新能源汽车电机驱动系统 课件 模块五 旋转变压器

旋转变压器的类型及构造新能源汽车电机驱动系统IMPORT导入电机位置传感器简称旋变，是一种输出电压随转子转角变化的信号元件，位于电机的后端盖位置处，靠近电机的高压线束方向，传感器线圈固定在壳体上（固定不动），信号齿圈固定在转子上（随转子转动），有励磁、正弦、余弦三组线圈。主要监测电机转子的转速，并将转子的位置反馈给电机控制器。那么你知道旋转变压器的类型有哪些吗？导入CONTENTS目录1.旋转变压器的类型2.旋转变压器的作用和构造LEARNINGOBJECTIVES学习目标1、了解旋转变压器的类型2、掌握旋转变压器的作用和构造3、培养严谨认真的职业态度旋转变压器旋转变压器的类型01磁电式传感器

磁电式传感器位置传感器是一种开磁路变磁通式位置传感器，如图所示，磁极安装在电机定子上，测量齿轮4安装在被测转轴上与其一起旋转。工作原理：当齿轮旋转时，齿的凹凸引起磁阻的变化，从而使磁通发生变化，因而在线圈3中感应出交变的电动势。磁电式传感器的结构原理光电式传感器光电式传感器是一种利用光耦元件在有光和无光状态下表现出不同的内阻状态，来检测转子的位置的，如图所示，光电耦合开关固定在电机的定子上，遮光盘固定在转子轴上。工作原理：发光二极管在通电后，发出红外光；当遮光盘随着转轴转动时，光线依次通过观草，使对着的光电管导通，相应的产生反应转子相对位置的电信号。光电式传感器的工作原理图1.发光二极管2.遮光盘3.光电二极管霍尔式传感器霍尔传感器是利用半导体元件的霍尔效应，来检测转子的位置，如图所示霍尔元件安装在电机的定子上，定子表面制成凸凹形状。工作原理：当凸起的位置对准霍尔元件时，产生较大的霍尔电动势，当凹下的位置对准霍尔传感器时产生较小的霍尔电动势。霍尔传感器的优点：非接触式，高寿命因为是磁性检测所以无刷电机使用霍尔元件能抗油污抗灰尘。缩小体积重量，减轻体重，减少损失是可能的。霍尔式传感器的结构原理旋转变压器的作用和构造02旋转变压器的作用目前主要采用光电器件或霍尔元件进行位置检测。无刷电机里的霍尔属于开关型霍尔元件，简单的讲霍尔有三根接线，一根接正极，一根接负极，一根输出，霍尔的输出线连接控制器，控制器根据霍尔输出就能判决电机位置而控制换向。无刷电机使用电子方式换向，要使电机转动起来，必须要按照一定的顺序给定子通电，控制器要知道转子的位置以便按照通电次序给相位的定子线圈通电，定子的位置是由嵌入到定子的传感器感知的，通常会安排传感器在转子的旋转路径周围。无论何时只要转子的磁极经过霍尔元件时，根据转子当前磁极的极性霍尔元件输出相对应的高或底电平（相当于开关关或闭），控制器根据通过霍尔元件产生的电平的时序，判断当前转子的位置并相应的对定子绕组进行通电。混合励磁电机的结构特点如图为旋变式位置传感器的结构图，它主要由转子、定子、线圈、接线端子组成。转子安装在电机轴上，且转子上无绕组，初级和次级绕组均在定子上，转子的凸极（裸露极点）将次级正弦变化耦合至角位置，此种结构为可变磁阻式旋转变压器，信号特点为副方（次级）输出电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。小结旋转变压器的类型：磁电式、光电式、霍尔式旋转变压器的作用和构造：判断驱动电机转子位置和速度以及方向。思考题旋转变压器的工作原理是什么样的？谢谢观看THANKSFORWATCHING旋转变压器的工作原理新能源汽车电机驱动系统IMPORT导入电磁式位置传感器简称旋变，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、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呈线性关系。那么旋转变压器的工作原理是怎么的呢？17IMPORT导入电磁式位置传感器简称旋变，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、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呈线性关系。那么旋转变压器的工作原理是怎么的呢？CONTENTS目录1.旋转变压器的结构2.旋转变压器的工作原理3.旋转变压器的工作电路LEARNINGOBJECTIVES学习目标1、了解旋转变压器的结构2、掌握旋转变压器的工作原理3、培养严谨认真的职业态度旋转变压器旋转变压器的结构01磁电式传感器的结构如图所示为旋变式位置传感器的结构图，它主要由转子、定子、线圈、接线端子组成。转子安装在电机轴上，且转子上无绕组，初级和次级绕组均在定子上，转子的凸极（裸露极点）将次级正弦变化耦合至角位置，此种结构为可变磁阻式旋转变压器，信号特点为副方（次级）输出电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。旋转变压器的工作原理02旋转变压器的工作原理

对于永磁同步电机调速系统来说，位置信号具有决定作用，因为电机必须工作在位置闭环控制方式下，系统运行绝对依赖于位置信号的准确获取，电机需要通过位置信号来决定哪一相应该导通以及在什么时刻导通和关断。（1）电机控制器输出交流电至励磁线圈A，旋转变压器产生一个频率恒定的磁场。（2）在频率恒定的磁场下，检测线圈S和检测线圈C将输出与转子位置对应的值。（3）当电机旋转时，定子与转子间的距离会随转子的旋转而变化。（4）电机控制器根据检测线圈S和检测线圈C输出值之间的差异检测出绝对位置。同时电机控制器也可根据规定时间内位置的变化量计算电机转速。

