新能源汽車電機旋轉變壓器應用淺析

崔春寶1. 高冰卉2.1.湖南省耐為數控技術有限公司；2.中國水利水電第八工程局有限公司

新能源汽車電機旋轉變壓器應用淺析

崔春寶1. 高冰卉2.
1.湖南省耐為數控技術有限公司；2.中國水利水電第八工程局有限公司

驅動電機作為電動汽車核心零部件之一，其各功能是否正常直接影響整個系統的工作和安全。旋轉變壓器以耐熱、耐振、耐沖擊、耐油污，甚至耐腐蝕等惡劣工作環境的適應能力被電動汽車電機廣泛采用。本文中，介紹了旋轉變壓器的原理和特點，以及在新能源汽車上的應用及檢測方法。

新能源汽車 速度信號 旋轉變壓器

前言

隨著人們對“低碳”和能源問題的廣泛關注，電動汽車以“零排放、高環保”的環保優勢得到了快速發展。而我國新能源汽車技術和產業化在國家的大力支持下達到了世界頂尖水平，目前，新能源汽車所搭載電機類型多為交流電機，而永磁同步電機所占比例達到77%以上，三相異步電機所占比例逐漸減少，永磁電機特性就決定了驅動電機控制器對速度反饋單元有較高要求，因此，新能源汽車搭載電機在設計時多采用對環境適應能力強的旋轉變壓器。

一、旋轉變壓器結構和原理

（一）旋轉變壓器結構

旋轉變壓器主要有正余弦旋轉變壓器和線性旋轉變壓器兩種。正余弦旋轉變壓器主要用于要求坐標變換、三角運算的場合，線性旋轉變壓器主要用于要求將轉角轉換成電信號的場合。因此，電動汽車電機采用旋轉變壓器為正余弦旋轉變壓器。旋轉變壓器分為定子和轉子兩大部分，一般制成兩極電機。定、轉子鐵心采用高導磁率的軟磁材料或硅鋼片疊成。定、轉子鐵心的槽中均嵌有在空間位置上互差90°電角度、參數完全相同的兩套繞組。

（二）正余弦旋轉變壓器原理

正余弦旋轉變壓器的轉子輸出電壓與轉子轉角呈正弦或余弦關系，它可用于坐標變換、三角運算、角度數字轉換等場合。定子繞組施以交流勵磁電壓，建立磁通勢產生脈振磁場，轉子繞組產生余弦、正弦電壓。

旋轉變壓器在使用過程中為了使正余弦旋轉變壓器負載時的輸出電壓不畸變，仍是轉角的正余弦函數，則要求轉子正余弦繞組的負載阻抗相等，將定子上的另一補償繞組短接，以補償由于負載電流引起的畸變磁通勢。

二、旋轉變壓器應用

（一）旋轉變壓器應用趨勢

除了傳統的、要求可靠性高的軍用、航空航天領域之外，旋轉變壓器的應用在工業、交通以及民用領域也得到了廣泛的應用。特別應該提出的是，近年來，隨著工業自動化水平的提高，以及節能減排的要求越來越高，效率高、節能顯著的永磁交流電動機的應用，越來越廣泛，目前電動汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉變壓器。

（二）永磁電機旋轉變壓器應用分析

電動汽車中永磁同步電機控制方式為矢量控制，因而旋轉變壓器的在電機運行過程中需實時反饋電機轉子位置和轉速，唯一目的就是要使驅動電機控制器達成矢量控制的目標，驅動電機控制器進行使d軸勵磁分量和q軸出力分量解耦，令永磁交流電機定子繞組產生的電磁場始終正交于轉子永磁場，從而獲得最佳的出力效果，即“類直流特性”，這種控制方法也被稱為磁場定向控制（FOC），達成FOC控制目標的外在表現就是永磁交流伺服電機的“相電流”波形始終與“相反電勢”波形保持一致。

三、電機出廠檢測

電動汽車驅動電機控制器對同一型號電機應具有兼容匹配性，這就要求驅動電機控制器默認旋轉變壓器初始角度與電機旋轉變壓器實際角度一致，這就要求每臺電機在出廠時必須進行“調零”，一般控制器與電機廠家規定初始角度為0°，目前各廠家調零方式不一，但原理均是令永磁交流電機定子繞組產生的電磁場始終正交于轉子永磁場，常用變與伺服電機電角度相位的對齊方法如下：1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入V出；

2.用示波器觀察旋變的SIN線圈的信號引線輸出；

3.依據操作的方便程度，調整電機軸上的旋變轉子與電機軸的相對位置，或者旋變定子與電機外殼的相對位置；

4.一邊調整，一邊觀察旋變SIN信號的包絡，一直調整到信號包絡的幅值完全歸零，鎖定旋變。

撤掉直流電源，進行對齊驗證：

1.用示波器觀察旋變的SIN信號和電機的UV線反電勢波形；

2.轉動電機軸，驗證旋變的SIN信號包絡過零點與電機的UV線反電勢波形由低到高的過零點重合。此時SIN信號包絡的過零點與電機電角度相位的-30度點對齊。

四、結語

新能源電動汽車的快速發展，對節能、高效提出了更高的要求，使得永磁同步電機在電動汽車中的應用越來越重要，旋轉編碼器作為普遍采用的速度反饋信號單元，得到了更廣泛的發展和應用，此次主要從旋轉變壓器的結構、原理方面進行了介紹，結合原理介紹了電機出廠時旋轉編碼器調零和復檢的方法。

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崔春寶（1986-），男，漢族，河北省遵化市，2010年畢業于安徽工程大學自動化專業，現供職于湖南省耐為數控技術有限公司，初級電氣工程師，工學學士學位，研究方向：電氣自動化；高冰卉（1990-），女，2011年畢業于安徽工程大學自動化專業，中級電氣工程師，工學學士學位，現供職：中國水利水電第八工程局有限公司。