 研 究 的对 象 为 低 速 小 容 量 Ｐ Ｍ， ＭＳ 因
此 用 于驱 动 的变频 器需 满足 以下 要求 ：
（ ）串行 数 据 输 出 口设 置 ：Ｃ Ｂ引 脚 设 为 ６ ＳＳ
１ 旋 转 变 压器 的工作 原理
本文使 用 的是正余 弦二对极 无刷 式旋 转 变压 器 ， 工作 原理 如 图 １ 其 所示 。
劣的工作环境 、 抗冲击 、 测量精度高等优点 ， 被广 泛 应 用 在 伺 服 系统 、 器 人 系 统 、 空航 天 等 领 机 航 域 。在 某些 低速 场合 ， 如轨 交 的开 门调速 系统 ， 也 越来 越 多地 使 用 基 于低 速 永 磁 同步 电机 （ ｅｍａ Ｐｒ —
Ｈ， 时 Ｄ Ｔ 此 Ａ Ａ引脚 为高 阻状态 ， 禁用 串 口输 出。
旋转变压器的工作原理及应用
为励磁信号的幅值 ；
∞为励 磁信 号 角频 率 ；
为旋转变压器转角 。
定 子
转 子
＝
０ 。
＝ 一
＝９ ０。
＝０
“ ２ ＝０
＝ｋ ｌ ｓ ｊ ｎ ＝ｋ ｌ ｓ ｉ ｎ
“ ２＝ｋ Ｕ ｌ ｓ ｉ ｎ ＝ｋ ｕｌ ｓ ｉ ｎ
加 电压 为 ：
Ｍ２ ＝ｋｕ １ ｓ ｉ ｎ ０＋ｋ ｕｌ Ｃ Ｏ Ｓ ０
＝
ｋＵｍ ｓ ｉ ｎ Ｏ ／ ｓ ｉ ｎ ｏｔ ｃ ｓ ｉ ｎ ０＋ｋ
ｃ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎ ｏｔ ｔ Ｃ Ｏ Ｓ ０
＝
ｋ ｓ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ Ｃ Ｏ Ｓ （ 一０）
（ ａ ） 有刷结构
（ ｂ ） 无刷结构
图 １ 旋 转 变 压 器 结 构
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ７ － － ０ ６ 作者简介 ： 李 瑾（ １ ９ ８ ２ 一） ， 女， 山西平遥人 ， 讲师 ， 工学硕士 ， 研究 方 向： 机电一体化。
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Ｅｑｕｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍ ａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎｇ Ｔ ｅｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ Ｎｏ． １ ０， ２ ０１ ３
由上 式 可知 鉴 幅式 是 根据 感 应 输 出 电压 的 幅值
转
子
来 检测 位 移量 。
图 ３ 正 余 弦 旋 转 变压 器 结 构
旋转变压器作为位置检测装置 ，具体有两种应 ３ 结束语 用 方法 ： 鉴相 式 和鉴 幅式 工作 方式 。 ２ ． １ 鉴相 工作 方式 旋转变压器对工作环境要求不高 ， 适用于高温 、 给定 子 两 绕组 分 别 通 以 幅值相 同 、 频率相 同、 相 严 寒 、 潮湿 、 高速 、 高震 动等 工作场 合 。由于旋转 变压 位差 ９ Ｏ 。的交 流励磁 电压 ， 即 器 的以上特点 ， 被广泛应用在伺服控制系统 、 机器人
旋转变压器的应用
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5.1.2旋转变压器在EPS系统上面的应用 EPS是一个典型的电机伺服系统。在EPS中,汽车转向时,转矩传感器检测到转向盘的力 矩和转动方向，将这些信号输送到电控单元,电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和 车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令,使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以 产生助动力。目前,国外各大EPS研发单位正在开发助力电机为交流电机的EPS,以取代原有 的有刷直流电机EPS。 EPS必须满足很高的实时性和较高的精度要求,同时,要确保其具有高的可靠性。无刷旋 转变压器是较好的选择。
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Primary Side Secondary Side
R 1(ORG)
θ
S 1(RED)
R 3(WHT) S 2(YEL)
S 3(BLK) S 4(BLU)
磁阻式旋转变压器原理图 磁阻式旋变主要应用于新能源车电机中作为位置传感器使用。 VR旋变主要参数包括： 极对数： 一般为2-12对极 Number of pole pair: 2-12 激磁电压：7V(rms) Input voltage: 7V(rms) 激磁频率：10kHz Input frequency: 10kHz 输入阻抗：180Ω±15% Impedances: 180Ω±15% 变压比：0.286±10% Transformation ratio: 0.286±10% 电气误差：≤±30′ Max.electrical error: ±30′
2.旋转变压器原理
Primary Side
Secondary Side
《旋转变压器 》课件
旋转变压器的应用领域
汽车工业
用于检测曲轴、凸轮轴位置，以 及车辆四轮定位。
数控机床
用于实现高精度角度控制和位置 检测。
航空航天