如图所示为旋变式位置传感器的工作原理图，当激励初级绕组R1–R2时（图中励磁绕组波形），在两个次级绕组上就会产生一个感应信号S（图中正弦绕组波形）和另一个感应信号C（图中余弦绕组波形），由于次级绕组机械错位90°，两路输出信号彼此间的相位相差90°。转子输出信号的相位角与转子偏转角之间有着严格的对应关系，控制模块通过初级、次级绕组波形的对比、检测和计算，确定电机通电相。旋转变压器的工作电路03旋转变压器的工作电路如图所示为旋变式位置传感器电路原理图，从中可以看出，传感器由激励绕组、正弦绕组、余弦绕组构成，其中MCU的1端子和位置传感器连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器绕组输出至MCU的2端子，MCU通过激励绕组输出振幅、频率恒定的正弦波，其中绕组阻值为38.8±10%Ω；MCU的3端子和位置传感器连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器绕组输出至MCU的BV4端子，MCU通过正弦绕组产生的波形判断驱动电机转子位置和速度以及方向，其中绕组阻值为56.5±10%Ω；MCU的5端子和位置传感器连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器绕组输出至MCU的6端子，MCU通过余弦绕组产生的波形判断驱动电机转子位置和速度以及方向，其中绕组阻值为47.4±10%Ω。小结旋转变压器的结构：转子、定子、线圈等组成旋转变压器的工作原理：位置信号来决定哪一相应该导通以及在什么时刻导通和关断。旋转变压器的工作电路：每个绕组都有各自的电阻，绕组波形判断驱动电机转子位置和速度以及方向。思考题旋转变压器的各绕组的波形是怎么变化的？谢谢观看THANKSFORWATCHING旋转变压器的性能检测新能源汽车电机驱动系统30IMPORT导入电磁式位置传感器简称旋变，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、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呈线性关系。旋变器和其他类型的电机位置传感器可用来精确测量角位置，以可变耦合变压器的方式工作，其初级绕组和两个次级绕组之间的磁耦合量随旋转部件（转子）位置而改变；转子通常安装在电机轴上，如图所示。CONTENTS目录1.旋转变压器的结构和工作原理2.旋转变压器的绕组阻值测量3.旋转变压器的绕组波形测量LEARNINGOBJECTIVES学习目标1、了解旋转变压器的结构2、掌握旋转变压器的工作原理3、掌握旋转变压器绕组阻值和波形的测量4、培养严谨认真的职业态度旋转变压器旋转变压器的结构01旋转变压器的结构（1）结构如图所示为旋变式位置传感器的结构图，它主要由转子、定子、线圈、接线端子组成。转子安装在电机轴上，且转子上无绕组，初级和次级绕组均在定子上，转子的凸极（裸露极点）将次级正弦变化耦合至角位置，此种结构为可变磁阻式旋转变压器，信号特点为副方（次级）输出电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。旋转变压器的结构（2）工作原理对于永磁同步电机调速系统来说，位置信号具有决定作用，因为电机必须工作在位置闭环控制方式下，系统运行绝对依赖于位置信号的准确获取，电机需要通过位置信号来决定哪一相应该导通以及在什么时刻导通和关断。如图所示为旋变式位置传感器的工作原理图，当激励初级绕组R1–R2时（图中励磁绕组波形），在两个次级绕组上就会产生一个感应信号S（图中正弦绕组波形）和另一个感应信号C（图中余弦绕组波形），由于次级绕组机械错位90°，两路输出信号彼此间的相位相差90°。转子输出信号的相位角与转子偏转角之间有着严格的对应关系，控制模块通过初级、次级绕组波形的对比、检测和计算，确定电机通电相。旋转变压器的绕组阻值的测量02旋转变压器的工作原理如图所示为驱动电机位置传感器电路原理图，从中可以看出，传感器由激励绕组、正弦绕组、余弦绕组构成，其中MCU的BV11/22端子和位置传感器的BV13/11端子连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器BV13/12端子输出至MCU的BV11/15端子，MCU通过激励绕组输出振幅、频率恒定的正弦波，其中绕组阻值为9.5±1.5Ω；MCU的BV11/24端子和位置传感器的BV13/10端子连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器BV13/9端子输出至MCU的BV11/7端子，MCU通过正弦绕组产生的波形判断驱动电机转子位置和速度以及方向，其中绕组阻值为13.5±1.5Ω；MCU的BV11/23端子和位置传感器的BV13/8端子连接，通过位置传感器内部绕组，再从传感器BV13/7端子输出至MCU的BV11/16端子，MCU通过余弦绕组产生的波形判断驱动电机转子位置和速度以及方向，其中绕组阻值为14.5±1.5Ω。旋转变压器的绕组波形的检测03旋转变压器的工作电路连接示波器正极表笔至电机的BV13/12端子，负表笔连接BV13/11端子；踩下制动踏板，打开点火开关，挂入D档，松开制动踏板，观察示波器上的励磁波形。连接示波器通道1正极表笔至MCU的BV11/24端子，负表笔连接至MCU的BV11/17端子；连接示波器通道2正极表笔至MCU的BV11/23端子，负表笔连接至MCU的B