技术领域
[0001] 本
发明提供一种
旋转变压器自动测试方法与装置，涉及电磁元件制造领域。
背景技术
[0002] 旋转变压器简称为旋变，是一种控制用的微
电机，它是利用
电磁感应原理将机械转
角变换成与该转角呈某一函数关系的电
信号的一种测量装置，相对于
光学编码器、
磁性编码器等其他
位置传感元件具有更好的环境适用性。旋转变压器的绕组极其复杂，一般定(转)子含有两套以上绕组。绕圈
匝数、槽中位置、绕组极性均有差异，这对操作工人技能要求极高。绕组的正确性对旋转变压器的性能指标有者重要影响。
[0003] 在传统生产工艺流程中，旋转变压器绕组装配完成后进行初始性能测试(简称初测)，筛除性能不满足指标的绕组组件，包括
相位错误、周期性错误、内部
短路等。不合格品的组件重新进行绕组装配后，再次进行初测。现有的旋转变压器测试方法完全依靠人工，将旋变固定于机械分度仪上，通过手动旋转找到零位
电压，再按一定角度步进逐次测试比较。这种方法耗功费时、操作繁琐且对操作者的作业规范有较大要求，稍有不慎便会导致测量数据的不准确，无法适应大批量测试需求，是阻碍旋转变压器批量产业化的
瓶颈。此外，一套高
精度旋变测试分度转台系统非常昂贵。随着测量仪器的智能化以及
接口技术的发展，旋转变压器的自动测试成为可能。
[0004] 刘雨棣《全自动旋转变压器参数测试仪》采用步进电机驱动旋变
转子转动，通过调节卡座保证旋变定转子之间的安装精度，由计算机中的labVIEW测试程序通过接口
电路控制步进电机转动，利用解码电路接受旋变
定子绕组输出的正、余弦信号，将其转化为2路编码脉冲和1路电压零位指示脉冲，并输入至计算机，计算机通过计算编码脉冲数获得旋变转角信息，由零位指示脉冲得到电压零位或转角参考起点。杨永进《旋转变压器全自动测试系统》由CNC全自动转台、测量仪器(角位置指示器，相位表，万用表)、基于51
单片机的
硬件控制电路和LabVIEW上位机
软件组成。二者实现了旋变参数的全自动测试，但其组成较复杂，并需使用计算机和大型测试软件，成本较高，且缺乏测试灵活性。
[0005] 陈军《高频双通道旋转变压器的计算机测试》采用人工测定电气零位+计算机自动确定、读取测试点位机械角度、电气角位置并自动计算电气误差的方法，获得旋转变压器的精度，实现了角度数据的自动读取，但并未实现旋变的自动驱动，且采用了高精度光学分度头以及先进的双通道
角位移指示器，成本较高。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是：克服
现有技术中的不足，提供一种易于操作、简单高效的旋转变压器自动测试方法与装置，操作简单、大大节约了测试工时，可以适应大批量测试需求，且自动测试系统组成简单、成本较低，且操作效率高、测试灵活性强，[0007] 本发明目的通过以下技术方案予以实现：
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种旋转变压器自动测试方法，该方法包括如下步骤：
[0009] 步骤一：转子低速旋转，定子
输出电压随之变化，当正弦输出电压Vs0≤10·U0时(U0为设计要求零位剩余电压)，进行步骤二；否则，随着转子的低速旋转，定子正弦输出电压恒Vs0＞10·U0时，判定结果为绕组内部短路问题，问题原因为绕组线皮磨损，测试结束；
[0010] 步骤二：转子低速旋转，定子输出电压随之变化，当正弦输出电压Vs0≤2·U0时，进行步骤三；否则，随着转子的低速旋转，定子正弦输出电压恒Vs0＞2·U0时，判定结果为旋变输出电压零位错误问题，问题原因为各绕组阻值差异性大，测试结束；
