旋转变压器调零系统

一、    总述

基于多年旋转变压器参数测试分析系统的研发经验，苏州工业园区代尔塔电机技术有限公司推出全新一代Resolver Analysis System 2020旋变解算调零分析系统。它可以代替现有的角位置显装置、调零装置、相敏电压表/指零仪、基波电压表、阻抗分析仪等设备功能，内置旋变程控励磁电源及电机调零专用电源，全面支持7V/20kHz以内单通道正余弦旋转变压器的测试及安装调零等应用场合。

1.      技术优势

相比以往的调零仪产品，旋变解算调零分析仪集成了相位角电压表、旋变角度显示仪、旋变调零仪及上位机的功能于一体，具备更多优势特性：

1、       内置旋变解码器、旋变调零仪、相位角电压表、阻抗测试仪等功能，不仅大大降低成本，而且专为旋变调零而开发易于使用。

2、       采用国标规定的相位角电压零位测量技术，零位测量精度达0.01°，解算分辨率达1″。

3、       可在调零过程中时测试旋变的电角度、机械角度、励磁电压、电流、功率、相位移、变压比等参数。

4、       具备工件连接判断和旋变输出有效性判断功能，可检测旋变断线、短路等故障。

5、       可外接数字显示器，具备智能调零系统引导调零，调零合格自动判断，可自由选择机械角度或者电气角度调零方式。

6、       丰富的扩展选配支持，可选电流监测、触摸屏、电源程控、多点调零等功能。

7、       内置参考级程控旋变励磁电源，电压、频率可调，TDH<0.6%，远优于普通驱动器或者调零仪电源，提供稳定的旋变运行环境。

8、       可支持400~20kHz频率范围几乎所有正余弦旋转变压器的调零，兼容性远优于普通产品。

9、       系统集成度高，旋变分析仪、旋变励磁电源、电机调零电源等均集成于一台19寸4.5U标准可上架机箱内，方便现场安装及使用。

10、    专业版支持多点调零技术和输出电流不平衡度监测技术，可有效减小静态调零的误差，避免因装夹等原因造成的调零错误。

2.      升级对比

二、     产品介绍

ResolverAnalysis System 2020是最新推出的第五代旋转变压器专业静态调零及测试分析系统。系统包含Resolver Analyzer 2020旋变分析仪、LE7旋变励磁电源及200A调零专用程控输出恒流电源，所有组件集成于一台标准19寸5U机箱内，支持旋变角度解算、旋变安装调零、旋变参数分析等应用，角分辨率可达1″，内置相位角电压表功能，零位识别与国标测量要求一致，精度可达15″。

该系统可以根据旋变及电机参数自动计算零位，智能引导调零，自动判断调零结果及旋变参数是否合格，是旋变安装调零的理想设备。

图1 旋转变压器测试过程信号流向示意图

1.   选型配置

Resolver Analysis System 2020分为标准版和专业版两个版本。标准版提供频率、电压、阻抗、变比、相位移等参数的测试分析功能及上位机通讯接口，旋变励磁频率支持范围为2kHz至10kHz；专业版在标准版基础上支持多点调零功能、电流不平衡度监测功能，旋变励磁频率支持范围扩展到400至20kHz。

本方案选择旋变调零分析系统（Resolver Analysis System） 2020专业版。

2.      系统说明

电机三相动力线接恒流源的低压直流输出，使得被试电机转子在直流电产生的稳态磁场作用下固定于特定角度位置。旋变接“旋变调零分析系统主机”，即可分析此时旋变与电机的零位偏差和旋变其他的实时参数。

图2 旋变调零系统连接图

       从低压直流电源输出的DC将接入电机，这里推荐UVW接法，在该接法下，电机将停在零位附近。具体接法见下表：

3.      静态调零风险   

态调零方法由于电机转子位置不是通过测量得到，而是通过直流电形成的稳态磁场将电机转子固定，因此均存在电机转子位置偏差不确定的问题是。通常来说有以下两个风险因素：

1、因为摩擦力、齿槽力等影响，电机转子无法精确停在零位；

2、UV、UW电流不平衡会导致电机所停位置偏差。

风险因素1导致的偏差是在一定范围内的，与电机本体和所通直流电大小有关，对于具体电机可以进行大致测量。比如：将电机转子旋转到90°位置通以恒定直流，最终电机转子所停位置为+1°；将电机转子旋转到-90°位置通以恒定直流，最终电机转子所停位置为-1°，那么该电机在当前恒定电流状态下的调零不敏感区为2°，通过调整恒定电流，选取不同的调零点（比如选UV通电方式）和改善电机润滑状况可以减小静态调零的不敏感区。

