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    科技創新

    旋變調零技術介紹與方法

    旋變調零的意義

    永磁同步電機一般會安裝旋轉變壓器用于速度閉環控制,旋轉變壓器簡稱為旋變,它分為磁阻型、有刷轉子繞線型、無刷轉子繞線型、雙通道型等多種系列,簡單可以理解為:旋變是一種模擬量輸出的角度傳感器,他需要與旋變解碼配合共同得到所需測量的角度。

          永磁伺服電機使用旋變等角度傳感器的原因是為了進行矢量控制,讓定子繞組產生的電磁場始終與轉子永磁場正交,從而得到最佳的輸出效果。要達到這一特性,需要準確得到當前電機的轉子位置狀態。

         要想達到這個目的,就有兩個非常重要的參數指標需要控制:1、旋轉變壓器角度零位與電機轉子零位的偏差角度;2、旋轉變壓器安裝后的角度偏差,即旋變的“綜合電氣誤差”。

    比如:假設旋轉變壓器零位與電機零位偏差是+30′,旋轉變壓器的電氣誤差是±25分,旋轉變壓器解碼板的誤差是±10′,那么在0~360度范圍內,旋變對電機轉子實際位置表達的偏差為:-5′~+65′。

    旋變零位偏差測量的方法

    零位偏差目前主要的測量方法有三種:

    旋變零位偏差測量方法一:靜態測量

    靜態測量零位偏差是國內應用最廣的一種方式,它只需要一臺直流電源和一個旋變的解算裝置即可對零。通常的做法是:先對電機繞組通一低壓直流電,U相接正,V相或VW相接負,此時電機轉子會被拉倒一個固定位置。比如:UVW接法時轉子理論電角度為0°,讀取此時旋變解算角度值就是旋變與電機的零位偏差。

    優點:

    設備簡單成本低,僅需一臺低壓恒流源給電機通電和一臺旋變解碼裝置顯示旋變角度值即可調零。

    運行工況靜止、安全,可以連續調節,操作簡潔。

    缺點:

    靜態測量假定了電機三相繞組平衡,通電后處于固定位置。實際上因為齒槽力矩、摩擦力、兩相電流不平衡等因素,會導致電機轉子停在零位的位置出現偏差,并且該偏差難以被測量和感知。這導致靜態測量的實際零位偏差測試精度并不高,最大偏差在0.5°~2°之間。


    解決方案:

    零位靜態測試偏差主要由兩部分組成:

    1、隨機誤差:因為摩擦力矩和轉子慣量的存在,從不同的轉子位置通電,最終轉子停下的位置有一定隨機性,該隨機誤差可以通過加大給電機的直流供電電流來降低,但調零時電機冷卻裝置往往并不工作,因此需考慮電機在此狀態下能夠承受的電流值,避免造成電機燒毀。

    2、固定偏差:如果流經電機UV、UW的電流不平衡,就會造成電機轉子停下位置出現一個固定偏差。這個偏差除了因為電機三相繞組不平衡外,更總要的影響量是因為U、W相的動力電纜直流電阻不一致和測試夾的接觸電阻不一致造成。因為電機繞組的直流電阻很小,所以哪怕數毫歐的接觸電阻偏差,也會造成流經UV和UW兩相電流的重大偏差。目前已有調零系統重視了該問題,比如Resolver Analyzer Pro旋變調零分析儀的2019款中,已增加了電流監測功能,可以有效避免靜態測試中因為電流不平衡造成的測量誤差。

    旋變零位偏差測量方案二:動態測量

    動態測量是通過反電動勢波形可以正確反應電機轉子位置狀態的原理,在被試電機旋轉發電狀態下測量出電機轉子零位與旋變的角度偏差。通常有慣性法和對拖法兩種辦法。

    1、慣性法:是驅動被試電機到一定轉速,后撤去驅動電壓,利用電機慣性運轉完成測量。

    2、對拖法:是用另外一電機驅動被試電機處于發電狀態,測量反電動勢電壓。

    優點:

    電機轉子位置測量精度高,因此零位偏差測量精度比靜態高一個數量級,可到達分級別。

    缺點:

    動態測量需要被測電機處于發電狀態。

    旋變零位偏差測量方案三:自學習

    自學習是控制器具備旋變零位自學習的功能。該功能需要控制器軟硬件的支持,主流有三種方案:一是靜態測量即給電機繞組通直流電確定電機轉子位置狀態;二是動態測量即反電勢測量原理,三是往電機繞組注入高頻電壓或電流測量電機轉子狀態。

    由于第一種技術需要電機處于自由軸狀態,第二種技術需要電機慣性運轉,因此往往只能在未與負載連接的狀態下完成調零。第三種技術可用于電機無位置傳感器控制,可以在任意裝配狀態下完成零位測量。

    自學習通常與軟件補償聯合使用,無需調節旋變定子即可完成調零過程。

    優點:

    無需外部調零設備即可完成零位測量。

    缺點:

    需要特定的控制器,方法一和方法二需要特定運行工況,往往只能將電機與負載分離后才能進行。



    實際測試中,首先使用方法一進行靜態旋變調零測試和旋轉變壓器安裝,安裝完成后再進行方法三的動態測試,動態辨識以讀取旋變位置是否符合設計要求。

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