[0011] 步骤三：转子正、反转微调，定子正弦输出电压随之微小变化，当正弦输出电压Vs0＜U0时，转子停止微调，进行步骤四；否则，随着转子的正、反转微调旋转，定子正弦输出电压恒为Vs0＞2·U0，判定结果为旋变输出电压零位错误问题，问题原因为各绕组阻值差异性大，测试结束；
[0012] 步骤四：保持转子停止状态，测试
输出信号与激磁信号
相位差，当输出与激磁信号相位差≤Φ时( 为设计要求输出信号与激磁信号相位差)，输出相位正确，记录正、余弦输出电压Vs0、Vc0，进行步骤五；否则，判定结果为旋变输出电压相位错误问题，问题原因为绕组下错方向，测试结束；
[0013] 步骤五：控制旋变转子步进旋转角度N(αT/4)，其中，旋变转子转动角度αT，对应定子电压输出变化一个周期T，记录正、余弦输出电压Vs1、Vc1；
[0014] 步骤六：重复步骤五，记录正、余弦输出电压Vs2、Vc2，Vs3、Vc3，……，Vs2n、Vc2n；
[0015] 步骤七：分别对正、余弦输出电压进行统计分析，当正弦输出峰值电压Vs1、Vs3、……、Vs2n-1离散系数≥1，或者余弦输出峰值电压Vc0、Vc2、……、Vc2n离散系数≥1时，判定结果为输出电压周期性错误，问题原因为绕组下错槽，测试结束；否则，判定结果为无误，测试结束。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种旋转变压器自动测试装置，包括底座和设置在底座上的旋变测试工装、PLC
控制器、伺服
驱动器、控制按钮和主回路电源，所述主回路电源为伺服驱动器供电，所述控制按钮用于控制PLC控制器，所述PLC控制器用于控制伺服驱动器。
[0017] 在一可选
实施例中，上述旋变测试工装包括：旋转变压器转子、定子、定子
压板、
轴承压板、转子轴、
支撑套筒、
锁紧
螺母、
紧定螺钉、轴承、轴卡、
联轴器和
伺服电机，其中，旋转变压器转子与转子轴通过锁紧螺母连接为一体，转子轴通过轴承与支撑套筒配合连接，
轴承内圈通过轴卡固定于转子轴，
轴承外圈通过轴承压板固定于支撑套筒，伺服电机通过联轴器驱动转子轴转动，旋转变压器定子通过定子压板与支撑套筒连接为一体。
[0018] 在一可选实施例中，上述PLC控制器包括PLC COM端、PLC输入端和PLC输出端，所述控制按钮连接PLC COM端与PLC输入端，实现控制按钮对PLC控制器的控制，上述伺服驱动器包括伺服电机电源端、伺服电机编码端和I/O信号端，所述PLC控制器的PLC输出端与I/O信号端连接，实现PLC控制器对伺服驱动器的脉冲输出控制，所述伺服电机电源端与旋变测试工连接为旋变测试工装供电，伺服电机编码端与旋变测试工装连接为旋变测试工装中的伺服电机提供驱动脉冲。
[0019] 在一可选实施例中，上述旋变测试工装包括旋变输入输出端，所述旋变输入输出端包括输入端以及正弦输出端、余弦两相输出端。
[0020] 在一可选实施例中，上述控制按钮包括4只自复位控制
开关。
[0021] 在一可选实施例中，上述4只自复位控制开关分别用于控制旋变测试工装中的伺服电机分别实现低速旋转动作、正向微调动作、反向微调动作和固定角度步进旋转动作。
[0022] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0023] 本发明的这种旋转变压器自动测试方法，通过控制转子低速旋转、正反转微调旋转的方法高效准确的寻找定子正弦输出零位电压Vs0，并通过零位电压区间范围以及相位差，直观有效的判定问题类型。在确定正弦输出零位电压对应转子旋转位置的
