大同市试验变压器有限公司

故障仿真+注入功能这样的高精度旋转变压器仿真

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  在上面的系统中,很多旋转变压器转换芯片(RDC),例如ADI 的AD2S1210和AD2S1205用来获取数字位置和速度数据。

  客户的系统会出现干扰和故障问题,很多时候,他们都想评估角度和速度在受干扰条件下的精度性能,找出和验证引发问题的根本原因,然后修复和优化系统。

  带故障注入功能的高精度旋转变压器仿真系统(模拟连接到以恒速运行或位置固定的真实电机的旋转变压器)可以解决干扰和故障问题,而无需搭建复杂的电机控制系统。

  本文将首先分析旋转变压器仿真系统中的误差贡献,上海变压器公司并给出一些误差计算示例,帮助您了解为何高精度对于旋转变压器仿真器如此重要。然后展示现场应用干扰条件下的故障示例。接下来,介绍如何使用最新的高精度产品,构建具有故障仿真和注入功能的高精度旋转变压器仿真器。最后,将展示旋转变压器仿真器能实现的功能。

  如图1所示,旋转变压器仿真器将模拟连接到以恒速运行或位置固定的真实电机的旋转变压器。经典款或可变磁阻旋转变压器包含转子和定子。可以将旋转变压器视为一种特殊的变压器。在初级侧,如方程式1所示,EXC表示正弦激励输入信号。在次级侧,如方程式2和方程式3所示,SIN和COS表示两个输出端的调制的正余弦信号。

  其中a表示差模相移,当正交项cos⁡(wt)(sin(a)sin(θ)cos(φ)) 被忽略时,解调之后余下的包络信号可以使用方程式12表示。在真实情况下,当a很小时,cos(a)≈1–a2/2。通过将方程式10设置为等于0来促使TypeII跟踪环路中的包络信号归0时,可以发现由此导致的位置误差⁡ε=θ–φ。然后我们可以获得误差信息,如方程式13所示。

  错接是指通过不正确的连接将旋转变压器激励和SIN/COS对连接到RDC SIN/COS输入和激励输出引脚。错接发生时,RDC也可 以解码角度和速度信息,但是角度输出数据会显示跳变,就像 DAC 输出中的偏置误差。请参考图3,查看错接案例和结果数据。其中,第一列显示EXC/SIN/COS引脚和输出角度,其余列显示错接情况。

  请参考图4,查看共模相移误差贡献。相位1表示激励滤波器延迟。相位2表示旋转变压器相移。相位3表示线表示SIN/COS滤波器延迟。在现场RDC系统中,当相移误差发生时,意味着相位1、相位2、相位3和相位4的总值大于44°。正常情况下,旋转变压器相移误差为10°。非正常情况下,总相位误 差可以达到30°。出于量产考虑,需要留下足够的相位裕度。

  旋转变压器仿真器系统工作时,让信号采集模块从输入模块采集激励信号样本,然后由处理器分析其频率和幅度。处理器使用CORDIC算法计算SIN/COS DAC输出数据代码,然后通过SIN/COS模块生成与激励输入相同频率的正弦信号。系统将同时采集激励和SIN/COS信号,计算并调整SIN/COS相位/幅度,补偿激励和SIN/COS之间的相位误差,使其等于零,然后将SIN/COS幅度校准到相同水平。最后,系统将生成经过调制的SIN/COS信号和故障信号,以模拟角度性能、速度和故障情况。

  图8中所示的信号链显示了一个双16位sim SAR ADC AD7380用于 在OSR使能,SNR可以达到98dB时采集激励和反馈信号。它非常适合同时进行高精度的相位和幅度校准数据采集。超低功耗、低失线被作为ADC驱动器。采用高精度、低噪声的20位DAC AD5791来生成SIN/COS信号和故障信号,从降低分辨率和成本方面考虑,可以使用AD5541A或AD5781来代替AD5791。高精度、可选增益差分放大器AD8475,被用作输入/输出缓冲器。具有超低失调漂移和电压噪声放大功能的高精度轨对轨运算放大器AD8676和AD8599,用于构建有源滤波器和加法电路。最大电阻0.8 Ω的单电源轨对轨双SPDT ADG854,用于开关和选择SIN/COS信号,然后发送至数据采集模块。

  整个旋转变压器仿线V适配器供电,该适配器使用直流-直流转换器和LDO稳压器,提供不同的电压电平。参考图9,查看详细的电源信号链。使用ADP5071, 可以产生正负16V电压,但使用ADP7118 和ADP7182。可以生成更清晰、上海变压器公司更稳定的正负15V电压。这些电源主要用于为DAC相关电路供电。同样,可以使用ADP2300、ADP7118、ADM660和AD7182。这些电源主要用于为ADC相关电路供电,且满足详细的设计要求。

  大多数RDC相关应用中都存在干扰,干扰严重时会触发多种类型的故障。当您构建自己的旋转变压器仿真器时,请遵循此解决方案,因为它不仅可以帮助您评估干扰条件下的系统性能,还可以像标准仿真器一样校准和验证您的产品。详细的误差分析可以帮助您理解为什么需要精确的模拟SIN/COS信号;可以模拟本文讨论的所有故障类型,以帮助进行一些功能安全验证。

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