旋转变压器在高速永磁同步电动机中的应用 看完
旋转变压器数字转换器AD2S1205在电机转子位置检测中的应用
敖 杰， 刘永 强
５ １ ０ ６ ４ ０ ） （ 华南理工大学电力学院 ， 广 东广 州
摘要 ： 文 中介 绍 了一种 永磁 同步 电 机 转 子 位 置 检 测 方 法 ， 使用 Ｄ Ｓ Ｐ的 并 口模 拟 Ｓ Ｐ Ｉ 读取 Ａ Ｄ ２ Ｓ １ ２ ０ ５转 换 的 位 置 信 息 。
Ａ Ｄ ２ Ｓ １ ２ ０ ５是 最新 的单芯片旋变数 字转换器 ， 将 旋转 变压 器输 出的模 拟信号 转化 为数 字信 号 。文 中阐述 了旋转 变压 器、 Ａ Ｄ ２ Ｓ １ ２ ０ ５的工作原理及 其信 号引脚 ， 结合 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｌ Ｆ ２ ４ ０ ６ Ａ， 给 出了一 种永磁 同步 电机 转子位 置检测的 通讯接 口方 法及
应用示例。
关键词 ： 旋 转变压器 ； Ｄ Ｓ Ｐ ； 数字转换 器； 永磁 同步电机 ； Ａ Ｄ ２ Ｓ １ ２ ０ ５ － － 中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ０ １ ． ２ ； Ｔ Ｍ ３ ５ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２—１ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５—０ ０ ２ ５— ０ ４
０ 引 言
文 中主要论述 了使用旋转 变压器及其转换器 Ａ Ｄ ２ Ｓ １ ２ ０ ５检
永磁同步电机旋转变压器解码算法优化设计
永磁同步电机旋转变压器解码算法优化设计马利娇，贾欣&,陈少华（北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京100192）摘要：针对旋转变压器解码电路误差对永磁同步电机（PMSM ）转子位置检测精度的影响，深入分析了解码电路工作 ，基 度/速度观测器， 了 高精度快响应的旋转变压器信 方法。
电路采用低电压运放MCA33202对旋变输出正弦和余弦信号进行解码，基于解码后的估算角度构建了单位反馈闭环系 ，优化了解码电路关键器，提高了 PMSM 转子位置检测精度。
通1台2.5 kW 高速PMSM 了该的有效 。
关键词：永磁同步电机；旋转变压器；观测器；解码电路；位置检测精度中图分类号：TM 341文献标志码：A文章编号：1673-6540（2021）02-0031-05doi ： 1052177/emca.2020.187Optimal Design of Resolver Decoding Algorithm for Permanent MagnetSynchronous Motor *收稿日期：2020-11-02；收到修改稿日期：2020-12-E4*基金项目：国家自然科学基金项目（62003047）；北京市委组织部骨干人才项目（2018000020124+103） 作者简介：马利娇（1995-），女,硕士研究生,研究方向为永磁电机控制’陈少华（1985-），男，博士,副教授，研究方向为高速电机控制、高效电力变换’（通信作者）MA Lijiao ， JIA Xinyu ， CHEN Shaohua(School of Instrument Scienca and Opto-Electronica Engineering ，Beijing InformationScienca & Technology University ，Beijing 100192，China)Abstrach : The erroo of resolves decoding circuit has effect on the rotoo position detection accuracy of permanent magnet synchronous motoe ( PMSM). In ordee to reducc tie inOuencc ，the principle of decoding circuit ir analyzed.A decoding circuit with the advantaaes of high precision and fast response is proposed. The low voVage operationaVamplifier MCA33202 is used t 。
旋转变压器在高速永磁同步电动机中的应用
旋转变压器在高速永磁同步电动机中的应用
黄科元;董恒;黄守道
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2008(036)002
【摘要】介绍一种用于高速永磁同步电动机控制的转子位置检测方法,该方法采用旋转变压器/数字转换器AU6802N1,将旋转变压器输出的模拟信号转化为数字位置信号.设计了AU6802N1与旋转变压器和TMS320F2812之间的接口电路,并提出了一种具有较强容错性的位置信号数字处理方法.试验表明,该方案能够准确地实现电机位置和速度的检测.