基础上，通过控制转子定角度步进旋转αT/4，得到定子输出电压理论峰值点，并经过多次定角度步进旋转，得到定子输出电压理论峰值数据集，分别对正、余弦输出电压理论峰值数据集进行统计分析，以数据离散系数作为峰值电压一致性指标，实现了问题判定依据的量化，提高测试准确性。
[0024] 本发明的这种旋转变压器自动测试装置，依靠旋变测试工装中的转子轴与锁紧螺母对旋转变压器转子进行
定位约束，依靠旋变测试工装定子压板与支撑套筒对旋转变压器定子进行定位约束，通过保证旋变测试工装转子轴与支撑套筒的相对位置关系，保证了旋转变压器转子与定子相对配合精度，并且提高了转子与定子配合的装配效率。
[0025] 通过控制伺服驱动器的伺服电机编码端的脉冲
频率、脉冲数量可控制伺服电机的转动速度、转动角度；PLC控制器可对伺服驱动器进行脉冲输出控制；控制按钮可对PLC控制器各运动控制指令是否执行进行通断操作。由此实现了通过控制按钮对伺服电机转动参数的点动操作，在保证旋变测试灵活性的同时提高了测试便捷性。
附图说明
[0026] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0027] 图1是本发明实施例提供的旋转变压器自动测试方法的
流程图；
[0028] 图2是本发明实施例提供的旋转变压器自动测试装置的立体结构示意图；
[0029] 图3是本发明实施例提供的旋转变压器自动测试装置中旋变测试工装的结构示意图；
[0030] 图4是本发明实施例提供的旋转变压器自动测试装置的控制系统结构示意图；
[0031] 图中标识如下：
[0032] 1-旋变测试工装；2-PLC控制器；3-伺服驱动器；4-控制按钮；5-底座；6-旋变输入输出端；11-转子；12-定子；13-定子压板；14-轴承压板；15-转子轴；16-支撑套筒；17-锁紧螺母；18-紧定螺钉；19-轴承；20-轴卡；41-联轴器；42-伺服电机(内置减速器)；21-PLC COM端；22-PLC输入端；23-PLC输出端；31-伺服电机电源端；32-伺服电机编码端；33-I/O信号端；34-主回路电源。
具体实施方式
[0033] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0034] 图1是本发明实施例提供的旋转变压器自动测试方法的流程图，其中，旋变转子转动角度αT，对应定子电压输出变化一个周期T；U0、φ分别为设计要求零位剩余电压、输出信号与激磁信号相位差。
[0035] 如图1所示，本发明的这种旋转变压器自动测试方法的流程如下：
[0036] 步骤一：转子低速旋转，定子输出电压随之变化，当正弦输出电压Vs0≤10·U0时(U0为设计要求零位剩余电压)，进行步骤二；否则，随着转子的低速旋转，定子正弦输出电压恒Vs0＞10·U0时，判定结果为绕组内部短路问题，问题原因为绕组线皮磨损，测试结束；
[0037] 步骤二：转子低速旋转，定子输出电压随之变化，当正弦输出电压Vs0≤2·U0时，进行步骤三；否则，随着转子的低速旋转，定子正弦输出电压恒Vs0＞2·U0时，判定结果为旋变输出电压零位错误问题，问题原因为各绕组阻值差异性大，测试结束；
[0038] 步骤三：转子正、反转微调，定子正弦输出电压随之微小变化，当正弦输出电压Vs0＜U0时，转子停止微调，进行步骤四；否则，随着转子的正、反转微调旋转，定子正弦输出电压恒为Vs0＞2·U0，判定结果为旋变输出电压零位错误问题，问题原因为各绕组阻值差异性大，测试结束；
[0039] 步骤四：保持转子停止状态，测试输出信号与激磁信号相位差，当输出与激磁信号相位差≤Φ时( 为设计要求输出信号与激磁信号相位差)，输出相位正确，记录正、余弦输出电压Vs0、Vc0，进行步骤五；否则，判定结果为旋变输出电压相位错误问题，问题原因为绕组下错方向，测试结束；
