無(wú)可比擬的高可靠性，旋轉變壓器助力電機高能效發(fā)展

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）在電機中，為了實(shí)現完整的閉環(huán)控制，位置傳感向來(lái)是必不可少的。位置傳感的精確度很大程度上影響了電機整體控制的優(yōu)劣。這一類(lèi)器件里有很多不同原理不同特性的傳感，光電編碼、霍爾傳感等等，旋轉變壓器也是其中一種。

逐漸通用的旋轉變壓器

從機械設備角度來(lái)看，旋轉變壓器由靜止的定子和可移動(dòng)的轉子構成，這一構成和電機十分相似。定子分布激磁繞組、正余弦反饋繞組，轉子由硅鋼片疊壓而成，會(huì )隨電機運動(dòng)的角度變化。從電氣角度來(lái)看則是由為轉子供電的變壓器和用于測定角度的輔助變壓器構成。其輸出電壓與轉子角度會(huì )保持一定函數關(guān)系。

基于這種保持一定函數關(guān)系的特性，早期的旋轉變壓器多用在計算解答裝置中，在模擬計算中作為解算元件處理一些函數運算。而且這個(gè)時(shí)期，旋轉變壓器信號處理電路十分復雜，使用難度和成本都偏高，只有極少數應用會(huì )選用旋轉變壓器。

隨著(zhù)電子電路的不斷發(fā)展，信號處理能力經(jīng)歷了越階式的發(fā)展，同時(shí)隨著(zhù)電子電路整體集成化的提高，成本的下降，旋轉變壓器的信號處理不再那么復雜，成本不再是限制，性?xún)r(jià)比大幅提升。

旋轉變壓器最大的特點(diǎn)，就是可靠性極高。有經(jīng)過(guò)特殊電磁設計的高性能硅鋼片在整體結構上的加持，它有著(zhù)其他傳感器很難達到的可靠性，強大的耐熱、耐寒、耐油污、耐腐蝕、抗振以及抗沖擊性能讓旋轉變壓器一開(kāi)始就在工況惡劣的應用中占據重要地位。

可靠性高的旋轉變壓器，此前多用在軍工和航空航天領(lǐng)域。隨著(zhù)解碼技術(shù)的進(jìn)步以及下游民用需求的快速增長(cháng)，旋轉變壓器的應用不斷拓展，現在已經(jīng)在工業(yè)伺服和新能源汽車(chē)等領(lǐng)域開(kāi)始被廣泛使用。

在工業(yè)環(huán)境中旋轉變壓器的信號輸出可以不受振動(dòng)粉塵油污的影響，配置額外的電子裝置進(jìn)行信號處理和記錄旋轉的圈數提供單圈的絕對位置。比如很多工業(yè)機器人的伺服電機上就會(huì )配備旋轉變壓器。

新能源汽車(chē)的工況同樣惡劣，旋轉變壓器能很好地適應新能源汽車(chē)多變的惡劣工況，在新的電驅系統中，旋轉變壓器的使用有利于提高驅動(dòng)系統效率，進(jìn)而降低電機的整體能耗。家電領(lǐng)域如洗衣機、冰箱、空調等設備現在旋轉變壓器的應用也越來(lái)越多。

旋轉變壓器的應用取舍與未來(lái)發(fā)展

和電機匹配的位置傳感器種類(lèi)各式各樣，都有各自的特點(diǎn)。絕大多數應用里可能編碼器才是設計人員的第一選擇，電機和編碼器的搭配十分經(jīng)典。

在旋轉變壓器和編碼器的取舍中，其實(shí)本質(zhì)上還是取決于具體的應用場(chǎng)合對傳感的需求。工作的環(huán)境條件和系統控制電子裝置對傳感的需求是以高精方便為主，還是更看重可靠穩定。旋轉變壓器在惡劣復雜工況里的適用性其他傳感器無(wú)法比擬，但可以實(shí)現的最高精度與編碼器相比的確也差了一些。

采用四極繞組結構的旋轉變壓器精度會(huì )高一些，極對數越高，旋轉變壓器的機械精度越高，在對旋轉變壓器信號進(jìn)行數字轉換后，會(huì )獲得更高的分辨率。但是理論可以達到的最高精度還是和編碼器有距離。

另一點(diǎn)是編碼器能提供直接的數字輸出信號，而旋轉變壓器提供的是模擬輸出信號，因此需要配置額外的電子裝置進(jìn)行信號處理，對旋轉變壓器的輸出進(jìn)行軸角－數字轉換。配置過(guò)程會(huì )復雜一些。

但是這些目前還存在的限制并沒(méi)有阻礙工業(yè)伺服和新能源汽車(chē)中很多應用選擇旋轉變壓器，在極端環(huán)境條件下能提供穩定的位置輸出，對可靠性要求高的場(chǎng)合仍舊十分青睞這樣的旋轉變壓器。

為了適應更多應用場(chǎng)景，旋轉變壓器也在不斷提升性能上的上限。精度自然是要提高的，新的電磁設計、新的補償手段和新的工藝都在不斷提升旋變的精度。而高轉速是未來(lái)重要的發(fā)展方向，配合電機在高轉速下保持穩定的輸出性能。

小結

依靠高可靠性，旋轉變壓器現在已經(jīng)在工業(yè)、汽車(chē)、家電領(lǐng)域滲透到了很多應用中。在高能效電機發(fā)展的趨勢下，旋轉變壓器也在不斷往輕量化、集成化方向發(fā)展，為高能效電機發(fā)展提供助力。