多摩川旋变介绍

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1、旋转变压器原理及其在自动控制中的应用 摘要：介绍旋转变压器（简称旋变）分类、结构特点、工作原理和解码方法，以及在各行各业中的应用， 还有与其相关的工业设备（SMARTCAM）的应用特点。 关键词：旋转变压器，SMARTCODER，SMARTCAM 旋转变压器 简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕 组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线 性关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装 置中。 按输出电压与转子转角间的函数关系，主要

2、分三大类旋转变压器： 1. 正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。 2. 线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。线性旋转变压器 按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。 3. 比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。 结构说明 由于我公司只销售日本多摩川公司的正余弦旋转变压器，所以在此介绍的旋转变压器皆为正余弦型的。 旋变由转子和定子绕组构成，并且两者相互独立，初级和次极线圈都绕在定子上，转子由两组相差90度线 圈组成，采用无刷设计，如图1所示。 转子绕组 定子绕组 图1 图2是旋转变压器电气示意

3、图。 ER1-R2 励磁电压 ES2-S4 旋变的输入输出电压之间的具体函数关系如下所示： 设转子转动角度为B,初级线圈电压（即励磁电压）：ER1-R2=E*Sin2nft f：励磁频率，E：信号幅度 那么输出电压 ES1-S3=K*E*Sin2nft*Cose； ES2-S4=K*E*Sin2nft*Sin0 k：传输比，e：转子偏离原点的角度 令e=3t，即转子做匀速运动，那么其输出信号的函数曲线可表示为图3所示， 图中信号频率为f，即励磁信号频率，最大幅度为E，包络信号为Sinwt和Coswt，解码器就是通过检测这 两组输出信号获取旋变位置信息的。 不难看出

4、，励磁频率越高，旋变解码精度也就越高，而励磁电压幅度则对解码没有很明显的影响。 只需达到一定的电压数值即可，一般来讲3V~120%额定电压。 （旋变转子旋转角度） 电气角 _三.宿三三 解码 日本多摩川公司推出了自己的多款解码芯片，其原理都基本相同，如图4所示，解码芯片原理框图中如果 图中Vsr=0,那么em=0rd.即可解码出转子转角。 乘法器 SIN COS D/A erd 相敏解 调器 积分器 压控振 荡器 VSR=kE1sin3t*sin(Bm -erd) 1相励磁，两相出力 Vsr=kEsin3t(sinem*cosBRD-cose

5、m*sinerd) =kEsinwt*sin(em -erd) 鉴相器 解调出3rd kE1sinwt*sin0m kE1sinwt*cos 3m 3m 励磁回路 乘法器 解码芯片输出方式有增量式输出和绝对式输出，增量式输出时分辨率为1024C/T（C:脉冲数，T： 一 圈），绝对式输出输出位数为12位。而且可以输出方向信号和错误信号，外围电路简单，只需少许元件就 可以完成解码工作。 日本多摩川公司先后推出的几款名为SMARTCODER的解码芯片，早期的有AU6802，AU6802N1， 以及最近的AU6803等。 此外，旋变和多摩川的SMARTCAM配合可以模拟

6、机械凸轮的运动控制，可以用于取代粗糙笨重的机 械凸轮。成为工业控制中高效而又廉价的控制工具。 针对多摩川旋变我公司已经开发出解码板（即所谓的R/D转换板），能同时解码出增量式信号和绝对式信 号，配合旋变，可以象使用编码器一样在变频以及SEVO系统中使用，欢迎各位来电咨询或洽谈购买。至 于具体的解码电路就不在此介绍，读者朋友可以在相关的网站上搜索到芯片资料和相关的应用电路，如有 疑问也可以直接拨打我公司电话咨询。 特征 由于旋转变压器本身的结构特点，所以具有耐恶劣环境的能力，具体参数如下: 温度范围：-55 °C~155°C 振动：196m/s2 (20G) 10~500Hz 冲 击

7、：981 m/s2 (100G) 10ms 湿 度：90% Rh Min. at60 °C 转速：100~500RPS 此外，旋转变压器采用无刷设计，所以维护方便，使用可靠，寿命长，对机械和电气噪音不敏感。 由于旋变以上特点，所以被广泛应用在航空、航天、雷达、坦克和地炮火控等军事装备,也可用于数控 机床和机器人等民用SEVO控制系统和机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷等领域。 应用 在伺服系统中，往往需要实时地检测出电机转子的位置，包括转子的绝对位置和增量式位置，同时还需检 测出电机的速度，以实现对电机的转矩、速度、及其驱动的机构的位置的高精度控制。在电机转子位置的

8、 检测中，旋转变压器由于其具有坚固耐用，能够提供高精度的位置信息等突出优点，而获得越来越广泛的 应用。 但是由于旋转变压器的输出是包含着位置信息的模拟信号，需对其处理并将其转化成对应的包含着位置信 息的数字量，才能与单片机或DSP等控制芯片接口。这就需要设计相应的信号转换电路或者使用专用的 旋转变压器-数字转换器来实现。而多摩川所提供的AU6802N1系列解码芯片能很好的解决这个问题，它 能同时输出绝对式信号和增量式信号，因此在伺服系统中获得了广泛的应用。 在纺织行业中，由于环境因素，容易产生严重的静电，普通编码器很容易在此类环境中损坏，而旋转变压 器由于本身的结构特点，而具有很强的抵抗静电的能力。所以如果采用旋转变压器则可以很好的解决这个 问题。 此外，在其他各行各业，旋转变压器都可代替编码器而获得广泛应用。比如在冶金，水利水电，自动化 设备，印刷，电梯等都可应用。