旋转变压器及转换器在电动轨道车辆中的应用

曾重，骆光照，赵君

(西北工业大学，西安710072)

    摘要：介绍一种轨道车辆牵引用永磁同步电动机转子位置的检测方法。该方法利用数字转换器AD2S1200实现旋转变压器的模拟输出信号到数字信号的转换：设计了AD2S1200与旋转变压器和TMS320F2812之间的接口电路，针对实际应用中出现的问题，重点阐述了转子位置信号的数字处理方法。试验表明，该方案能够很好地实现电机转子位置的检测，系统运行良好。

    关键词：旋转变压器；AD2S1200；转子位置；数字信号处理器

    中图分类号：TM383．2  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)12—0034—03

O引  言

    永磁同步电动机矢量控制调速系统中，需要实时检测转子位置，以实现转矩、速度及位置的闭环控制。常用的位置检测传感器有光电编码器和旋转变压器：光电编码器抗冲击性较差，而旋转变压器结构简单，更能适应抗冲击的要求。因此，在抗震性能要求较高的场合，如永磁同步电动机牵引的轨道车辆中，多使用旋转变压器。另一方面，旋转变压器需要外加励磁信号作为输入信号，同时其输出为两路正交的模拟信号，因而必须通过模数转换及运算得到对应位置的数字信号，方可输入到控制芯片^[1]。本系统使用AD公司的数字转换(RDC)芯片AI)2S1200完成旋转变压器励磁信号的产生及输出信号至数字式****位置信号的转换，同时采用TI公司TMS320 F2812型数字信号处理器作为调速系统的核心控制芯片，共同实现转子位置检测及调速系统控制。实验表明该方案可靠易行，具有较好的控制效果。

1数字转换器(RDC)的接口电路设计

1．1旋转变压器与AD2S1200的接口电路

    AD2S1200的引脚EXC 与Exc输出交流励磁信号，励磁信号经过一级反相放大及一级跟随电路驱动，作为旋转变压器的激励信号。该信号的频率可通过引脚FSl和FS2的电平配置。在图1所示的电路中励磁信号频率设置为10 kHz。旋转变压器的输出是两路正交的sin信号和COS信号，分别引入AD2S1200的sin—sinlo端口和COS—coslo端口。AD2S1200负责将两路模拟信号转换成数字式****位置信号，输出到数据总线。图1电路中各元件参数：R₁=R₂=R₄=R₅=10 kΩ，R₃=R₆=1KΩ，

 

1．2 AD2S1200与T]VIS3201v2812接口电路

    AD2S1200有=!种模式输出数字信号：并行模式、串行模式及增量编码器模式^[2]。增量编码器模式始终保持有效输出状态，并行模式和串行模式可通过芯片引脚sOE的电平米设置。使用串行输出模式工作，系统电路简单，与标准sPI接口连接方便，但编程工作量较大；并行输出模式下芯片直接从数据总线输出数字式****位置信号，数据传输实时性好，需要编程的工作量小。本系统采用并行模式实现位置信号获取，如图l所示，充分发挥并行输出模式速度快、实时性好的优势。具体地，AD2S1200将旋转变压器输出的模拟信号转换为12位数字信号，利用电平转换芯片74LvTl6245将AD2S1200输出信号5 V电平转换成DsP的3.3 V电平标准，并与系统数据总线相连。TMS320砣812通过读取该信号获得转子的实际位置。接口电路原理图如图2所示。图中74LVT245用于转换AD2S1200的故障信号电平，便于DsP及时获取故障信息。

2转子零位标定

    电机转子位置是进行矢量控制不可或缺的参数之一，其检测精度直接影响着整个调速系统的性能^[3]。在转子磁场定向控制中，转子零位置是指转子磁极d轴与定子A相绕组中轴线(α轴)重合时转子所在处的位置c由于安装时机械角度误差不可避免，旋转变压器的零值位置很难与转子零位置严格对应。因此，必须对转子零位置进行标定，以减小位置检测误差。

    转子零位标定需要在电机空载的情况下进行，电机三相绕组通人直流电流^[4]：

式中:I_N是电机额定电流。

    电机的三三相绕组按照式(1)通入直流电流时町得定子电流空间矢量：