旋转变压器的应用

1.上海赢双公司简介上海赢双电机有限公司是一家专业研发和生产各种型号旋转变压器技术企业。公司产品包括绕线式旋转变压器、磁阻式旋转变压器、双通道高精度旋变，另外我们还有数十种根据不同行业的客户的实际要求研制的特殊旋变。公司技术研究中心人员主要是由在机电研究所从事数十年电机研究行业专家、大学教授和年轻科技骨干构成。公司成立于2005年，一直坚持走产、学、道路；2006年10月上海赢双电机有限公司承担国家863项目；2007年上海赢双电机有限公司承担上海科委项目2项；2008年上海赢双电机有限公司取得国家发明专利号1项。2.旋转变压器原理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Numberofpolepair:1激磁电压：7V(rms)Inputvoltage:7V(rms)激磁频率：10kHzInputfrequency:10kHz输入阻抗：180Ω±15%Impedances:180Ω±15%变压比：0.5±5%Transformationratio:0.5±5%电气误差：≤±10′Max.electricalerror:±10′(WHT)(ORG)R31R(RED)S(BLU)S4S(YEL)23S(BLK)1θPrimarySideSecondarySide旋变输入输出波形（三对极，假设空间不变，时间变化）0123456721012sinfe()cosfe()reffe()旋变输出波形幅值连线（三对极，假设空间时间都变化）运动过程中输出的波形：包络线cosZ012i1()Z00-0.707-0.704-0.7-0.696-0.693-0.689-0.686-0.682-0.678-0.675-0.671-0.667-0.663-0.66-0.656-0.65200.511.522.533.544.555.566.510.500.51B(T)H(A/cm)cosZ0212i1()1()i1Z00sinZ0212i1()1()i1Z00上海赢双电机有限公司上海赢双电机有限公司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Numberofpolepair:2-12激磁电压：7V(rms)Inputvoltage:7V(rms)激磁频率：10kHzInputfrequency:10kHz输入阻抗：180Ω±15%Impedances:180Ω±15%变压比：0.286±10%Transformationratio:0.286±10%电气误差：≤±30′Max.electricalerror:±30′(WHT)(ORG)R31R(RED)S(BLU)S4S(YEL)23S(BLK)1θPrimarySideSecondarySide上海赢双电机有限公司上海赢双电机有限公司高精度双通道旋变双通道旋变现在最高精度可达5角秒3.常用的速度及位置传感器作为速度及位置传感元件，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。表1.1速度位置传感器（RotaryPositionSensor）技术分类优点缺点霍尔效应传感器小型封装、高精度、低功耗、由于信号等级低、读出电子设备必须靠近信号传导设备，需要考虑读出设备受超过其承受能力的温度和辐射影响。光学编码器增量式单价低，使用方便光敏传感器安装靠近编码器的光栅轮.不具备耐温性能和抗辐射性能、远距离传输成本高。正余弦式分辨率高、通用接口可靠性较差绝对式分辨率高、可绝对定位成本高，可靠性较差旋转变压器绕线式可靠性高，高精度、可绝对定位使用麻烦磁阻式可靠性最高，结构简单紧凑精度偏低，使用麻烦上海赢双电机有限公司4.旋转变压器的分类以及注意事项4.1旋转变压器的分类(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。上海赢双电机有限公司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、特点比较表1指出，有刷旋转变压器可以得到最小的电气误差、最大的精度。但是由于在结构上，存在着电的滑动接触，因此可靠性差；环形变压器型的旋变，也可达到高的精度，工艺性、结构情况、可靠性以及成本都比较好；磁阻式旋变的可靠性、工艺性、结构性以及成本都是最好的，但精度比其它两种低。出于可靠性的考虑，目前有刷的旋转变压器，基本上不被采用，而是采用无刷的旋转变压器。