平台/T 31996-2015《磁阻式多极旋转变压器通用技术条件》标准免费下载及解读——磁阻旋变测试方法

平台/T 31996-2015《磁阻式多极旋转变压器通用技术条件》是基于平台T 10241-2007 《旋转变压器通用技术条件》修改而来,标准内容基于磁阻旋变的特点而进行了调整。下面针对新标准对磁阻式旋变的技术要求及测试方案进行解读。

平台/T 31996-2015对磁阻式旋变的技术要求可以分为电气、环境、其他三个部分。

一、磁阻旋变电气参数要求

依据重要的程度,对旋变电气参数的要求大致进行排序:

*标记表示为重要测试项目。

#标记表示为可选测试项目。

1.1电气误差*

电气误差是旋变最基本最核心的技术指标,反应的是旋变电气输出角度值与实际角度值之差,也称为旋变的精度。

平台/T 31996标准对电气误差的要求如下:

电气误差应符合产品专用技术条件的规定,电气误差环境试验后不应大于规定值的1.25

对于磁阻型旋变,通常2对极的的电气误差小于±1°,4对极<±0.5°。其电气误差的测试方案以旋变的专用技术条件为要求。

 

电气误差的测量需要作为基准位置参考的高精度转台及将旋变输出解算为实际角度的解算器(R/D解算器)。对于这两者的误差越小越好,至多不能大于被测旋变电气误差的1/4。转台作为绝对位置的参考,建议定位的绝对精度为旋变电气误差的1/10或更小。

旋变电气误差的测量目前大多为静态下进行测试。这有三个原因:一是旋变可实时连续反馈角度变化,旋转状态与静止状态的电气误差并无区别;二是旋转状态对测量仪器的精度及同步要求过高;三是旋转状态下测试系统无法计量溯源。

对于电气误差的测试,标准给出的方法如下:

从基准电气零位开始,转子正向旋转使相敏电压表指示的基波同相分量为零,依次读取所有点的零位误差,然后在最大正负零位误差所处的极对下各测一对极(当出现多个相同最大正值或负值时,应取最大正、负值的空间位置相差近180°机械角度的两个位置),每对极测24点(电气角度每隔15°测一点)。测量中转子正向旋转使相敏电压表指示的基波同相分量为零,分别记下转子实际机械角度与其相应的理论电气位置所对应的机械角度,计算两者之差,超前为正偏差,滞后为负偏差,取其中绝对值最大的偏差作为电气误差。

由于旋变的电气零位点存在着零位剩余电压,剩余电压由基波电压的正交分量、噪声和谐波组成,普通电压表无法检测识别,因此需要相敏电压表来寻找。考虑到多极旋变测试,标准提出找到所有基准电气零位,然后找出零位误差最大的那一対极进行测试(以减小测试工作量)。但在实际操作中,至少存在三个问题:

1、基准电气零位的寻找极为耗费时间,甚至不如连续进行测试;

2、对于某些电气误差没有与极对数对称关系的旋变,仅测量一极有可能出现漏测的现象,导致不合格旋变误判合格;

3、每对极测量24点对于某些电气误差变化快速的旋变极有可能漏测最大最大点,导致电气误差测量出现偏差。

测量点数越密集,越会接近真实值。对于测试间隔的选取与电气误差曲线的关系会另外开一篇文章进行详细讲解,分析其最优策略。但是因为静态测试极为消耗时间,每一个测试点手动测试会耗费十余秒甚至更长时间,自动测试考虑转台旋转和读数稳定时间,就算最先进的SmartBRX旋变测试系统也需要2~4秒。因此国标期望通过仅测量一对极的24点来简化测量,因此在具体操作的时候,有两种解决方案:

一、静态完整测试

1、寻找到一个电气零位并标记为基准电气零位。

2、采用旋变角位置显示仪或旋转变压器分析仪直接测量输出的电气角度。

3、对于出厂测试可按照15°电气角间隔进行,对于性能测试建议按照更密集1~2°机械角进行测试。

静态完整测试会得到一张的电气误差曲线图。如下图所示,为某4极磁阻式旋变以1°机械角度为间隔测试得到的电气误差曲线图,可以看到这将旋变的电气误差特性完整地展现,这个旋变的电气误差与极对数呈现比较好的对称性,说明其齿数应当为极对数的整数倍。这种方法的问题是测试时间较长。

静态测试由于要考虑转台驱动时间和读数稳定时间,在使用旋变自动化测试系统(如SmartBRX旋变参数测试分析系统)的情况下目前的单点测试速度通常也在2秒以上,这就意味着仅测量一极24点也会耗费48秒以上的测试时间,而完整的360点测试将耗费十几分钟的测试时间,这对于产线批量测试来说是难以接受的速度。如果能在运动中进行连续读取测试那将大大加快测试效率。

