旋轉變壓器正余弦繞組的確定方法

黃曉凡

(北京普利門電子科技有限公司，北京 100041)

0 引言

旋轉變壓器能夠給出永磁同步電動機或者無刷直流電動機轉子的位置信號，供電動機換相及位置控制時使用，它是一種重要的角度傳感器。旋轉變壓器在出廠后會有正弦繞組和余弦繞組的標記(在約定正向旋轉方向的情況下)。如果標記遺失，就需要確定正弦繞組和余弦繞組。目前，很少有文獻介紹其確定方法。本文針對正弦、余弦旋轉變壓器的工作原理，提出了一種簡單易行的確定方法。

1 旋轉變壓器工作原理

旋轉變壓器主要由定子和轉子2部分組成，定子上有激磁繞組，輸入激磁電壓U(t)(引出線端子U+，U－分別記為 E，F)，轉子上有正弦繞組和余弦繞組，分別輸出正弦輸出電壓Usin(引出線端子Usin+，Usin－分別記為 A，B)，余弦輸出電壓 Ucos(引出線端子 Ucos+，Ucos－分別記為 C，D)，3 個電壓信號的波形圖如圖1所示(也可以是轉子上為激磁繞組，定子上為正、余弦繞組，不影響分析結果)。

輸入激磁電壓U(t)=Um(2πft)，稱之為載波，為方便分析，本文中載波頻率定為f=500 Hz，幅值Um=20V，變比 K=1。

圖1 旋轉變壓器激磁信號電壓U(t)波形、正弦輸出電壓信號U sin波形和余弦輸出電壓信號U cos波形

旋轉變壓器在絕對參考系(本文使用東－北－地絕對參考系，當然，可以自己定義相對于北－東－地絕對參考系固定不變的其他絕對參考系)中安裝完畢后，在使用旋轉變壓器前，首先規定好絕對參考系下的正方向，以下假定逆時針為正方向(即旋轉變壓器轉軸角度增加的方向)，假定旋轉變壓器的零位與東方向重合(零位是指轉軸處于此位置時，正弦繞組輸出幅值為0而余弦繞組輸出幅值為正最大)，其結果如圖2所示。

圖2 絕對參考系中旋轉變壓器正弦輸出電壓U sin和余弦輸出電壓U cos的向量圖

當轉子由絕對零位按絕對正方向轉過θ時，輸出正、余弦電壓分別為［1－2］

一般來說，由式(1)、式(2)即可解得θ。如果利用上RDC電路(如AD2S1200)只需要將Usin正負端和Ucos正負端分別輸入到AD2S1200對應的sin，sinlo信號和cos，coslo信號引腳即可工作。本文主要研究正弦、余弦繞組即 Usin+，Usin－和 Ucos+，Ucos－的確定。

2 引論

將正弦繞組引出端子 A，B互換，即 UAB變成UBA，而余弦繞組引出端子C，D不變，則原來的余弦繞組就變為正弦繞組(即端子C為Usin+，端子D為Usin－)，而原來的正弦繞組就變為余弦繞組(即端子B為Ucos+，端子 A為 Ucos－)。此引論從圖3中易看出。

3 旋轉變壓器正余弦繞組的確定步驟

(1)量取4個引出點的電阻，可確定2組繞組:sin+(注意這是假定的 sin+，記為 A)，sin－(假定的sin－，記為 B)和 cos+(假定的 cos+，記為 C)，cos－(假定的cos－，記為D)。注意此步驟后既不能確定sin和cos繞組，也不能確定各繞組的+，－。

圖3 正弦繞組引出端子A，B互換后與互換前的旋轉變壓器輸出電壓的向量對比圖

(2)先假定 A對應 sin+，B對應 sin－，C對應cos+，D對應cos－。下面的假定是以這種假定為正確來進行分析。輸入激磁電壓U(t)，將A，B分別接示波器1通道CH1正、負端，C，D分別接示波器2通道CH2正、負端。

(3)按規定正方向慢慢用手轉動旋轉變壓器轉軸(不要求勻速)，觀察示波器1，2通道波形。

當旋轉變壓器轉軸位于絕對參考系I象限時，即90°＞θ＞0時，對應圖1中theta1區間。從圖1中也可以看出，示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是同相位的(注意是500Hz載波，而不是包絡波)。當旋轉變壓器轉軸位于絕對參考系II象限，即180°＞θ＞ 90°時，對應圖1中 theta2區間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是反相位的。當旋轉變壓器轉軸位于絕對參考系III象限，即270°＞θ＞ 180°時，對應圖1中theta3區間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是同相位的。當旋轉變壓器轉軸位于絕對參考系IV象限，即360°＞θ＞ 270°時，對應圖1中theta4區間。示波器上CH1波形UAB和CH2波形UCD的載波是反相位的。從圖2、圖3可以看出，當UAB的包絡波(注意不是500 Hz載波)幅值過0后且達到最大值之前，意味著旋轉變壓器轉軸位于I象限或者位于III象限。從上面分析可知，無論哪種狀態，此時示波器上Usin和Ucos的載波都是同相位的。以上是假定UAB是真實的正弦繞組輸出Usin得到的結論。如果UAB是真實的余弦繞組輸出Ucos，則按照上述分析可以得出下面結論:當UAB的包絡波幅值過0后且達到最大值之前，意味著旋轉變壓器轉軸位于II象限或者位于IV象限。無論哪種狀態，此時示波器上Usin和Ucos的載波都是反相位的。

(4)綜上所述，旋轉變壓器正余弦繞組的確定方法如下:按正方向用手轉動旋轉變壓器，使UAB載波的幅值過零后再調大一些，并且保證沒有達到最大值(這很容易用手微微轉動轉軸做到)，對比示波器CH1和CH2載波相位，如果同相，則A即sin+，B即 sin－，C 即 cos+，D 即 cos－;如果反相，由引論，則A 即cos－，B 即 cos+，C 即 sin+，D 即 sin－。

4 結束語

在規定完正轉向后，正弦、余弦旋轉變壓器的正弦繞組和余弦繞組就被確定了。一般來講，一個旋轉變壓器在出廠后會有正弦繞組和余弦繞組的標記。但是，如果標記遺失，就需要方法去確定正弦繞組和余弦繞組。本文提出的通過對比2路輸出電壓信號的相位關系來確定正弦繞組和余弦繞組的方法，簡單易行，科學合理，是一個很好的辦法。

［1］程明．微特電機及系統［M］．北京:中國電力出版社，2004．

［2］陸元九．慣性器件［M］．北京:宇航出版社，1990．