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好一般一般磁阻型低好大最好简单低上海赢双电机有限公司4.3旋转变压器的特征1.允许工作温度范围-55℃---+155℃，可根据用户的要求最高可以做到220℃2.防护等级高耐震动和冲击3.高旋转速度最高可以达到60000RPM4.高可靠性由于采用了和马达相似的结构，因此具有很高的可靠性。5.低成本通过减少元件数目大幅度的降低了旋变的成本。上海赢双电机有限公司4.4旋转变压器的安装混合动力汽车由电动机驱动时必须检测电动机的转速，应用旋变时需要将其转子安装在马达轴上检测其速度，当然也可以通过其他耦合方式检测。安装在电机内部时，由于马达内部的磁场会影响旋变本身的磁通量变化率，从而影响其解码精度，因此必须加装屏蔽罩。并且在旋变的输出线上套上屏蔽线，降低空间电磁干扰。采用这种安装方法将使旋变得到很好的保护，不会受到灰尘、油污等的影响，因此旋变使用寿命长，故障率低，是一种理想的使用方法。旋变的输出信号是连续变化的模拟信号，用户一般不能直接使用，需转换为数字信号方可。针对自己生产的旋变，我司已经推出了完整的解码板，可以支持多款旋变。解析度为1024C/T。5.旋转变压器的行业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。5.1旋转变压器在电动汽车电机以及EPS上面的应用5.1.1旋转变压器在电动汽车电机上面的应用混合动力汽车的动力系统以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。不管采用何种方式，在电动机参与传动时都需要速度反馈，控制器接收到速度反馈信号后控制电动机驱动机构将车速稳定在目标速度，也可以根据速度选择传动方式。常用的速度反馈元件有旋转编码器，霍尔速度传感器、旋转变压器（简称旋变）。从功能上来讲，三者都能完成速度反馈的功能，但是编码器由于码盘防护等级不高，容易震坏，虽然有较高的分辨率，但是维修频率高，从而影响整台车质量可靠性；霍尔速度传感器价格便宜、但是分辨率低，使得控制精度受到限制，而且霍尔元件长时间受热后磁性会减弱，所以使用寿命不长；旋转变压器由于转子和定子分离，无接触，而且采用无刷设计，所以有很高的防护等级，能耐高强度的震动，不怕水和油污，使用寿命可以长达数十年，另外采用专用的转换芯片解码，可以将旋变输出的模拟信号转换为数字信号，有和旋转编码器相当的解码精度。因此，做为混合动力汽车的速度反馈元件，旋变可以说一种比较理想的选择。上海赢双电机有限公司旋变凸极转子旋变定子19上海赢双电机有限公司旋变凸极转子旋变定子AccordPMSM组装图HONDA——ACCORD混合动力汽车HONDAIMA电机系统*EVALUATIONOF2005HONDAACCORDHYBRIDELECTRICDRIVESYSTEM，OAKRIDGENATIONALLABORATORY,2006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。5.2旋转变压器在塑料机械上面的应用旋转变压器在塑料机械上的应用主要以注塑机和塑料挤出机械为主，在注塑机上面主要是作为速度反馈元件，在塑料挤出机械上面主要是作为位置反馈元件，因为塑料机械设备上面环境非常恶劣，光编无法使用，但正好符合旋转变压器适应恶劣环境的特性。目前注塑机上面整个行业基本都在使用旋变，例如宁波海天集团、联塑等相关企业都在大面积使用旋变。5.3旋转变压器在纺织机械上面的应用5.3.1旋转变压器在袜机、织布机上面的应用旋转变压器在纺织机械上面，尤其以袜机为主，织布机、梳棉机上面也越来越大面积开始使用，主要是由于旋转变压器相比光电编码器有极大的优势，诸如抗震动、耐油污、寿命长等优点，特别适合纺织行业的S4工作制。目前浙江恒强、苏拉纺机、意达纺机、浙江奔特等相关单位，都已经大面积使用旋转变压器。5.4旋转变压器在油田电机、矿山电机上面的应用5.4.1旋转变压器在油田电机上面的应用旋转变压器在油田机械上的应用主要有抽油机电机、磕头机及钻头电机上作位置反馈元件，因为其环境较恶劣，有大孔径要求等，如江汉油田、胜利油田等。上海赢双电机有限公司5.4.2旋转变压器在矿山机械上面的应用旋转变压器在矿山机械上面的应用主要是井下运煤车、传输带电机等，一般以磁阻式旋变为主。5.5旋转变压器在风电变浆系统上面的应用旋转变压器主要