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          磁阻式旋轉變壓器原理及應用

          • 瀏覽次數:5335次
          • 發布時間:2017/4/11 19:50:57
          • 作者:pl_yinhe

            磁阻式旋轉變壓器是一種利用氣隙磁阻變化而輸出信號變化的旋轉變壓器,是依據電磁感應原理,利用氣隙變化和磁阻變化,而使輸出繞組的感生電壓隨機械轉角作相應正弦或余弦變化的角度傳感元件。

          磁阻式旋轉變壓器簡介

            磁阻式旋轉變壓器是一種新型結構高精度角位置傳感器,具有結構簡單、工作可靠及適應高速運行等特點。

            磁阻式旋轉變壓器與傳統線繞式旋變原理的區別較大。傳統線繞式旋變的氣隙均勻,通過轉子信號繞組與定子激磁繞組之間的相對位置變化來計算轉子轉角位置變化。而磁阻式旋變的信號繞組和激磁繞組均固定在旋變的定子上,僅通過轉子凸極效應產生具有正弦軌跡的氣隙磁導變化,在信號繞組感應出正、余弦信號。

          磁阻式旋轉變壓器原理

          01磁阻式旋轉變壓器結構

            磁阻式旋變的結構與傳統的繞組式旋變不同之處在于:其勵磁繞組和輸出繞組均安置在定子鐵芯的槽中,轉子僅由帶齒的選片疊制而成,不放任何繞組,實現無接觸運行。定子沖片內圓沖制有若干大齒(也稱為極靴),每個大齒上又沖制若干等分小齒,繞組安放在大齒槽中。轉子外圓表面沖制有若干等分小齒,其數與極對數相等。輸出和輸入繞組均為集中繞制,其正余弦繞組的匝數按正弦規律變化。

          磁阻式旋轉變壓器

          圖1.磁阻式旋轉變壓器

          02磁阻式旋轉變壓器原理

            圖2為原理示意圖,其中畫出5個定子齒,4個轉子齒。定子槽內安置了逐槽反向串接的輸入繞組1-1,以及兩個間隔繞制反向串接的輸出繞組2-2和3-3。當轉子相對定子轉動時,空間的氣隙磁導發生變化,每轉過一個轉子齒距,氣隙磁導變化一個周期,轉過一周,則變化轉子齒數個周期。氣隙磁導的變化,導致輸入和輸出繞組之間互感的變化,輸出繞組感應的電勢亦發生變化。

          磁阻式旋轉變壓器原理示意圖

          圖2.磁阻式旋轉變壓器原理示意圖

            在電路設置上,旋變一般采用頻率為1~10kHz的正弦交流電源作為激磁信號,對旋變輸出的二相轉角位置調制信號進行處理,得到以電量形式表達的位置信號。其輸出電壓形式與傳統的正、余弦旋變相同。

          旋轉變壓器cos輸出信號 旋轉變壓器sin輸出信號

          旋轉變壓器cos輸出信號                                        旋轉變壓器sin輸出信號

            若激磁繞組的輸入信號電壓為:

            e1=E1msinωt。

            式中:E1m——激磁信號幅值;

            ω——激磁信號角頻率,ω=2πf。

            則正弦信號繞組和余弦信號繞組(二相正交繞組)的輸出信號電壓與轉子角位移θ的關系為:

            es=Esmcosθsinωt

            ec=Ecmsinθsinωt

            式中:Esm、Ecm——分別為輸出信號幅值。

            理想情況下應滿足:Esm=Ecm=Exm。

            由于加工工藝、模具制造和材料選擇等因素造成Esm和Ecm不等,稱為幅值誤差。對于多極磁阻式旋變,變比Kv=Exm/E1m不等于輸入、輸出繞組的匝數比,其值需要通過實際測量或有限元分析后修正。

          磁阻式旋轉變壓器特點及應用

            磁阻式旋轉變壓器由于沒有耦合變壓器、沒有電刷,無接觸結構,具有結構簡單、成本低、對環境要求不高、容易實現傳動系統一體化等特點,更適合用于電動機及數控系統的高精度控制。主要應用于汽車電子助力轉向EPS,電動汽車,礦山機械(井下運煤車、傳輸帶電機等),高鐵等領域。


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