旋转变压器解算调零分析系统2020专业版——200A

适合于新能源汽车电机的零位测量和辅助调整。

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,湖南米艾西推出全新一代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. °,解算分辨率可达1″(22位),可满足高精度旋变的调零应用。
  2. ,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。
  3. 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。
  4. 寸4.5U标准可上架机箱内,方便现场安装及使用。

2.       升级对比

  2019 2020 改进
结构 调零分析仪主机+程控电源+PLC+HMI四部分 调零系统主机+HMI(HMI嵌于前面板) 集成度更高,结构更紧凑,故障率更低
测量 100kS/s测量解算速率 250kS/s测量解算速率 支持20kHz旋变 性能提升2.5倍,支持20kHz励磁频率旋变
励磁电源 电压、频率可调 电压、频率可调 带过流保护 支持完善的过压过流(短路)保护
电机电源 5V/200A程控恒流源 5V/200A旋变调零专用恒流源,支持过压、过流、超温、超时保护 专为旋变调零开发的保护齐全的调零电源
测量功能 电压、频率、相位、阻抗、变压比、电角度、机械角度 电压、频率、相位、阻抗、变压比、电角度、机械角度、故障诊断、旋变合格判定 增加恒流源电流测量功能和旋变参数自动合格判定功能
其他功能 电源自动断电保护 网络通讯(MES接口) 可编程多点调零、死区避免、旋变与电机不同极对数支持、电机初始零位偏差支持、电源自动断电保护、网络通讯(MES接口) 提供了旋变与电机极对数不相等或者电机零位有初始偏差等复杂情况下的调零。

二、     产品介绍

Resolver Analysis 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0.01°。

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

   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、死区避免功能、电机参数合格判定、旋变与电机不同极对数支持、电机初始零位偏差支持,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。

组件 配置 备注
主机系统 Resolver Analysis System 2020专业版  
旋变励磁电源 LE7程控可调7V/10kHz旋变励磁电源  
电机调零电源 5V/200A,带恒流、恒压及超时保护  
HMI终端 10寸触控屏、启动测试按钮 集成于主机一体
旋变测试线缆 客户提供旋变对接插头定制  
电机测试线缆 200A动力测试线缆及快速测试夹  
MES系统对接 LAN接口或RS232接口 协议开放
电流监测 电机电源输出不平衡度监测  
多点调零 支持电机多点零位自动测量计算 专业版配置,包含

3.       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:

电机 U V W
电源 DC+ DC- DC-

三、     功能介绍

Resolver Analysis 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

4.    旋变解算

Resolver Analysis System 2020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。

5.    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。

6.       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。

7.       参数配置

Resolver Analysis System 2020专业版有着丰富的系统配置,包括“旋变与电机参数”,“权限管理”,“合格范围”,“多点调零脚本”,“测试方案”,“高级”六个大类。其中“旋变与电机参数”和“权限管理”为基本参数,所有版本调零分析仪均需配置,而其余四种配置为“专业版”所专有。

旋变与电机参数:

  • 配置励磁电压及频率为旋变额定励磁参数,如7V、10000Hz。
  • 配置极对数为当前旋变的极对数,如4极。
  • 配置旋变调零方式与实际调整方式相同,如果同时需要调整定子和转子可以以需要精调角度的调整方式为准,比如最后依靠调节定子的方式精确调零,那么旋变调零方式也可以配置为相同。该配置仅影响调零旋向的判断。
  • 配置旋变正向旋转方向为从旋变安装端面查看,旋转转子轴,旋变解算角度或机械角度增大的旋向。

权限管理

权限管理为区分管理员与操作员权限的加密设定。

  • 不输入密码前,为操作员权限,仅可以选择测试方案和查看方案参数。
  • 输入管理员密码后,可以拥有修改所有方案参数的权限。
  • 输入密码后,再次点击“权限管理”可以更改管理密码,请牢记该密码。
  • 如果无需密码,则修改密码时不输入任何密码值,即可清除密码。

图5 权限管理密码输入/修改界面

合格范围

该类参数可以控制调零结果的一致性,和检出参数不合格的旋变,是质检的关键控制指标。

  • 零位偏差:设定零位偏差的合格范围与工艺文件一致或更严格,该参数会更改调零过程中绿色合格区的范围,用于控制调零结果的一致性。
  • 输入阻抗:旋变的输入阻抗合格范围,当旋变输入绕组异常或转子安装异常会导致该项发生改变。
  • 相位移:旋变的输出绕组相位移,当旋变输入输出绕组异常会导致该项目发生改变,旋变解码要求该值在±44°范围内,通常工艺控制值为±15°范围内,或根据具体旋变设定更严格的值。
  • 变压比:旋变输出绕组电压相对于励磁电压的比值,该参数为判断旋变输出信号是否正常的重要参数,通常控制在额定值的±10范围内,超过15%可能会导致控制器解码失败报警等严重故障。

多点调零脚本

多点调零系统为Resolver Analyzer 2020 Pro专业版调零系统所独有。其基于的理论在于:将旋变与电机在任意角度对齐可基本等效于在零点对齐。因此调零既可以是将电机与旋变在零点对齐,也可以是在30°或60°点对齐。

