新能源汽車電機旋轉(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.中國水利水電第八工程局有限公司

新能源汽車電機旋轉(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.中國水利水電第八工程局有限公司

驅(qū)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(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)能力被電動汽車電機廣泛采用。本文中，介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器的原理和特點，以及在新能源汽車上的應(yīng)用及檢測方法。

新能源汽車 速度信號 旋轉(zhuǎn)變壓器

前言

隨著人們對“低碳”和能源問題的廣泛關(guān)注，電動汽車以“零排放、高環(huán)?！钡沫h(huán)保優(yōu)勢得到了快速發(fā)展。而我國新能源汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)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(qū)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(shè)計時多采用對環(huán)境適應(yīng)能力強的旋轉(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變換、三角運算的場合，線性旋轉(zhuǎn)變壓器主要用于要求將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成電信號的場合。因此，電動汽車電機采用旋轉(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。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，它可用于坐標變換、三角運算、角度數(shù)字轉(zhuǎn)換等場合。定子繞組施以交流勵磁電壓，建立磁通勢產(chǎn)生脈振磁場，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生余弦、正弦電壓。

旋轉(zhuǎn)變壓器在使用過程中為了使正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器負載時的輸出電壓不畸變，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(zhuǎn)變壓器應(yīng)用

（一）旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用趨勢

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，隨著工業(yè)自動化水平的提高，以及節(jié)能減排的要求越來越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動機的應(yīng)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(zhuǎn)變壓器。

（二）永磁電機旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)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(zhuǎn)變壓器的在電機運行過程中需實時反饋電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，唯一目的就是要使驅(qū)動電機控制器達成矢量控制的目標，驅(qū)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(chǎn)生的電磁場始終正交于轉(zhuǎn)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(xiàn)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(qū)動電機控制器對同一型號電機應(yīng)具有兼容匹配性，這就要求驅(qū)動電機控制器默認旋轉(zhuǎn)變壓器初始角度與電機旋轉(zhuǎn)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(diào)零”，一般控制器與電機廠家規(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定子繞組產(chǎn)生的電磁場始終正交于轉(zhuǎn)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(jù)操作的方便程度，調(diào)整電機軸上的旋變轉(zhuǎn)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(diào)整，一邊觀察旋變SIN信號的包絡(luò)，一直調(diào)整到信號包絡(luò)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(zhuǎn)動電機軸，驗證旋變的SIN信號包絡(luò)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(luò)的過零點與電機電角度相位的-30度點對齊。

四、結(jié)語

新能源電動汽車的快速發(fā)展，對節(jié)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(yīng)用越來越重要，旋轉(zhuǎn)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(fā)展和應(yīng)用，此次主要從旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)、原理方面進行了介紹，結(jié)合原理介紹了電機出廠時旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)零和復(fù)檢的方法。

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

[2]王寶誠，翟華.解密旋轉(zhuǎn)變壓器[J].天津冶金.2007(05).

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

[4]王先泉.旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)綜述[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品.2016(12).

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，初級電氣工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，研究方向：電氣自動化；高冰卉（1990-），女，2011年畢業(yè)于安徽工程大學(xué)自動化專業(yè)，中級電氣工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)供職：中國水利水電第八工程局有限公司。