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电动汽车旋转变压器的调零包含电机与旋变零位偏差角度的测量和零位偏差角度的调节两个核心步骤。零位则是指旋转变压器与电机转子之间的相对位置关系。
零位偏差角度的测量:静态测量:通过给电机绕组通以低压直流电,在电机转子处于特定位置时,利用解算装置读取旋变的角度值,确定零位偏差。这种方法适用于电机处于自由轴状态,操作简单,设备成本低廉,但精度有限。动态测量:基于反电动势波形,通过电机旋转发电状态下的测量来反映电机转子与旋变的角度偏差。这种方法需要电机的惯性运转。自学习方案:依赖于控制器软件的自适应能力,能够自动学习并补偿零位偏差,无需额外硬件调整。自学习方法可在电机无位置传感器控制的情况下完成零位测量,通常与软件补偿结合使用。
零位偏差角度的调节:硬件调整:涉及对旋变定子或转子进行微调,以达到正确的零位。软件补偿:通过将偏差角度写入控制器中,实现自动补偿。这种方法无需对硬件进行调整,具有较高的灵活性和精度。
在实际应用中,整车厂家会根据成本、精度、可维护性以及对控制器故障率的影响等因素,综合考虑选择合适的调零方案和零位偏差角度的调节方式。
一、旋转变压器的发展
旋转变压器用于运动伺服控制系统中,作为角度位置的传感和测量用。早期的旋转变压器用于计算解答装置中,作为模拟计算机中的主要组成部分之一。其输出,是随转子转角作某种函数变化的电气信号,通常是正弦、余弦、线性等。这些函数是最常见的,也是容易实现的。在对绕组做专门设计时,也可产生某些特殊函数的电气输出。但这样的函数只用于特殊的场合,不是通用的。60年代起,旋转变压器逐渐用于伺服系统,作为角度信号的产生和检测元件。三线的三相的自整角机,早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。所以作为角度信号传输的旋转变压器,有时被称作四线自整角机。随着电子技术和数字计算技术的发展,数字式计算机早已代替了模拟式计算机。所以实际上,旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度,所以旋转变压器应用的更广泛。特别是,在高精度的双通道、双速系统中,广泛应用的多极电气元件,原来采用的是多极自整角机,现在基本上都是采用多极旋转变压器。旋转变压器是目前国内的专业名称,简称“旋变”。
俄文里称作“ВращающийсяТрансформатор”,词义就是“旋转变压器”。英文名字叫“resolver”,根据词义,有人把它称作为“解算器”或“分解器”。
作为角度位置传感元件,常用的有这样几种:光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。由于制作和精度的缘故,磁性编码器没有其他两种普及。光学编码器的输出信号是脉冲,由于是天然的数字量,数据处理比较方便,因而得到了很好的应用。早期的旋转变压器,由于信号处理电路比较复杂,价格比较贵的原因,应用受到了限制。因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性,以及具有足够高的精度,在许多场合有着不可代替的地位,特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。随着电子工业的发展,电子元器件集成化程度的提高,元器件的价格大大下降;另外,信号处理技术的进步,旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠,价格也大大下降。而且,又出现了软件解码的信号处理,使得信号处理问题变得更加灵活、方便。这样,旋转变压器的应用得到了更大的发展,其优点得到了更大的体现。和光学编码器相比,旋转变压器有这样几点明显的优点:①无可比拟的可靠性,非常好的抗恶劣环境条件的能力;②可以运行在更高的转速下。(在输出12bit的信号下,允许电动机的转速可达60,000rpm。而光学编码器,由于光电器件的频响一般在200kHz以下,在12bit时,速度只能达到3,000rpm);③方便的绝对值信号数据输出。
二、旋转变压器的应用
旋转变压器的应用,近期发展很快。除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外,在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。特别应该提出的是,这些年来,随着工业自动化水平的提高,随着节能减排的要求越来越高,效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用,越来越广泛。而永磁交流电动机的位置传感器,原来是以光学编码器居多,但这些年来,却迅速地被旋转变压器代替。可以举几个明显的例子,在家电中,不论是冰箱、空调、还是洗衣机,目前都是向变频变速发展,采用的是正弦波控制的永磁交流电动机。目前各国都在非常重视的电动汽车中,电动汽车中所用的位置、速度传感器都是旋转变压器。例如,驱动用电动机和发电机的位置传感、电动助力方向盘电机的位置速度传感、燃气阀角度测量、真空室传送器角度位置测量等等,都是采用旋转变压器。在应用于塑压系统、纺织系统、冶金系统以及其他领域里,所应用的伺服系统中关键部件伺服电动机上,也是用旋转变压器作为位置速度传感器。旋转变压器的应用已经成为一种趋势。
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