摘要: 介绍旋转变压器(简称旋变)分类、结构特点、工作原理和解码方法, 以及在各行各业中的应用,还有与其相关的工业设备(SMARTCAM)的应用特点。
关键词: 旋转变压器,SMARTCODER,SMARTCAM
旋转变压器
简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时,输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系,或保持某一比例关系,或在一定转角范围内与转角成线性关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输,也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。
按输出电压与转子转角间的函数关系,主要分三大类旋转变压器:
1.正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
2.线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。 线性旋转变压器
按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。
3.比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。 结构说明
由于我公司只销售日本多摩川公司的正余弦旋转变压器,所以在此介绍的旋转变压器皆为正余弦型的。 旋变由转子和定子绕组构成,并且两者相互独立,初级和次极线圈都绕在定子上,转子由两组相差90度线圈组成,采用无刷设计,如图1所示。 转子绕组 定子绕组
图1
图2是旋转变压器电气示意图。
ER1-R2
励磁电压
Ve
ES2-S4
图2
旋变的输入输出电压之间的具体函数关系如下所示:
设转子转动角度为θ,初级线圈电压(即励磁电压): ER1-R2=E*Sin2πft f:励磁频率, E:信号幅度
那么输出电压ES1-S3=K*E*Sin2πft*Cosθ; ES2-S4=K*E*Sin2πft*Sinθ K:传输比, θ:转子偏离原点的角度
令θ=ωt,即转子做匀速运动, 那么其输出信号的函数曲线可表示为图3所示,
图中信号频率为f,即励磁信号频率,最大幅度为E,包络信号为Sinωt和Cosωt,解码器就是通过检测这两组输出信号获取旋变位置信息的。
不难看出,励磁频率越高, 旋变解码精度也就越高, 而励磁电压幅度则对解码没有很明显的影响。只需达到一定的电压数值即可, 一般来讲3V~120%额定电压。 (旋变转子旋转角度)
电气角
解码
日本多摩川公司推出了自己的多款解码芯片,其原理都基本相同,如图4所示, 解码芯片原理框图中如果图中Vsr=0, 那么θm=θrd. 即可解码出转子转角。 乘法器
SIN COS D/A
θrd
相敏解 调器 积分器 压控振 荡器
VSR=kE1sinωt*sin(θm-θrd) 1相励磁,两相出力
Vsr=kEsinωt(sinθm*cosθRD-cosθm*sinθrd)
=kEsinωt*sin(θm-θrd)
鉴相器 解调出θrd
kE1sinωt*sinθm kE1sinωt*cosθm θm
励磁回路
乘法器
图4
解码芯片输出方式有增量式输出和绝对式输出, 增量式输出时分辨率为1024C/T(C:脉冲数, T:一圈),绝对式输出输出位数为12位。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。
日本多摩川公司先后推出的几款名为SMARTCODER的解码芯片, 早期的有AU6802,AU6802N1,以及最近的AU6803等。
此外, 旋变和多摩川的SMARTCAM配合可以模拟机械凸轮的运动控制,可以用于取代粗糙笨重的机械凸轮。成为工业控制中高效而又廉价的控制工具。
针对多摩川旋变我公司已经开发出解码板(即所谓的R/D转换板),能同时解码出增量式信号和绝对式信号,配合旋变,可以象使用编码器一样在变频以及SEVO系统中使用, 欢迎各位来电咨询或洽谈购买。 至于具体的解码电路就不在此介绍,读者朋友可以在相关的网站上搜索到芯片资料和相关的应用电路, 如有疑问也可以直接拨打我公司电话咨询。 特征
由于旋转变压器本身的结构特点,所以具有耐恶劣环境的能力,具体参数如下:
温度范围: -55℃~155℃
振 动: 196m/s²(20G)10~500Hz
冲 击: 981 m/s² (100G)10ms 湿 度: 90% Rh Min. at60℃ 转 速: 100~500RPS
此外, 旋转变压器采用无刷设计, 所以维护方便, 使用可靠,寿命长, 对机械和电气噪音不敏感。 由于旋变以上特点, 所以被广泛应用在航空、航天、雷达、坦克和地炮火控等军事装备,也可用于数控机床和机器人等民用SEVO控制系统和机器人系统、机械工具、 汽车、电力、冶金、纺织、印刷等领域。 应用
在伺服系统中,往往需要实时地检测出电机转子的位置,包括转子的绝对位置和增量式位置,同时还需检测出电机的速度,以实现对电机的转矩、速度、及其驱动的机构的位置的高精度控制。在电机转子位置的检测中,旋转变压器由于其具有坚固耐用,能够提供高精度的位置信息等突出优点,而获得越来越广泛的应用。
但是由于旋转变压器的输出是包含着位置信息的模拟信号,需对其处理并将其转化成对应的包含着位置信息的数字量,才能与单片机或DSP等控制芯片接口。这就需要设计相应的信号转换电路或者使用专用的旋转变压器-数字转换器来实现。而多摩川所提供的AU6802N1系列解码芯片能很好的解决这个问题,它能同时输出绝对式信号和增量式信号,因此在伺服系统中获得了广泛的应用。
在纺织行业中,由于环境因素,容易产生严重的静电,普通编码器很容易在此类环境中损坏,而旋转变压器由于本身的结构特点, 而具有很强的抵抗静电的能力。所以如果采用旋转变压器则可以很好的解决这个问题。
此外, 在其他各行各业, 旋转变压器都可代替编码器而获得广泛应用。比如在冶金,水利水电,自动化设备,印刷,电梯等都可应用。
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