用于飞行器的姿态控制和导航系 统。
机器人技术
用于机器人的关节角度检测和运 动控制。
旋转变压器的优缺点
优点
结构简单、可靠性高、耐高温、 抗干扰能力强、测量精度高。
缺点
输出信号为模拟量，需要配合后 续电路进行信号处理；对安装位 置和轴系要求较高，需要专业人 员安装调试。
05
未来旋转变压器的发展趋势
新型旋转变压器的研发
研发高精度、高效率的旋转变压器
随着科技的发展，对旋转变压器的精度和效率要求越来越高，未来将会有更多新 型的旋转变压器被研发出来，以满足各种应用需求。
微型化、集成化旋转变压器
随着微电子技术的发展，微型化和集成化的旋转变压器将成为未来的重要研究方 向，这将有助于减小设备的体积和重量，提高其便携性和可靠性。
02
感应电动势的大小和方向随转子 的位置和极数而变化，从而输出 与转子位置成比例的电压信号。
旋转变压器的控制方式
旋转变压器可以采用模拟控制和数字控制两种方式。
模拟控制方式通过调整励磁电流的大小和方向来控制旋转变压器的输出电压信号。
数字控制方式则通过数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）对旋转变压器进 行数字化控制，实现更高的控制精度和动态性能。
根据故障现象，结合以上方法，逐步排查 故障原因，采取相应的措施进行排除。
旋转变压器的保养建议
01
02
03
定期进行维护保养
建议每年对旋转变压器进 行一次全面的维护保养， 包括清洗、检查、紧固等 。
旋转变压器的应用共31页文档
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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旋转变压器的应用
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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旋转变压器在开关电源上的应用
摘要：介绍了非接触式旋转高频链变压器在旋转机构电源上的应用，CRFT 的使用代替了传统的电能传递方式，即电刷电能传递方式，大大延长了旋转机构电源系统的使用寿命和使用可靠性。
采用软开关技术，减少了电能在磁场中传递而进行变换产生的电磁干扰，解决了与静止供电完全没有物理接触的旋转电路的供电问题。
实验证明，CRFT 完全可以在旋转机构供电场合代替电刷及滑环。
关键词：开关电源/ 非接触式旋转高频链变压器；旋转机构
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引言
任何电子设备都需要电源，旋转机构系统也是如此，如石油钻井、造纸机械、直升机旋翼等机构上的传感器及测试设备的供电，卫星、雷达等需要将电能传递到旋转用电设备的场合等。
以卫星电源为例，卫星在绕地球轨道运行的过程中，自身始终以一定的角速率旋转。
而卫星的太阳能电池板为了最大限度地利用太阳能，必须始终正对太阳照射的向。
随着卫星在轨道上位置的变化，伺服机构实时调节太阳能电池板的朝向。
太阳能电池板和卫星星体之间的电能传递传统上是通过石墨电刷与铜制滑环之间的接触实现的。
石墨电刷因相对运动产生磨损，从而导致碳粉的掉落、接触的松动、供电不稳以及产生电火花等不良影响，最终导致电刷与滑环脱离接触，无法完成供电，成为该类旋转机构电源寿命延长的瓶颈。
而使用非接触式旋转高频链变压器，则可以从根本上解决接触磨损的问题。
美国在1996 年成功研制出传递功率达400 W 的非接触式旋转变压器电源，但使用的是400 Hz 的中频硅钢片变压器，重量较大。
2002 年，欧洲和法国玛特拉宇航系统公司联合研制
出了传递功率达到100 W 的旋转高频链开关电源，该电源系统不仅可以传递电能，还可以传递19.2 k/s 的信息数据[1]。
非接触式旋转高频链逆变器可用于所有需向旋转机
构提供电能的领域。
1 CRFT 的结构和基本原理
CRFT 的工作频率为100 kHz 左右，因此，变压器所使用的磁性材料为锰锌铁氧体，它具有磁导率和电阻率较高，矫顽力较低的特点。
在实际应用中，使绕组产生激磁电流就能产生较高的磁感应强度，传递较大的功率，同时具有较小的铁耗和涡流损耗。
图1 示出在CRFT 内部绕组放置的位置系。
为防止意外的摩擦，绕组之间相互留有间隙。
磁心之间也留有相对运动的间隙。
旋
转部分的绕组输出穿过旋转主轴连接着旋
转电路。
静止绕组的输出需要经过磁心上的留孔引出。
磁心外部包裹的金属护罩，既可防止灰尘落入气隙，影响变压器工作；又可抑制由气隙和输入输出导线带来的电磁干扰，还能增加旋转高频链变压器的机械强度。
图1 旋转高频链变压器的内部结构
CRFT 的初级因为直接与输入相连，故初级为静止状态；次级与旋转机构相连，故次级为旋转运动状态。
因为直流输入在静止端，所以DC/DC 全桥变换器及其相关的控制、驱动电路在静止端，反馈通过反馈绕组来实现；在旋转次级有整流滤波电路、SPWM 逆变控制电路和输出逆变电路，相关电路的供电由另一路次级的输出绕组提供。
值得一提的是，CRFT 的磁心形状为罐形，罐形磁芯是磁芯在外，铜线在内的结构，内部有专门与罐形磁芯匹配的塑料骨架供绕组缠绕。
罐形磁芯可以大大减小EMI 的产生，在相同的体积和重量内增加磁芯的有效横截面积，即传递较多的功率。
缺点是内部
线圈散热不良，温升容易过高。
在初级绕组中通入交变电流，交变电流通过初级绕组在变压器中产生交变磁场，交变磁场在变压器的次级感应出感生电流，能量便由初级传递到了次级。
