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

新能源汽車電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用淺析

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

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車核心零部件之一，其各功能是否正常直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作和安全。旋轉(zhuǎn)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(huán)境的適應(yīng)能力被電動(dòng)汽車電機(jī)廣泛采用。本文中，介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器的原理和特點(diǎn)，以及在新能源汽車上的應(yīng)用及檢測(cè)方法。

新能源汽車 速度信號(hào) 旋轉(zhuǎn)變壓器

前言

隨著人們對(duì)“低碳”和能源問(wèn)題的廣泛關(guān)注，電動(dòng)汽車以“零排放、高環(huán)?！钡沫h(huán)保優(yōu)勢(shì)得到了快速發(fā)展。而我國(guó)新能源汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在國(guó)家的大力支持下達(dá)到了世界頂尖水平，目前，新能源汽車所搭載電機(jī)類型多為交流電機(jī)，而永磁同步電機(jī)所占比例達(dá)到77%以上，三相異步電機(jī)所占比例逐漸減少，永磁電機(jī)特性就決定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器對(duì)速度反饋單元有較高要求，因此，新能源汽車搭載電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)多采用對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)變壓器。

一、旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)和原理

（一）旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)

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

（二）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器原理

正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正弦或余弦關(guān)系，它可用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算、角度數(shù)字轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合。定子繞組施以交流勵(lì)磁電壓，建立磁通勢(shì)產(chǎn)生脈振磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生余弦、正弦電壓。

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

二、旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用

（一）旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用趨勢(shì)

除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領(lǐng)域之外，旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。特別應(yīng)該提出的是，近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，以及節(jié)能減排的要求越來(lái)越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，越來(lái)越廣泛，目前電動(dòng)汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器。

（二）永磁電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用分析

電動(dòng)汽車中永磁同步電機(jī)控制方式為矢量控制，因而旋轉(zhuǎn)變壓器的在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中需實(shí)時(shí)反饋電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，唯一目的就是要使驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器達(dá)成矢量控制的目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器進(jìn)行使d軸勵(lì)磁分量和q軸出力分量解耦，令永磁交流電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的電磁場(chǎng)始終正交于轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)，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(chǎng)定向控制（FOC），達(dá)成FOC控制目標(biāo)的外在表現(xiàn)就是永磁交流伺服電機(jī)的“相電流”波形始終與“相反電勢(shì)”波形保持一致。

三、電機(jī)出廠檢測(cè)

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器對(duì)同一型號(hào)電機(jī)應(yīng)具有兼容匹配性，這就要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器默認(rèn)旋轉(zhuǎn)變壓器初始角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)際角度一致，這就要求每臺(tái)電機(jī)在出廠時(shí)必須進(jìn)行“調(diào)零”，一般控制器與電機(jī)廠家規(guī)定初始角度為0°，目前各廠家調(diào)零方式不一，但原理均是令永磁交流電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的電磁場(chǎng)始終正交于轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)，常用變與伺服電機(jī)電角度相位的對(duì)齊方法如下：1.用一個(gè)直流電源給電機(jī)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(hào)引線輸出；

3.依據(jù)操作的方便程度，調(diào)整電機(jī)軸上的旋變轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸的相對(duì)位置，或者旋變定子與電機(jī)外殼的相對(duì)位置；

4.一邊調(diào)整，一邊觀察旋變SIN信號(hào)的包絡(luò)，一直調(diào)整到信號(hào)包絡(luò)的幅值完全歸零，鎖定旋變。

撤掉直流電源，進(jìn)行對(duì)齊驗(yàn)證：

1.用示波器觀察旋變的SIN信號(hào)和電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形；

2.轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，驗(yàn)證旋變的SIN信號(hào)包絡(luò)過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)的UV線反電勢(shì)波形由低到高的過(guò)零點(diǎn)重合。此時(shí)SIN信號(hào)包絡(luò)的過(guò)零點(diǎn)與電機(jī)電角度相位的-30度點(diǎn)對(duì)齊。

四、結(jié)語(yǔ)

新能源電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，對(duì)節(jié)能、高效提出了更高的要求，使得永磁同步電機(jī)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用越來(lái)越重要，旋轉(zhuǎn)編碼器作為普遍采用的速度反饋信號(hào)單元，得到了更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，此次主要從旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)、原理方面進(jìn)行了介紹，結(jié)合原理介紹了電機(jī)出廠時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)零和復(fù)檢的方法。

[1]李文韜，黃蘇融.車用電機(jī)系統(tǒng)磁阻式旋變轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)與分析[A].電機(jī)與控制應(yīng)用.2008(05).

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[3]熊安勝.淺談未來(lái)新能源汽車的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[A].信息記錄材料.2016(04).

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崔春寶（1986-），男，漢族，河北省遵化市，2010年畢業(yè)于安徽工程大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)供職于湖南省耐為數(shù)控技術(shù)有限公司，初級(jí)電氣工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，研究方向：電氣自動(dòng)化；高冰卉（1990-），女，2011年畢業(yè)于安徽工程大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，中級(jí)電氣工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)供職：中國(guó)水利水電第八工程局有限公司。