二、动态测试

动态测试简要而言就是在旋变的旋转过程中进行连续取样和测试。动态测试在国外的产线上已经应用相当成熟,如日本多摩川和美琣亚,美国泰科等都是采用动态测试技术。

动态测试会解算得到三条曲线:

1、电气角度实时曲线(锯齿波状);

2、参考角度实时曲线(锯齿波状);

3、两者做差运算得到的电气误差实时曲线。

动态测试面对的一大问题是解算的精度,不仅是电气角度和参考的编码器角度解算在运动过程中精度不高,而且两者的同步问题极容易导致最终结果的解算偏差极大。18款的SmartBRX旋变动态测试分析系统支持动态和静态双模测试功能,这样不仅极大提高了旋变测试效率,而且可以将动态测试结果与静态测试进行比对,并且通过计量静态指标从而间接计量动态测试。这种方法是兼顾旋变效率与精度的最佳解决方案。

1.2绝缘介电强度*

磁阻旋变应能承受绕组对壳体500V及绕组之间100V(励磁电压≤20V)的绝缘介电强度试验。

1.3绝缘电阻*

绕组对壳体及绕组之间的绝缘电阻不小于50MΩ,高温条件下不小于10MΩ,湿热条件下不小于1MΩ。

 

1.4基准电气零位标记*

磁阻旋变任一电周期起始电气零位均可作为磁阻旋变的基准电气零位,应标注明显且牢固的“基准电气零位”标记。可与1.1测试项目合并。

基准电气零位的标记在磁阻旋变中并不是必须的,市面上大部分旋变都是没有这个标注的。这带来的问题就是:由于零点选取的不同,电气误差的测试结果会有所不同。这里更推荐采用峰峰误差指标的概念来评估旋变的好坏。

1.5空载电流

应符合产品专用技术条件规定。

1.6最大空载输出电压

应符合产品专用技术条件规定,偏差值应在规定值的±10%

1.7阻抗*

磁阻旋变的开路输入阻抗、短路输入阻抗应符合产品专用技术条件的规定,应在励磁绕组额定励磁及基准电气零位下进行测试。

由于与旋变解码部分阻抗匹配的存在,输入阻抗通常属于必测内容,输出阻抗则视情况而定。需要注意的是:由于循环励磁损耗的存在,磁阻旋变的阻抗需要在额定励磁下测定,因而不能够使用无法调节测量电压的LCR进行测量。测量方法有两种,一种是在额定励磁条件下串入一块电流表,这种方法会计入电流表的阻抗,导致测量值偏大(注意某些万用表由于使用有感电阻等原因其阻抗会远大于直流电阻);第二种是使用专用的分析仪器,比如旋变分析仪,不仅可以分析出总阻抗值,而且可以计算出阻抗的实部与虚部,甚至电感值的大小。

1.8其他

除了以上参数,还有两个指标属于旋变必须标注的指标,这就是变压比和相位移。

变压比

变压比的测量标准定义为:在规定励磁条件下,最大空载输出电压的基波分量与励磁电压的基波分量之比。这句话的信息量非常大,正确的测量方法应当是用相位角电压表测量旋变正余弦中360°内的最大点的基波同相分量值与励磁电压基波值的比值。详细分析可以参考文章:《如何正确测量旋转变压器参数?——篇一:旋变变压比测试不容易》

相位移

相位移其实是正余弦电压与励磁电压的相位差在特殊点的取值。由于目前大部分解码芯片所采用的Type-Ⅱ跟踪环路技术的要求,限定了解码板从励磁输出到正余弦输入整个链路的相位差需小于45°,否则会导致解码紊乱,因此磁阻旋变的相位移通常需要限定在15°以内。相位移严格来说有正弦和余弦的分别,某些外国的测试标准中也确实明列了这两个值,但在标准未明确的情况下国内的普遍做法是取余弦在基准零点时候的相位作为相位移指标。

二、磁阻旋转变压器环境测试

磁阻旋转变压器因环境耐受性强、可靠性高而被广泛应用于各种恶劣环境中,其温度耐受可达-40~+150℃甚至更高,另还需考察震动、冲击、盐雾等耐受指标。

环境试验的目的是测试旋变在恶劣条件下指标的稳定性和可靠性。因此每项环境实验后,需对电气误差、绝缘电阻及介电强度重新进行试验,以考察环境因素对旋变造成的影响。

大部分环境试验对旋变均有一定破坏性,按规定仅需进行抽检(原则见4.4.5)。建议型式试验须考核的环境试验有高低温、温度变化、震动、冲击、湿热、盐雾试验。#低气压试验对旋变的实际影响不大,除特殊的航天用途通常可无需测试。#长霉试验可用材料合格证书代替,通常也无需试验。