[0040] 步骤五：控制旋变转子步进旋转角度N(αT/4)，其中，旋变转子转动角度αT，对应定子电压输出变化一个周期T，记录正、余弦输出电压Vs1、Vc1；
[0041] 步骤六：重复步骤五，记录正、余弦输出电压Vs2、Vc2，Vs3、Vc3，……，Vs2n、Vc2n；
[0042] 步骤七：分别对正、余弦输出电压进行统计分析，当正弦输出峰值电压Vs1、Vs3、……、Vs2n-1离散系数≥1，或者余弦输出峰值电压Vc0、Vc2、……、Vc2n离散系数≥1时，判定结果为输出电压周期性错误，问题原因为绕组下错槽，测试结束；否则，判定结果为无误，测试结束。
[0043] 如图2所示，本发明的这种旋转变压器自动测试装置，包括底座5和设置在底座上的旋变测试工装1、PLC控制器2、伺服驱动器3、控制按钮4和主回路电源34，所述主回路电源34为伺服驱动器3供电，所述控制按钮4用于控制PLC控制器，所述PLC控制器2用于控制伺服驱动器3。
[0044] 如图3所示，本发明的这种旋转变压器自动测试装置中的旋变测试工装具体包括：旋转变压器转子11、定子12、定子压板13、轴承压板14、转子轴15、支撑套筒16、锁紧螺母17、紧定螺钉18、轴承19、轴卡20、联轴器41和伺服电机42，其中，旋转变压器转子11与转子轴15通过锁紧螺母17连接为一体，转子轴15通过轴承19与支撑套筒16配合连接，轴承19内圈通过轴卡20固定于转子轴15，轴承19外圈通过轴承压板14固定于支撑套筒16，伺服电机42通过联轴器41驱动转子轴15转动。旋转变压器定子12通过定子压板13与支撑套筒16连接为一体。
[0045] 如图4所示，本发明的这种旋转变压器自动测试装置的控制系统具体包括：旋变测试工装1、PLC控制器2、伺服驱动器3、控制按钮4和主回路电源34，其中，PLC控制器包括PLC COM端21、PLC输入端22和PLC输出端23，所述控制按钮4连接PLC COM端21与PLC输入端22，实现控制按钮4对PLC控制器2的控制，上述伺服驱动器3包括伺服电机电源端31、伺服电机编码端32和I/O信号端33，所述PLC控制器的PLC输出端23与I/O信号端33连接，实现PLC控制器2对伺服驱动器3的脉冲输出控制，所述伺服电机电源端31与旋变测试工装1连接为旋变测试工装供电，伺服电机编码端32与旋变测试工装1连接以实现为旋变测试工装中的伺服电机提供驱动脉冲。
[0046] 具体讲，上述旋变测试工装1包括旋变输入输出端6，所述旋变输入输出端6包括输入端以及正弦输出端、余弦两相输出端。
[0047] 具体讲，上述控制按钮4可以包括4只自复位控制开关。
[0048] 具体讲，上述4只自复位控制开关分别用于控制旋变测试工装1中的伺服电机42分别实现低速旋转动作、正向微调动作、反向微调动作和固定角度步进旋转动作。
[0049] 具体讲，每只控制按钮接通时功能分配可实现伺服电机42的动作如表1所示：
[0050] 表1：
[0051]
[0052] 以下为本发明的一具体实施例，具体说明本发明的这种旋转变压器自动测试装置的工作过程：
[0053] 开始工作时，首先计算关键控制参数：
[0054] 根据旋变正余弦输出电压周期T与PLC控制器输出脉冲频率f的关系式为
[0055]
[0056] 其中，n为伺服电机
分辨率位数，i为伺服驱动器
齿轮比，iS为伺服电机减速器速比，NZ为旋变转子齿数。
[0057] 得到
[0058]
[0059] 转子旋转角度α与PLC控制器输出脉冲数NP的关系式为
[0060]
[0061] 转子正反转微调时，旋变输出电压单周期T内(转子旋转角度αT＝2·π/NZ)转子旋转微调角度步数NZ0决定测试精度Δα
