使用特勵達(dá)力科MDA8000HD電機(jī)分析儀測試電機(jī)的轉(zhuǎn)速、角度和位置

?采用復(fù)雜控制系統(tǒng)（例如矢量場定向控制或FOC）的電機(jī)驅(qū)動器通常使用旋轉(zhuǎn)變壓器接口來向控制系統(tǒng)提供信號以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速、角度和絕對位置，控制系統(tǒng)需要此信息來正確計(jì)算所需的驅(qū)動輸出信號，電機(jī)驅(qū)動分析儀（例如MDA8000HD）可以直接從旋轉(zhuǎn)變壓器接口計(jì)算速度，角度和位置并將其顯示為波形，旋轉(zhuǎn)變壓器接口使調(diào)試和驗(yàn)證驅(qū)動器和控制系統(tǒng)更加容易。?

在下面的示例中，我們將展示如何使用Teledyne LeCroy MDA8000HD電機(jī)驅(qū)動分析儀和旋轉(zhuǎn)變壓器正弦，余弦和勵磁頻率信號，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速、角度和絕對位置，最常見的是，這些信號與驅(qū)動輸出電壓和電流信號以及其他控制系統(tǒng)信號一起被采集，用于行為互相關(guān)性分析和異常事件調(diào)試。

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旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路相差90度的模擬正弦波信號（正弦和余弦信號），以傳達(dá)機(jī)械旋轉(zhuǎn)和方向信息，簡單地說，旋轉(zhuǎn)變壓器是具有一個初級繞組和兩個次級繞組的旋轉(zhuǎn)變壓器，如下圖所示：

基本的單速旋轉(zhuǎn)變壓器有兩極繞組（一對磁極）， 勵磁信號通過R1和R3輸入（如上圖所示），而輸出信號出現(xiàn)在S1和S3，以及S2和S4， 對于單速兩極繞組（一對磁極）旋轉(zhuǎn)變壓器，這些輸出信號如下圖所示：

對于具有兩極繞組的基本旋轉(zhuǎn)變壓器，一個正弦/余弦對等于一轉(zhuǎn)，兩個信號的相對角度確定絕對轉(zhuǎn)子軸角度，為了在較低的轉(zhuǎn)速下具有較高的精度，可以使用具有兩個或多個正弦/余弦對的旋轉(zhuǎn)變壓器。

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用MDA8000HD計(jì)算角度、轉(zhuǎn)速和位置

MDA8000HD電機(jī)驅(qū)動分析儀簡化了這些值的計(jì)算，并將其顯示為與其他驅(qū)動器輸出功率信號或控制系統(tǒng)事件相關(guān)的時變波形，MDA8000HD高精度輸入通道采用12位ADC，MDA8000HD分析軟件處理旋轉(zhuǎn)變壓器接口信號并計(jì)算所需的數(shù)值，點(diǎn)擊文章底部 “閱讀原文”，在電機(jī)驅(qū)動分析儀軟件使用手冊中可以查找詳細(xì)的公式定義，計(jì)算如下：

MDA8000HD從勵磁頻率信號幅度峰值處的sin / cos信號比率的反正切計(jì)算瞬時角度，角度計(jì)算考慮轉(zhuǎn)子-磁極的數(shù)量，所得角度值的范圍從-π/2到π/2

將瞬時角度值轉(zhuǎn)換為0到2π（或0到360°）

計(jì)算單個勵磁頻率（周期）上的角度作為瞬時角度值的平均值

根據(jù)兩個角度計(jì)算之間的時間差和他們轉(zhuǎn)換時間差異計(jì)算瞬時轉(zhuǎn)速，同時考慮存在的齒輪比

從瞬時速度值的平均值得出單個勵磁（周期）的速度

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MDA8000HD的計(jì)算設(shè)置

下圖顯示了捕獲的旋轉(zhuǎn)變壓器正弦（M1黃色波形）、余弦（M2紅色波形）和勵磁頻率信號（M3藍(lán)色波形）信號以及MDA機(jī)械參數(shù)設(shè)置對話框，它使用了相對較低的采樣率250 kS/s和1.25 Mpts/Ch存儲深度，也可以使用MDA8000HD最大5 Gpts/Ch存儲深度，在采樣速率高達(dá)10 GS/s（為高速功率信號或相關(guān)控制事件信號）下，進(jìn)行更長時間的采集。



注意：MDA機(jī)械設(shè)置對話框還允許校正從分解器的機(jī)械位置到轉(zhuǎn)子磁場的角度值，這樣做允許直接顯示角度為電氣轉(zhuǎn)子磁場角度值，而不是機(jī)械分解器/軸角度，偏移角設(shè)置便于進(jìn)行這樣的校正（雖然在本示例中沒有展示）。



選擇分解器方法后，分配M1，M2和M3，并適當(dāng)選擇速度和角度單位和同步信號，然后，如上圖所示，進(jìn)行以下步驟：

顯示速度和角度計(jì)算的MDA數(shù)值表，表格顯示了整個采集過程中這些測量值的平均值，可以在MDA的數(shù)值對話框中打開

顯示速度值（橙色，從底部開始第二個）和角度值（深粉色，底部）的每周期波形，這些波形顯示了速度值和角度值隨時間的變化，并與原始采集信號在時間上相關(guān)，通過簡單地觸摸數(shù)值表中的相應(yīng)單元格就可以顯示這些波形

顯示速度和角度計(jì)算的MDA統(tǒng)計(jì)表，下表顯示了完整采集（40,000）中的速度值和角度值的最小值，最大值，平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差等，并且在顯示每周期波形時自動打開

顯示速度波形的600點(diǎn)Boxcar平均值的數(shù)學(xué)軌跡（F8，綠色，覆蓋在速度波形上）

啟用水平（時間）光標(biāo)，在相應(yīng)的描述符框中顯示速度和角度值的瞬時值

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總結(jié)

現(xiàn)代的電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)通常使用旋轉(zhuǎn)變壓器或其它復(fù)雜的速度、方向和位置傳感器，例如正交編碼器接口（QEI）或無刷直流（BLDC）霍爾傳感器，傳統(tǒng)的功率分析儀器僅受限于僅支持最基本的模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)速計(jì)接口，例如存在于驗(yàn)證測試單元中的功率表上的那些信號。

相比之下，Teledyne LeCroy電機(jī)驅(qū)動分析儀支持工程設(shè)計(jì)中常用的速度、方向和位置傳感器接口，可直接計(jì)算速度和角度信息，包括對電（轉(zhuǎn)子磁場）角度值進(jìn)行校正，因此，開發(fā)工程師可以更有效地調(diào)試和驗(yàn)證控制系統(tǒng)的運(yùn)行，而不需要在電動機(jī)和驅(qū)動器上安裝功率表，這在系統(tǒng)級是不可能的。

審核編輯：劉清