风险因素2导致的偏差通常不大，但偶尔会导致严重的调零错误。由于恒流源输出给UV、和UW相电压是相同的，如果电机V、W相的绕组直流电阻不平衡或者V、W绕组的线缆线阻、夹线钳接触电阻不一致，就会导致流经两相的电流不一致。以往经验来说5%的电流不平衡度约会给电机转子定位造成0.6°左右的偏差。通常来说这个偏差都只有2%以内，但偶尔有线缆未夹好的情况，此时也可以调零，但完全是错误的零点。可以选择UV通电方式规避该问题，选用较好的线夹和测试线缆减小该误差，或者选择带输出电流不平衡度监测的型号。

Resolver Analysis System 2020专业版的旋变调零分析系统可控制以上两个问题。专业版系统支持多点调零，可以自动测定不敏感区，然后以不敏感区的中心点为目标进行调零，还配置有电流监测系统，可以实时检测调零过程中是否存在输出电流不平衡问题。这样可以控制静态调零的两个风险因素。

三、     功能介绍

ResolverAnalysis System 2020内置第五代的250kHz高速旋变解码模块，采用自主研发的符合国标测试要求的基波相位解算技术及SmartTest聚合测试技术，不仅可以实现高精度的零位检测，还可以对旋变参数进行实时分析。相比于采用廉价解码芯片组建的第三代旋变测试系统，它可以支持频率、电压、变压比等参数不同的旋变（事实上支持几乎所有民品规格正余弦旋转变压器），且精度更高，支持旋变参数的实时检测，可以判断出旋变接线断路、短路等异常状况，是真正意义上的旋变全能解算及旋变智能调零系统。

图3 旋变解算调零分析系统主界面

1.   旋变解算

Resolver Analysis System2020对旋变解算进行了升级，采用250kHz解算速率的旋变分析模块，可以支持单通道64对极及双通道128对极内旋变的解算，直接输出数字信号以表盘或数字形式进行显示，并可通过串口及网络向外传送测量及分析结果，其解算分辨率可达1秒，零位解算精度可达15秒。

2.   旋变调零

Resolver Analysis System 2020采用智能调零引导技术，根据接线方式、旋变极对数、旋向、调零方式等参数实时计算出需要调节的机械角度和实际方向。零位指引模拟指零仪的光柱指示及数字显示双模指引形式。当零位调整到预设的精度范围时，会自动提示调零成功，界面数值指示变为绿色，能够大大加快工人的调节速度，增强调零结果的一致性。