【总页数】3页(P10-11,37)
【作者】黄科元;董恒;黄守道
【作者单位】湖南大学,湖南长沙,410082;湖南大学,湖南长沙,410082;湖南大学,湖南长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM341;TM383.2
【相关文献】
1.浅析永磁同步电动机控制系统在高速电梯中的应用 [J], 郑凌敏
2.新型永磁同步电机控制用旋转变压器/数字转换器及其应用 [J], 崔军;温旭辉;张立伟
3.基于旋转变压器的高速无刷电动机换相控制研究 [J], 李朋;周军;高智刚;周凤岐
4.旋转变压器在永磁同步电机控制系统中的应用 [J], 陈继华
5.新型永磁同步电机控制用旋转变压器/数字转换器及其应用 [J], 崔军;温旭辉;张立伟
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电机中旋转变压器的作用
电机中旋转变压器的作用
电机中旋转变压器的作用
电机是一种将电能转换为机械能的设备，它由电源、转子、定子和控
制系统等组成。
其中，转子是电机的核心部件，它通过旋转产生机械能。
而旋转变压器则是电机中的一个重要组成部分，它的作用是将电
能转换为磁能，从而实现电机的旋转。
旋转变压器是一种特殊的变压器，它的结构与普通变压器类似，但是
它的一端固定在电机的定子上，另一端则随着转子的旋转而旋转。
旋
转变压器的主要作用是将电源提供的交流电转换为旋转磁场，从而驱
动电机的旋转。
旋转变压器的工作原理是利用电磁感应的原理，当电源提供交流电时，旋转变压器的一端会产生旋转磁场，这个旋转磁场会穿过电机的转子，从而产生电动势，驱动电机的旋转。
旋转变压器的另一端则通过电刷
和集电环与电源相连，从而实现电能的传输。
旋转变压器的优点是可以实现高效的能量转换，同时还可以实现电机
的可控性。
通过调节旋转变压器的参数，可以实现电机的转速控制，
从而满足不同的工作需求。
此外，旋转变压器还可以实现电机的反向
旋转，从而实现电机的正反转换。
总之，旋转变压器是电机中不可或缺的组成部分，它的作用是将电能转换为旋转磁场，从而驱动电机的旋转。
旋转变压器具有高效能量转换、可控性强、反向旋转等优点，是电机控制系统中不可或缺的重要组成部分。
永磁同步电机旋转变压器工作原理
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AD2S1205在永磁同步电机驱动系统中的应用
旋 转 变压 器 的输 出是 两 路正 交 的 Ｓ 信 号和 Ｃ Ｉ Ｎ ＯＳ信 号 ， 别 引 入 ＡＤ Ｓ ２ ５的 引 脚 ３ ， ８ｓ ．Ｉ Ｌ ） 引 脚 分 ２ １０ ７ ３ （Ｉ Ｓ Ｏ 与 Ｎ Ｎ ４ ，ｏｃ ． Ｏ Ｌ ） 图 ４是 接 收 旋 转 变 压 器 信 号 的 处 理 电 １ ４ （ ｏｓＣ Ｓ Ｏ 。
为 了 给 旋 转 变 压 器 的 励 磁 绕 组 提 供 满 足 要 求 的 高 品 质 正 弦 波 励 磁 信 号 ， 时 使 所 接 收 到 的 旋 转 变 压 器 正 ／ 弦 信 同 余 号 能 够 满 足 Ａ Ｓ ２ ５芯 片 对 输 入 信 号 幅 值 与 相 位 的 要 求 ， Ｄ２ １０
或 ２ Ｈｚ ０ｋ 。
统 中 ， 为 串 行 通 信 的 速 度 已 经 够 用 ， 了 节 省 ＭＣ 的 引 因 为 Ｕ
脚 资源 ， 将引脚 ６ Ｓ Ｅ 拉低接地 ， （Ｏ ） 采用 了串行通信 。在 串行 通 信 ＳＩ Ｐ 模块 中， 引脚 ２Ｒ 和 引脚 ３（ ｓ 对应 边缘触 发 的 （ Ｄ） ｃ）
‘
，
置 ｙ ｓ
ｓ．
励 磁绕组
输出绕 组
图 １ 旋 转 变压 器 原理 图
假 设 原 边 输 入 电压 为 ：
ＵＲ ＝ Ｕｍ ｉ ２￣ｆ ｌ ｓｎ ｌ
命长 、 对机 械和 电气 噪声 不敏 感 ， 腐蚀 、 高温 和 易实现 耐 耐 高速位 置检 测的优 点 ，非常适 合需要 快速响 应和抗 冲要 求 高 的调 速系统 。但是 ， 旋转变压 器需要＃ ￣ 励 磁信号作 为输 ＩＨ － 入信 号 ， 输 出为含 位置 信息 的模 拟信 号［ 因此 必须 将模 其 １ ］ ， 拟位 置信号转换 成数字 信号 ，才 可输入 到单片机或 Ｄ Ｐ等 Ｓ 控制芯 片。 系统使用 Ａ ａ ｇＤ ｖｃｓ 司的旋转变压器解 本 ｎｌ ｅｉ 公 ｏ ｅ