基于此我们开发了多点调零系统,在通直流电情况下,电机可以在0~360°范围内每隔30°进行定位,因此这12个点均可以作为电机的调零点来使用。

在调零脚本中,我们只需要配置电机的运行角度值,系统就会自动计算出电机运动到该点时旋变与该电机角度值得偏差,即零位偏差。

图6 多点调零脚本编辑界面

      点击“多点调零”界面的“编辑”按钮即可进入多点调零的脚本编辑界面。

      每一行脚本的最末尾点为“调零点”,调零点前面的点均为“运动点”。运动点仅用于执行动作,而不会测量,调零点即执行动作,也会在该点测量零位偏差。

      运动点有两个作用:1、实现从不同角度逼向同一个调零点,从而测量调零不敏感区的大小;2、运动到电机的另外一极进行测量。

      无论是运动点还是调零点,与上一点的运动距离<±180度,比如电机停在30°点,下一点为150°,那么电机是从30°正向移动+120°到150°,如果下一点是270°,那么电机实际上是从30°负向移动-120°,到-90°。因此如果需要从当前的0°移动到下一级的0°,需要先移动到120°、再到240°,再到0°。

      一行脚本中不能有空格,同样不能有空行,如果出现该现象,可以点击“整理”按钮将脚本自动整理规范化。如果脚本编写不规范,会显示红色错误提示且无法保存。

测试方案

测试方案为V4.0版本软件引入的新功能。我们可以将所有配置参数保存为与电机型号/项目名称相关联的测试方案,这样即使不同型号的电机调零参数不同,也仅需一次性配置,之后操作员仅需调用对应的测试方案即可,而无需了解参数配置原理和细节。

测试方案的修改和增删需要输入密码获取管理员权限,否则仅能够切换和浏览方案。

新增方案时,是以当前选择的方案为“母版”创建完全相同的一个新的方案,如果当前没有选择方案,则以系统默认值创建一个新的方案。

高级

高级配置界面用于配置平时无需更改,影响系统运行的参数,请慎重更改其中的配置。

图7 高级配置界面

  • 旋变极对数:复制参数配置界面的旋变极对数参数。
  • 电机极对数:默认为“极对数与旋变一致”,不可更改。当电机极对数与旋变极对数不一致时,需要调整该参数,否则调零角度可能输出错误。当不清楚电机极对数参数时,可以点击界面的“电机极对数、方向测试”按钮。
  • 读数时间:用于控制多点调零中切换供电相序后等待读数稳定的时间,可以通过观察相序切换后读数的实际稳定时间来设定,推荐>4s,最小为2s。
  • 运动时间:用于控制多点调零中切换供电相序后等待运动到达的时间,推荐>2s,最小为1s。
  • 电机相序:在电机与旋变零位基本对齐的情况下,多点调零中设定一个点,比如+30°,如果执行后电机停在-30°,那么说明电机相序与当前配置相序相反,需要更改该处配置值。
  • 电机极对数、方向测试:电机该按钮,可以自动测试当前电机的相序与电机极对数值。
  • 角度显示方式:该参数会影响旋变解码角度、调零角度、零位偏差合格范围的显示和计算,当设定为机械角度时,机械角度与电角度换算关系为

机械角度=电角度/极对数

  • 角度编码格式:该参数会影响主界面旋变解算角度编码显示的结果,该参数用于和驱动器中旋变解码单元解码值的对齐,有10、12、16位三种可选。

8.       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 Analysis System 2020系统实拍图(HMI独立)

1.    分析系统主机-专业版

图8 Resolver Analysis System 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

  • 角度显示范围:000°~359°59.9′;
  • 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)

  • 解算角度分辨能力:1″(0.00028°/20位);
  • 电气零位解算精度:±15″;
  • 电气角基本解算精度:±30″;
  • 基波电压测量精度:0.5%;
  • 电压测量范围:<20Vp-p(默认)
  • 多点调零:支持可编程多点调零
  • 电流监测:支持U、V、W三路±200A DC电流监测
  • 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。
  • 支持外设:Resolver Power系列励磁电源、显示屏、USB键鼠;
  • 通讯接口:COM(RS232)或LAN(1000Mbps自适应);
  • 设备供电:220VAC/50Hz/1.2kW;
  • 工作温度:-10℃~+60℃;
  • 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

  • 输出幅度:0~20Vp-p(7Vrms);
  • 输出电流:0~0.5A;
  • 输出功率:10W;
  • 频率准确度:±5×10-6
  • 输出波形:正弦波;
  • 输出频率:400~20kHz;
  • 正弦波失真度:≤1%;
  • 控制:仪器自主控制;
  • 输出方式:单通道输出;
  • 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

  • 输出幅度:0~5V;
  • 输出电流:10~200A;
  • 输出功率:1.0kW;
  • 输出调节:前面板旋钮调节;
  • 输出控制:程序控制;
  • 输出方式:后出线接线柱 U、V、W三相接线;
  • 输出切换:支持U、V、W三相极性程控切换;
  • 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

  • 屏幕分辨率:1280X800;
  • 面板类型:工控A规IPS屏;
  • 背光:多点LED;
  • 寿命:>50000h;
  • 亮度:400cd/m²;
  • 可视角度:>170°;
  • 内嵌机箱显示。

五、     配置清单

配置为Resolver Analysis 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。

序号 名称 参数配置 数量
1 Resolver Analysis 2020专业版调零分析系统主机 支持频率、电压、阻抗、变比、相位移显示及通讯功能 1
2 旋变励磁电源LE7 7V rms/20kHz/10W程控可调 1
3 电机程控恒流源DC200 5V/200A,支持恒流恒压输出模式,连续可调,带保护 1
4 测试线缆 旋变双绞屏蔽线X2 电机动力线X3 电机测试夹X3 1
5 HMI终端 含10寸触摸屏及电源输出按钮 内嵌于主机前面板 1

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