2.1高、低温*

依据产品技术条件规定的温度上下限进行高低温试验。

旋变在不通电情况下温度控制在产品专用技术条件规定的高温或低温极限值(温差<±2℃),达到稳定温度后R1R3额定励磁,运行到稳定工作温度。在此条件下测试绝缘电阻应符合高温条件下不小于10MΩ,湿热条件下不小于1MΩ的要求。恢复到环境温度后测试绝缘介电强度需符合本标准要求,电气误差需不大于规定值的1.25倍。试验后各部件不能有影响其正常工作的裂纹或形变。

2.2温度变化*

依据平台/T 7345-20085.24.2规定进行温度变化试验,要求参考上文高、低温试验。

2.4湿热*

2.4.1恒定湿热

磁阻旋变应能承受温度为(40±2)℃相对湿度90%~95%时间为96h或产品专用技术条件规定的恒定湿热试验,试验后应无明显的外观质量变坏及影响正常工作的锈蚀。

2.4.2交变湿热

磁阻旋变应能承受平台/T 7345-20085.29.2.1规定的交变湿热试验,试验后应无明显的外表变坏及影响正常工作的锈蚀现象。

 

2.5震动*

依据平台/T 7345-2008中表7规定的一种正弦扫频震动或随机震动试验。试验后应无零部件松动或损坏。

 

2.6冲击

磁阻旋变应能承受平台/T 7345-2008中表8规定的一种冲击试验,试验后应无零件松动或损坏。

 

2.7稳态加速度

依据产品专用技术条件规定的稳态加速度试验。

 

2.8盐雾

旋变应能承受平台/T 7345-20085.33.1规定的盐雾试验,持续时间为16h。试验后任何部位不能有明显的腐蚀迹象和破坏性变质。

 

2.9低气压#

依据平台/T 7345-20085.25.1.2规定的方法进行低温、低气压试验。

分为高温低气压及低温低气压两相试验

2.10长霉#

磁阻旋变应能承受平台/T 7345-20085.34.1规定的长霉试验。试验后磁阻旋变长霉应不超过平台/T 2423.16规定的2级水平或产品专用技术条件的规定。(允许提供材料合格证明书代替)

三、磁阻旋转变压器其他试验

以下试验项目依据实际需要选择进行。

3.1电磁兼容

平台/T 7345-20085.32.2规定方法进行试验,试验时励磁绕组R1R3额定励磁,转子处于近似最大空载输出电压位置,将等于开路阻抗4倍的电阻负载加在输出绕组两段,检查电磁兼容。

3.2接线正确性

在基准电气零位如下图接线,正向转动转子,在90°范围内若相敏电压表读数反向增大则S2S4接线不正确。

3.3安全

依据平台 18211的规定进行安全试验。

四、磁阻旋转变压器实验条件及环境综述

4.1约定

磁阻旋变的标准频率、电压如下表所示:

频率:4001k2k5k7k10k20kHz

电压:57122640V

方向:从非出线端,转子逆时针为旋转正方向。

4.2环境要求

磁阻旋变的环境要求依据产品专用技术条件规定或下表:

4.3引出线定义

4.4试验说明

1、精度试验时,被试磁阻旋变的机壳应接地;

2、环境试验后性能指标允许降低,降低数值不应累加计算;

3、允许采用其他能保证试验精度的方法进行试验;

4、进行相应电气性能指标测试时,磁阻旋变应安装在角分度装置或专用支架上。

5、从批产品中随机抽取6台样机,其中4台供鉴定检验用,另外2台用于4台检定用机测试不合格时的替换。定型批产品不足6台时全部提交鉴定检验,最小样机数量为2台。

4.5实验装置和仪器

4.5.1角分度装置

平台/T31996-2015规定:电气误差在20′以上的磁阻旋变,角分度装置的误差应不大于1′。电气误差在20′及以下的磁阻旋变,角分度装置的误差应不大于15”

平台/T 10241-2007规定:角分度装置的误差应不大于15”(0.0042°),旋转变压器与角分度装置联结时,安装不同心所引起的综合误差应不大于30”0.0083°)。

4.5.2相敏电压表

相敏电压表的输入阻抗应小于500kΩ电阻和30pF电容的并联阻抗。其最小指示应能分辨出磁阻旋变从零位偏离0.2’时的输出电压,并应具有抑制谐波电压和正交电压的能力,当谐波电压达到磁阻旋变最大输出电压的1%,和正交电压达到磁阻旋变最大输出电压的0.2%时,两者所产生的仪表指示应不大于被试磁阻旋变的转子从零位偏离0.2′时所产生的仪表指示。

4.5.3电气测量仪表

电气测量仪表的精度不低于1级。高阻抗电压表应用不低于1级的电工仪表进行校准。

4.5.4试验电源

磁阻旋变试验电源的电压幅值和频率偏差为±1%,谐波分量不大于1%,试验电压的波形为正弦波,波形失真度不大于1%。

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