永磁同步电机旋转变压器的作用
永磁同步电机旋转变压器的作用
1.变压变频功能：永磁同步电机旋转变压器可以通过改变输入电压的
大小和频率，从而实现电机的变速和调速功能。
通过控制旋转变压器输出
电压的大小和频率，可以改变电机的转速和转矩，以适应不同负载的要求。
2.调节电机输出电压：永磁同步电机旋转变压器可以根据不同的工作
要求，调节电机输出电压的大小，以满足不同负载对电机的需求。
在需要
降低电机输出电压的情况下，旋转变压器可以通过降低输入电压来实现；
在需要提高电机输出电压的情况下，旋转变压器可以通过提高输入电压来
实现。
3.防止过压和欠压：永磁同步电机旋转变压器能够根据电机的负载变化，及时调节电机输出电压，以防止因过压或欠压而对电机造成损坏。
旋
转变压器通过监测电机的负载情况，自动调整输出电压的大小，以保持电
机的正常工作状态。
4.提高系统的效率：永磁同步电机旋转变压器可以根据电机负载的需求，调整电机输出电压的大小，从而提高电机的效率。
通过合理调整电机
的输出电压，可以避免电机过劳工作或者负载过小的情况，以提高系统的
整体效率。
5.提高电机的可靠性和稳定性：永磁同步电机旋转变压器能够根据电
机的工作状态，及时调整电机的输出电压，以保持电机运行的稳定性和可
靠性。
旋转变压器通过监测电机的运行情况，自动调整输出电压，以保持
电机的正常工作状态，并避免电机因输出电压的不稳定而引发故障。
综上所述，永磁同步电机旋转变压器主要作用是实现电机的变速与调速功能，并通过调节输出电压的大小来适应不同负载的要求，提高系统的效率、可靠性和稳定性。
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。
新型永磁同步电机控制用旋转变压器_数字转换器及其应用 (1)
新型永磁同步电机控制用旋转变压器 数字转换器及其应用崔军1,2 温旭辉1,2 张立伟1,21.中国科学院电工研究所2.中国科学院研究生院 摘要:介绍了一种用于永磁同步电机控制的转子位置检测方法。
该方法采用了新型旋转变压器 数字转换器AD2S1200,将旋转变压器输出的模拟信号转化为数字信号。
分析了AD2S1200的工作原理,给出了与TM S320L F2407A的通讯接口方法及程序示例。
关键词:旋转变压器 数字转换器 永磁同步电机 转子位置检测Appl ica tion of a Novel Resolver-d ig ita l Converteri n P M S M Con trol Syste mCu i Jun W en Xuhu i Zhang L i w eiAbstract:T h is paper introduces a m ethod of ro to r po siti on detecti on in PM S M(perm anent m agnet syn2 ch ronous mo to r)contro l system.T h is m ethod transfo rm s analog signals of reso lver to digital signals using a novel reso lver2digital converter AD2S1200.W o rk ing p rinci p le of AD2S1200is analyzed and a p ractical comm u2 nicati on interface so luti on of hardw are and softw are betw een AD2S1200and TM S320L F2407A is described in details.Keywords:reso lver2digital converter perm anent m agnet synch ronous mo to r(PM S M) ro to r po siti on de2 tecti on1 引言永磁同步电机由于其功率密度大、效率高、转矩稳定、响应速度快等特点在电动汽车驱动系统中得到了广泛应用。