图4 调零指引界面

       调零指引条分为三部分：绿色部分为合格区间，可在“参数设置”中进行配置。橙色部分为接近区间，为合格范围的两倍。红色部分为不合格区间，可以显示电角度±180°范围。

不合格区间采用指数坐标显示：即越靠近合格区间对角度旋转越敏感。

接近区间与合格区间采用线性坐标显示：以保持一致良好的调零手感。

调零部分界面数值每秒钟可刷新10次，以保证调零过程中顺畅的手感。

3.      旋变分析

系统采用自主研发的SmartTest聚合测试技术，可以在解算旋变角度分析零位偏差的同时分析旋变的：励磁电压、励磁频率、阻抗、变压比、相位移等参数。

       以上参数及调零等功能，可以通过外接VGA/DVI显示器方式进行放大显示，也可以通过COM口或者LAN口将结果进行数字输出。

4.      参数配置

图5为旋变调零仪静态测试的配置界面，需要配置六个方面的参数：

1、       励磁参数：配置为旋变额定的励磁电压和频率。

2、       零位设定：有U+、V-和U+、VW-两种内置和自定义方式。

3、       极对数：设置为与旋变的极对数一致，也称为旋变的“速比”。

4、       正向旋转方向：即旋变电角度正向增大时，旋变转子的旋转方向。

5、       合格范围：为调零工艺的合格范围，单位为角分，跟随调零角度类型，可以为电角度也可以为机械角度。

6、       保护时间：为电机恒流源的输出时间，避免电机长时间通电过热产生不良影响，根据电机当前通电电流下的温升进行设定。

合格范围与电机电源的输出保护时间可以根据工艺要求进行配置，不影响旋变的调零。

图5 参数配置界面

这些参数对于同一应用场景仅需一次配置，即可记忆保存，连续工作测量。对于产线应用，还可以将配置界面密码锁定，避免配置参数被意外修改，影响测试结果。

配置正确后，旋变的电气角度就会被正确解算，如上图3所示。当旋变与电机零位正确对齐后，旋变的电气角度就能够反映电机的机械角度。

5.      通讯对接

旋变解算调零分析系统2020支持通讯功能，可通过RS232或者LAN接口上传测试数据，包括：

1、       旋变当前电气角度值；

2、       旋变当前机械角度值；

3、       零位偏差值（支持12、16位编码器形式）；

4、       输入阻抗；

5、       变压比；

6、       相位移。

可定制支持自定义通讯协议，直接与MES系统对接。

四、     主要部件及参数

图7 Resolver AnalysisSystem 2020系统实拍图（HMI独立）

1.   分析系统主机-专业版

图8 Resolver AnalysisSystem 2020主机3D外观图（HMI集成）

型号/名称：Resolver Analysis System 2020旋转变压器解算调零分析主机

Ø 角度显示范围：000°~359°59.9′；

Ø 角度显示类型：解算角度及电气角度（机械角度）；

0~360°（解码状态）或-180°~+180°（调零状态）

Ø 解算角度分辨能力：1″（0.00028°/20位）；

Ø 电气零位解算精度：±15″；

Ø 电气角基本解算精度：±30″；

Ø 基波电压测量精度：0.5%；

Ø 电压测量范围：＜20Vp-p（默认）

Ø 多点调零：支持可编程多点调零

Ø 电流监测：支持U、V、W三路±200A DC电流监测

Ø 仪器功能：可测量电气角度、机械角度、输入电压、阻抗、励磁频率、变压比、相位移等参数，支持旋变调零、工件检测、旋变输出判断、输出过流保护、恒流源自动关断、数据上传记录等功能。

Ø 支持外设：Resolver Power系列励磁电源、显示屏、USB键鼠；

Ø 通讯接口：COM（RS232）或LAN（1000Mbps自适应）；

Ø 设备供电：220VAC/50Hz/1.2kW；

Ø 工作温度：-10℃~+60℃；

Ø 外观尺寸：485×400×220（长×宽×高）。

2.      旋变励磁电源

型号/名称：Resolver Power LE系列旋变励磁电源

Ø 输出幅度：0~20Vp-p（7Vrms）；

Ø 输出电流：0~0.5A；

Ø 输出功率：10W；

Ø 频率准确度：±5×10^-6；

Ø 输出波形：正弦波；

Ø 输出频率：400~20kHz；

Ø 正弦波失真度：≤1%；

Ø 控制：仪器自主控制；

Ø 输出方式：单通道输出；

Ø 外观尺寸：集成于旋变分析仪内。

3.      电机直流电源-专业版

型号/名称：DC Power 200A Pro可调直流恒流源

Ø 输出幅度：0~5V；

Ø 输出电流：10~200A；

Ø 输出功率：1.0kW；

Ø 输出调节：前面板旋钮调节；

Ø 输出控制：程序控制；

Ø 输出方式：后出线接线柱 U、V、W三相接线；

Ø 输出切换：支持U、V、W三相极性程控切换；

Ø 保护：过压保护、过流保护、超时保护。

4.      显示器

型号/名称：10寸工业触摸屏

Ø 屏幕分辨率：1280X800；

Ø 面板类型：工控A规IPS屏；

Ø 背光：多点LED；

Ø 寿命：＞50000h；

Ø 亮度：400cd/m²；

Ø 可视角度：＞170°；

Ø 内嵌机箱显示。

五、     配置清单

配置为ResolverAnalysis System 2020专业版旋变调零分析系统，含触控显示及程控电源套件，主机带通讯网口支持数据上传。