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旋变调零技术介绍与方法

发表时间:2020-02-05 21:07

旋变调零的意义

旋转变压器简称为旋变,它分为磁阻型、有刷转子绕线型、无刷转子绕线型、双通道型等多种系列,简单可以理解为:旋变是一种模拟量输出的角度传感器,他需要与旋变解码配合共同得到所需测量的角度。

      永磁伺服电机使用旋变等角度传感器的原因是为了进行矢量控制,让定子绕组产生的电磁场始终与转子永磁场正交,从而得到最佳的输出效果。要达到这一特性,需要准确得到当前电机的转子位置状态。

     要想达到这个目的,就有两个非常重要的参数指标需要控制:1、旋转变压器角度零位与电机转子零位的偏差角度;2、旋转变压器安装后的角度偏差,即旋变的“综合电气误差”。

比如:假设旋转变压器零位与电机零位偏差是+30′,旋转变压器的电气误差是±25分,旋转变压器解码板的误差是±10′,那么在0~360度范围内,旋变对电机转子实际位置表达的偏差为:-5′~+65′。

旋变零位偏差测量的方法

零位偏差目前主要的测量方法有三种:

旋变零位偏差测量方法一:静态测量

静态测量零位偏差是国内应用最广的一种方式,它只需要一台直流电源和一个旋变的解算装置即可对零。通常的做法是:先对电机绕组通一低压直流电,U相接正,V相或VW相接负,此时电机转子会被拉倒一个固定位置。比如:UVW接法时转子理论电角度为0°,读取此时旋变解算角度值就是旋变与电机的零位偏差。

优点:

设备简单成本低,仅需一台低压恒流源给电机通电和一台旋变解码装置显示旋变角度值即可调零。

运行工况静止、安全,可以连续调节,操作简洁。

缺点:

静态测量假定了电机三相绕组平衡,通电后处于固定位置。实际上因为齿槽力矩、摩擦力、两相电流不平衡等因素,会导致电机转子停在零位的位置出现偏差,并且该偏差难以被测量和感知。这导致静态测量的实际零位偏差测试精度并不高,最大偏差在0.5°~2°之间。

解决方案:

零位静态测试偏差主要由两部分组成:

1、随机误差:因为摩擦力矩和转子惯量的存在,从不同的转子位置通电,最终转子停下的位置有一定随机性,该随机误差可以通过加大给电机的直流供电电流来降低,但调零时电机冷却装置往往并不工作,因此需考虑电机在此状态下能够承受的电流值,避免造成电机烧毁。

2、固定偏差:如果流经电机UV、UW的电流不平衡,就会造成电机转子停下位置出现一个固定偏差。这个偏差除了因为电机三相绕组不平衡外,更总要的影响量是因为U、W相的动力电缆直流电阻不一致和测试夹的接触电阻不一致造成。因为电机绕组的直流电阻很小,所以哪怕数毫欧的接触电阻偏差,也会造成流经UV和UW两相电流的重大偏差。目前已有调零系统重视了该问题,比如Resolver Analyzer Pro旋变调零分析仪的2019款中,已增加了电流监测功能,可以有效避免静态测试中因为电流不平衡造成的测量误差。

旋变零位偏差测量方案二:动态测量

动态测量是通过反电动势波形可以正确反应电机转子位置状态的原理,在被试电机旋转发电状态下测量出电机转子零位与旋变的角度偏差。通常有惯性法和对拖法两种办法。

1、惯性法:是驱动被试电机到一定转速,后撤去驱动电压,利用电机惯性运转完成测量。

2、对拖法:是用另外一电机驱动被试电机处于发电状态,测量反电动势电压。

优点:

电机转子位置测量精度高,因此零位偏差测量精度比静态高一个数量级,可到达分级别。

缺点:

动态测量需要被测电机处于发电状态。

旋变零位偏差测量方案三:自学习

自学习是控制器具备旋变零位自学习的功能。该功能需要控制器软硬件的支持,主流有三种方案:一是静态测量即给电机绕组通直流电确定电机转子位置状态;二是动态测量即反电势测量原理,三是往电机绕组注入高频电压或电流测量电机转子状态。

由于第一种技术需要电机处于自由轴状态,第二种技术需要电机惯性运转,因此往往只能在未与负载连接的状态下完成调零。第三种技术可用于电机无位置传感器控制,可以在任意装配状态下完成零位测量。

自学习通常与软件补偿联合使用,无需调节旋变定子即可完成调零过程。

优点:

无需外部调零设备即可完成零位测量。

缺点:

需要特定的控制器,方法一和方法二需要特定运行工况,往往只能将电机与负载分离后才能进行。


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