[0062]
[0063] 由
[0064] α＝Δα (5)
[0065] 得到
[0066]
[0067] 即
[0068]
[0069] 即设置PLC控制器输出脉冲数为NP0，对应转子正反转微调角度步数NZ0。
[0070] 该旋变转子齿数NZ＝64，即转子旋转角度αT＝2·π/NZ＝5.625°，对应该旋变定子正余弦输出电压变化1个周期T。伺服电机选用分辨率位数为24，即伺服电机转动1圈对应224个脉冲，伺服电机带有减速器(速比iS＝50:1)，设置伺服驱动器齿轮比i＝224/105。PLC控制器选用最大脉冲频率fmax＝2×105脉冲/s。将以上数据带入式(2)、式(7)，得到关键控制参数为
[0071] ①当旋变正余弦输出电压周期T＝8s时，PLC控制器输出脉冲频率f＝9766脉冲/s。
[0072] ②当测试精度 时，PLC控制器输出脉冲数NP0＝3906脉冲。
[0073] ③当测试精度 时(对应定子电压输出变化一个周期T/4)，PLC控制器输出脉冲数NP0＝195300脉冲。
[0074] 根据计算得到的关键控制参数，设置PLC控制器输出脉冲频率f＝9766脉冲/s，使转子低速旋转，此时旋变正余弦输出电压周期T＝8s，便于对正弦输出电压Vs0的观察测试。当正弦输出电压Vs0≤500mV时(设计要求零位剩余电压U0＝50mV)，继续转子低速旋转，当正弦输出电压Vs0≤100mV时，转子停止转动。
[0075] 设置PLC控制器输出脉冲数NP0＝3906脉冲，使转子正、反转微调旋转，当正弦输出电压Vs0≤50mV时，转子停止微调。
[0076] 保持转子停止状态，测试输出信号与激磁信号相位差，当输出与激磁信号相位差≤20°时(设计要求输出信号与激磁信号相位差 )，输出相位正确，记录正、余弦输出电压Vs0、Vc0。
[0077] 设置PLC控制器输出脉冲数NP0＝195300脉冲，使转子步进旋转角度αT/4，记录正、余弦输出电压Vs1、Vc1，并重复步进，记录正、余弦输出电压Vs2、Vc2，Vs3、Vc3，……，Vs2n、Vc2n。
[0078] 分别对正、余弦输出电压进行统计分析，计算正弦输出峰值电压Vs1、Vs3、……、Vs2n-1离散系数≥1，或者余弦输出峰值电压Vc0、Vc2、……、Vc2n离散系数，对峰值电压一致性进行判定。
[0079] 工作时，通过主回路电源34为伺服驱动器3供电，利用伺服驱动器3伺服电机电源端31为旋变测试工装中的伺服电机22供电，利用伺服驱动器3伺服电机编码端32为旋变测试工装中的伺服电机22提供驱动脉冲。控制伺服驱动器3伺服电机编码端32脉冲频率、脉冲数量即可控制伺服电机22转动速度、转动角度。连接PLC输出端23及伺服驱动器3的I/O信号端33，实现PLC控制器2对伺服驱动器3的脉冲输出控制。连接控制按钮4与PLC COM端21、PLC输入端22，实现控制按钮4对PLC控制器2的控制。控制按钮4包括4只自复位控制开关，每只控制按钮接通时可实现功能分
配对伺服电机42动作具体如下表2所示。
[0080] 表2：
[0081]
[0082] 由上述实施例可见，本发明的这种旋转变压器自动测试方法提高了测试准确性。本发明的这种旋转变压器自动测试装置实现了通过控制按钮对伺服电机转动参数的点动操作，在保证旋变测试灵活性的同时提高了测试便捷性。
[0083] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0084] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