旋转变压器的应用
19
上海赢双电机有限公司
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。
4
4ห้องสมุดไป่ตู้5
5
5.5
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6.5
上海赢双电机有限公司
上海赢双电机有限公司
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
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摘要:介绍一种用于高速永磁同步电动机控制的转子位置检测方法,该方法采用旋转变压器/数字转换器AU6802N1,将旋转变压器输出的模拟信号转化为数字位置信号。
设计了AU6802N1与旋转变压器和TMS320F2812之间的接口电路,并提出了一种具有较强容错性的位置信号数字处理方法，试验表明,该方案能够准确地实现电机位置和速度的检测。
关键词:旋转变压器，AU6802N1，接口电路，数字信号处理器
在采用磁场定向控制的永磁同步电动机调速系统中,需要实时地检测电机转子位置及转速,以实现转矩、速度的闭环控制。
通常的检测方法是使用光电编码器,而常用的正交光电编码器起动时需要一段时间进行转轴定位,而且抗冲击震动性差,因此在需要快速响应的高速运行且对抗震要求较高的场合,往往使用旋转变压器。
旋转变压器的输出是含位置信息的模拟信号,需要将其转换为数字信号才可输入到单片机或DSP等控制芯片。
本文采用多摩川公司的旋转变压器数字转换器AU6802N1将模拟位置信号转换成12位数字位置信号, 同时采用TMS320F2812作主控CPU,可满足系统对转子位置与速度信号实时快速检测和处理的要求。
实验表明该方案确实可行,并具有较高的控制精度。
1 旋转变压器的原理
本系统选用的无刷旋转变压器如图1所示。
经过无刷化设计,旋转变压器初级励磁绕组(R1-R2)和二相正交的次级感应绕组(S1-S3,S2-S4)同在定子侧,转子侧是与初级绕组和次级绕组磁通耦合的特殊结构的线圈绕组。
图1旋转变压器原理图
当旋转变压器转子随电机同步旋转、初级励磁绕组外加交流励磁电压后,次级两输出绕组中便会产生感应电势,大小为励磁与转子旋转角的正、余弦值的乘积。
旋转变压器输入输出关系如下:
ER1-R2=E0sinωt
ES1-S3=KER1-R2sinθ
ES2-S4=KER1-R2cosθ
式中:
E0——励磁最大幅值；
ω——励磁角频率；
K——旋转变压器变比；
θ——转子旋转角度。
2 基于AU6802N1的接口电路
2.1 旋转变压器与AU6802N1的接口电路
AU6802N1提供给旋转变压器的交流励磁电压由RSO-COM口输出,频率由引脚FSEL1和FSEL2设置,在图2的电路中励磁电压信号的频率设置为10kHz。
励磁电压的有效值通过双电源Booster放大电路进行调节。
该励磁电压信号又反馈回R1E -R2E端口,用于实现内部相位同步检测和断相检测。
旋转变压器产生的cos和sin 信号经过调理后分别由S3-S1和S4-S2端口进入解码芯片。
参数选择:V=15V, Ri=22kΩ, Rf=100kΩ, R1=R2=313kΩ, R3 =R4=4.7Ω, Rext=12Ω, RR1=RR2=313k Ω, RI1=20kΩ, RI2=200kΩ, RBH=68kΩ, RBL=20kΩ，Ci=0.1μF, Cf=200pF, Cn=100pF, Cc=1000pF。
图2 旋转变压器与AU6802N1接口电路
2. 2 AU6802N1与TMS320F2812的接口设计
本系统采用TMS320F2812作为主控CPU,用AU6802N1将旋转变压器输出的模拟位置信号(sin,cos)转换为并行的数字信号,然后由DSP将数字位置信号读入并进行处理。
AU6802N1有三种输出信号模式:脉冲接口模式、并行I/O接口模式和并行总线接口模式,这三种信号输出模式可以通过其芯片引脚OUTMD、CSB、RDB、INTB 的电平设置来设定。
