旋轉變壓器及轉換器在電動軌道車輛中的應用
曾重，駱光照，趙君
(西北工業(yè)大學，西安710072)
摘要：介紹一種軌道車輛牽引用永磁同步電動機轉子位置的檢測方法。該方法利用數字轉換器AD2S1200實現(xiàn)旋轉變壓器的模擬輸出信號到數字信號的轉換：設計了AD2S1200與旋轉變壓器和TMS320F2812之間的接口電路，針對實際應用中出現(xiàn)的問題，重點闡述了轉子位置信號的數字處理方法。試驗表明，該方案能夠很好地實現(xiàn)電機轉子位置的檢測，系統(tǒng)運行良好。
關鍵詞：旋轉變壓器；AD2S1200；轉子位置；數字信號處理器
中圖分類號：TM383．2 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0034—03
O引 言
永磁同步電動機矢量控制調速系統(tǒng)中，需要實時檢測轉子位置，以實現(xiàn)轉矩、速度及位置的閉環(huán)控制。常用的位置檢測傳感器有光電編碼器和旋轉變壓器：光電編碼器抗沖擊性較差，而旋轉變壓器結構簡單，更能適應抗沖擊的要求。因此，在抗震性能要求較高的場合，如永磁同步電動機牽引的軌道車輛中，多使用旋轉變壓器。另一方面，旋轉變壓器需要外加勵磁信號作為輸入信號，同時其輸出為兩路正交的模擬信號，因而必須通過模數轉換及運算得到對應位置的數字信號，方可輸入到控制芯片[1]。本系統(tǒng)使用AD公司的數字轉換(RDC)芯片AI)2S1200完成旋轉變壓器勵磁信號的產生及輸出信號至數字式****位置信號的轉換，同時采用TI公司TMS320 F2812型數字信號處理器作為調速系統(tǒng)的核心控制芯片，共同實現(xiàn)轉子位置檢測及調速系統(tǒng)控制。實驗表明該方案可靠易行，具有較好的控制效果。
1數字轉換器(RDC)的接口電路設計
1．1旋轉變壓器與AD2S1200的接口電路
AD2S1200的引腳EXC 與Exc輸出交流勵磁信號，勵磁信號經過一級反相放大及一級跟隨電路驅動，作為旋轉變壓器的激勵信號。該信號的頻率可通過引腳FSl和FS2的電平配置。在圖1所示的電路中勵磁信號頻率設置為10 kHz。旋轉變壓器的輸出是兩路正交的sin信號和COS信號，分別引入AD2S1200的sin—sinlo端口和COS—coslo端口。AD2S1200負責將兩路模擬信號轉換成數字式****位置信號，輸出到數據總線。圖1電路中各元件參數：R1=R2=R4=R5=10 kΩ，R3=R6=1KΩ，
1．2 AD2S1200與T]VIS3201v2812接口電路
AD2S1200有=!種模式輸出數字信號：并行模式、串行模式及增量編碼器模式[2]。增量編碼器模式始終保持有效輸出狀態(tài)，并行模式和串行模式可通過芯片引腳sOE的電平米設置。使用串行輸出模式工作，系統(tǒng)電路簡單，與標準sPI接口連接方便，但編程工作量較大；并行輸出模式下芯片直接從數據總線輸出數字式****位置信號，數據傳輸實時性好，需要編程的工作量小。本系統(tǒng)采用并行模式實現(xiàn)位置信號獲取，如圖l所示，充分發(fā)揮并行輸出模式速度快、實時性好的優(yōu)勢。具體地，AD2S1200將旋轉變壓器輸出的模擬信號轉換為12位數字信號，利用電平轉換芯片74LvTl6245將AD2S1200輸出信號5 V電平轉換成DsP的3.3 V電平標準，并與系統(tǒng)數據總線相連。TMS320砣812通過讀取該信號獲得轉子的實際位置。接口電路原理圖如圖2所示。圖中74LVT245用于轉換AD2S1200的故障信號電平，便于DsP及時獲取故障信息。
2轉子零位標定
電機轉子位置是進行矢量控制不可或缺的參數之一，其檢測精度直接影響著整個調速系統(tǒng)的性能[3]。在轉子磁場定向控制中，轉子零位置是指轉子磁極d軸與定子A相繞組中軸線(α軸)重合時轉子所在處的位置c由于安裝時機械角度誤差不可避免，旋轉變壓器的零值位置很難與轉子零位置嚴格對應。因此，必須對轉子零位置進行標定，以減小位置檢測誤差。
轉子零位標定需要在電機空載的情況下進行，電機三相繞組通人直流電流[4]：
式中:IN是電機額定電流。
電機的三三相繞組按照式(1)通入直流電流時町得定子電流空間矢量：
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