2 CRFT 的应用电路
图2 示出CRFT 的应用主电路结构，它由DC/DC全桥变换器、非接触式旋转高频变压器、SPWM 逆变器和输出滤波器组成[2]。
逆变器的主要结构为单向电压型高频链逆变器，其直流变换和逆变部分的控制相对独立，不需要同步。
这在初次级绕组没有任何物理接触的场合无疑是一个非常重要的优点。
图2 主电路结构图
单向电压源高频环节逆变器具有单向功率流、三级功率变换（DC-HFAC-DC-LFAC）的特点，缺点是：功率变换环节较多，导致变换效率不高，特别是HFAC-DC 这一级需要的滤波电容和整流二极管随着输出功增大
体积明显增大，由于整流二极管需要缓冲电路，导致部分能量损失，使感性负载的驱动不佳。
逆变器采用SPWM 控制策略，具有电路拓扑简洁、所需滤波元件小等特点[3]。
整
4
个电源系统的直流输入电压为（28.5±3）V，交流输出为单相115 V/400 Hz。
图3 示出电源的系统结构。
图3 系统结构框图
输入的28.5 V 直流经过移相全桥DC/DC 变换之后，被升压到182 V，为下一级SPWM 逆变提供直流电压。
经过单相桥式逆变电路进行SPWM 逆变，以及输出LC 滤波，升压之后的直流电压被逆变为115 V/400 Hz 的单相交流电输出。
为了提高效率，减小电源在空间的电磁干扰辐射，移相全桥DC/DC 变换器采用了软开关技术[4]。
在增大开关频率、减小磁性元件重量和体积的同时，保证了效率和电磁兼容性的稳定。
旋转电路包括移相全桥DC/DC 变换器的整流电路、SPWM 逆变控制电路及逆变主电路、交流输出滤波电路和旋转部分的辅助电源电路。
其中，SPWM 逆变控制电路采用了数字控制方式，利用查表的方式来实现SPWM 触发脉冲的生成。
该电路具有独立的振荡源使得SPWM 的开关频率与DC/DC 变换的开关频率独立，容易实现载波比控制的输
出谐波消去。
3 实验分析
采用上述主电路结构和控制方式，研制了输出功率350 W，输出频率400 Hz，输出单相电压115 V，开关工作频率120 kHz 的原理样机。
该电源输出频率稳定、输出谐波含量少、输出额定功率下无明显发热。
旋转工况下电源输出有轻微抖动，电压调整率离设计要求有一定偏差，在改善初次级耦合状况后，问题得到了解决。
图4 示出电源各工作点的主要波形。
图4 实验波形
4 结论
实验表明，CRFT 应用在旋转机构电源中，除实现了机械上的无磨损、免维护以外，在电气性能上也继承了开关电源体积小、重量轻、功率密度大、效率高的优点。
可以预见，在不远的将来，基于旋转变压器的各种开关电源必将在各个领域崭露头角。
3
------------------------------------------------------------------- The Application of Rotary Transformer in the Power Supply
Abstract:A detailed introduction of the application of contactless rotary high frequency link transformer in the rotarymechanism power supply is given.To use the contactless rotary high frequency link transformer instead of carbon brushes which is traditionally and widely used，a longer life-span and higher reliability are achieved.The resonant technique is includedin order to eliminating the EMI due to power conversion，and the power supply to the rotary circuits is realized by a creative method.The practical test demonstrates its superiority to carbon brushes and slip rings.
Keywords: power supply / contactless rotary high frequency link transformer；rotary mechanism 参考文献:
[1] Thierry Bieler,Marc Perrottet,Valerie Nguyen,et al.ContactlessPower and Information
Transmission[J].IEEE Transon Industry Applications,2002,38（5）:9-11.
[2] 陈道炼.静止变流器[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005.
[3] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2000.
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[5] 方建军.光机电一体化系统接口技术[M].北京:化学工业出版社2007.7
[6] 龚捷.接口技术.[M]北京:化学工业出版社,2009.1
4。