脉冲接口模式是仿增量式光电编码器工作方式,输出正交编码脉冲,同时还可以输出磁极位置信号以及转速故障信号。
并行I/O接口模式就是并行输出绝对式位置信号的数字量。
另外,可编程SPI口也为其与DSP之间传输电机转子的位置信号提供了理想的接口,在上述三种模式下均可正常工作而不需要任何设置。
该芯片所提供的多种信号输出模式为用户的信号接口电路设计提供了更多的选择,可以实现不同的用途。
本系统中使用绝对式输出模式,绝对式输出为12位位置信号,分辨率60000r/min;而且可以输出方向信号和错误信号,外围电路简单,只需少许元件就可以完成解码工作,输出信号由电平转换芯片SN74ALVC164245完成AU6802N1输出5V电平到DSP输入3.3V电平的转换后直接与DSP的I/O口相连。
其接
口电路原理图如图3所示。
图3 AU6802N1与TMS320F2812的接口原理图
3 信号处理及实验结果
实验电机参数:额定转速6000r/min,功率42kW,极对数2对极; PWM采样频率为5kHz;旋转变压器励磁信号频率10 kHz,有效值7V。
由于干扰的存在,信号经过AU6802N1解码出来的数字角位置信号与实际电机轴角不一定吻合,旋转变压器解码芯片会有丢脉冲的现象,进而影响到转子角度的精确测量,从CCS2000软件的观测窗口中可以看到,在角度测量斜坡线上会出现数值突变的情况,如图4所示。
由于角度测量的误差,会导致电流冲击。
图4 信号处理前的角度斜坡线
为了克服角度测量误差,本系统采用了中位值滤波和微分限幅补值对位置信号进行了处理。
实现中位值滤波方法为: DSP每隔5μs连续读取位置角7次, 把7
次采样值按大小排列,取中间值(第4次)为本次的有效值。
该方法能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,但实验表明不能完全消除干扰。
因此对中位值滤波后的值进一步进行微分限幅补值处理,处理算法如下:
(1)根据实际测试和经验,确定相邻两次采样允许的最大偏差值(设为deltaM ) ;
(2)读取本次采样值A(n)和上次采样值A(n-1) ,计算两次值的偏差的绝对值deltaA =ABS(A(n)-A(n-1)) ;
(3)判断:如果deltaA≤deltaM,则A (n)有效;如果deltaA>deltaM,则本次值无效, A(n)=A(n-1)+deltaA(n-1) 。
本系统角度采样在每个PWM周期进行,采样时间间隔为200μs,相邻两次采样允许的最大偏差角度deltaM 设定为当前电机给定速度ωref在一个采样周期内角度的变化值的两倍,即:deltaM=2ωref Ts
转子数字角度的软件处理流程图如图5所示。
经中位值滤波和微分限幅补值处理后消除了因干扰产生的角度数值突变,如图6所示。
图5 软件处理流程图图6 信号处理后的角度斜坡线
实验给定转速6000r/min, IGBT上下桥臂死区时间设置为5μs,图7a为旋转变压器励磁波形；图7b为旋转变压器输出信号所示；图7c是电动机对应的电流波形；图7d是电机对应的线电压波形;经检测电动机的转速波动≤0.05%。
（a）旋转变压器励磁信号（b）旋转变压器输出正/余弦信号
4 结语
基于单片机的步进电动机控制系统运行平稳,抗干扰能力强,能够帮助激光投线仪自动搜索目标,用软件来产生脉冲分配,充分利用了单片机的引脚,节省了硬件资源。
利用外部中断来产生停机信号能够及时停机,准确对准目标。
实践证明, PIC单片机对直流电动机和步进电动机的控制能够起到很好的控制效果,为电机的广泛应用提供了平台。
步进电动机的恒流驱动虽然提高了电源效率,并且有效地抑制共振,但是电流波形为锯齿形,将会产生很大的噪声,特殊场合需要考虑其它步进电动机驱动方法。
参考文献
【1】李学海.PIC单片机实用教程(基础篇)[M].北京：北京航空航天出版社, 2002:91-93,213-219.
【2】王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：航空航天出版社,2002:200-202.。