Resolver/Transformer, també conegut com a resolutor síncron, és un sensor electromagnètic el principi de funcionament i funció del qual tenen una importància significativa en els sistemes d'automatització industrial i servocontrol.
I. Principi de funcionament del resolutor
El resolutor funciona segons el principi de la inducció electromagnètica: un flux magnètic canviant indueix una força electromotriu en un conductor. La seva funció bàsica consisteix a transferir energia elèctrica i convertir la informació de posició angular mitjançant la interacció entre un camp magnètic giratori i bobinatges estacionaris i rotatius.
1. Estructura bàsica
Un transformador rotatiu consta principalment de dues parts: l'estator i el rotor:
- Estator:El bobinatge de l'estator serveix com a costat primari del transformador, rebent tensió d'excitació. Les freqüències d'excitació solen utilitzar valors estàndard com ara 400 Hz, 3000 Hz i 5000 Hz. El bobinat de l'estator es fixa a la part estacionària, generant un camp magnètic giratori mitjançant corrent altern.
- Rotor:El bobinatge del rotor serveix com a costat secundari del transformador, rebent tensió induïda mitjançant acoblament electromagnètic. Compost per bobines de filferro, el bobinatge del rotor travessa un flux magnètic variable dins del camp magnètic giratori a mesura que canvia la seva posició angular. Això indueix magnituds variables de força electromotriu dins dels cables.
A més, els transformadors rotatius incorporen components auxiliars com ara sistemes de suport i sistemes d'inducció per garantir un funcionament estable i un mesurament precís.
2. Procés de funcionament
El procés de funcionament d'un transformador rotatiu es pot resumir en els passos següents:
- Procés d'excitació:La connexió de la font d'alimentació als bobinatges de l'estator genera un corrent altern, creant un camp magnètic giratori. Aquest camp magnètic giratori constitueix la base per al funcionament del transformador rotatiu.
- Procés d'inducció:A mesura que el rotor gira, els conductors dins dels bobinatges del rotor travessen un flux magnètic variable dins del camp magnètic giratori. Segons la llei de la inducció electromagnètica, aquestes línies de flux magnètic canviants indueixen una força electromotriu (EMF) en els bobinats del rotor.
- Acoblament magnètic i transferència de potència:A causa de l'acoblament magnètic entre els bobinats de l'estator i el rotor, la força electromotriu induïda en els bobinats del rotor s'acobla als bobinats de l'estator. Mitjançant diferents configuracions de cablejat, es poden assolir objectius com ara la transferència de potència i la transformació de corrent.
3. Característiques de la sortida
La tensió de sortida d'un transformador rotatiu manté una relació funcional específica amb la posició angular del rotor. Aquesta relació normalment pren la forma d'una funció sinus, cosinus o lineal. La forma exacta depèn dels paràmetres de disseny del transformador rotatiu i de la configuració del cablejat. Per exemple, en certs sistemes de detecció d'alta-precisió, la tensió de sortida pot seguir una funció sinusoïdal o cosinus relativa a l'angle del rotor; mentre que en alguns sistemes de mesura lineal, es pot mantenir una relació lineal.
II. Funcions dels transformadors rotatius
Els transformadors rotatius troben àmplies aplicacions en sistemes d'automatització industrial i servocontrol, amb les seves funcions principals resumides de la següent manera:
1. Mesura de la posició angular
La funció més fonamental d'un transformador rotatiu és mesurar el desplaçament angular d'un eix giratori. En detectar la magnitud i la direcció de la força electromotriu induïda als bobinats del rotor, es pot calcular l'angle de rotació del rotor. Aquest mètode de mesura ofereix una alta precisió, fiabilitat i un funcionament sense -contacte, el que el fa especialment adequat per a aplicacions que requereixen un control precís de la posició angular.
2. Mesura de la velocitat angular
Més enllà de la mesura de la posició, els transformadors rotatius poden mesurar la velocitat angular dels objectes en rotació. Controlant contínuament la velocitat de canvi de la força electromotriu induïda dins dels bobinatges del rotor, es pot calcular la velocitat angular. Aquest mètode de mesura és crucial per implementar la retroalimentació de velocitat i el control de llaç-tancat als sistemes de control de moviment.
3. Conversió de coordenades i càlcul de funcions
Els transformadors rotatius també poden funcionar com a elements computacionals per a la conversió de coordenades i el càlcul de funcions. En determinats sistemes de control complexos, la informació de posició angular s'ha de convertir en altres formats de coordenades o sotmetre's a operacions de funció específiques. Les característiques de sortida úniques dels transformadors rotatius faciliten la implementació d'aquestes funcions.
4. Aplicacions en Sistemes Servo
Dins dels sistemes de control de servo, els transformadors rotatius tenen un paper vital tant com a generadors de senyal d'angle com a detectors. Converteixen l'angle de rotació d'un motor en un senyal elèctric per a la transmissió al sistema de control alhora que reben senyals de comandament del sistema de control per ajustar l'angle de rotació del motor. Aquest mètode de control de-bucle tancat millora significativament la precisió i l'estabilitat dels servosistemes.
5. Sistemes de detecció d'alta-precisió
Els transformadors rotatius són una opció ideal per a sistemes que requereixen una detecció d'alta{0}}precisió. La seva gran precisió, fiabilitat i funcionament sense-contacte els fan molt utilitzats en l'aeronautica, la maquinària de precisió i altres camps. Per exemple, en els sistemes de pilot automàtic d'avions, els transformadors rotatius permeten mesurar amb precisió l'actitud i el rumb de l'avió; a les màquines-eina de precisió, aconsegueixen un control de posició d'alta-exactitud i una precisió de mecanitzat.
III. Tipus i característiques dels transformadors rotatius
Els transformadors rotatius es poden classificar en diversos tipus segons la seva estructura i principis de funcionament, cadascun amb característiques i escenaris d'aplicació únics.
1. Transformadors rotatius de dos-pols i de quatre-pols
- Transformador rotatiu de dos-pols: inclou un parell de pols magnètics tant a l'estator com al rotor. Aquesta estructura relativament senzilla ofereix una precisió limitada, adequada per a sistemes de control i mesura-de precisió general.
- Transformador rotatiu de quatre-pols: inclou dos parells de pols magnètics tant a l'estator com al rotor. Aquesta estructura proporciona una major precisió i estabilitat, la qual cosa la fa ideal per a sistemes de detecció de-alta precisió i sistemes de servocontrol.
2. Resolució de reticències variables
El resolutor de reluctància variable (VRR) és un tipus especialitzat de resolució que funciona en funció de l'efecte de reluctància en lloc de la inducció electromagnètica tradicional. Un VRR normalment consisteix en un bobinat d'estator i un o més rotors equipats amb pols o ranures sortints fetes de materials relutius (com els materials ferromagnètics).
Principi de funcionament
Quan s'aplica un corrent altern al bobinatge estacionari, genera un camp magnètic altern al seu voltant. A mesura que el rotor gira, el material de reluctància magnètica del rotor altera periòdicament la reluctància magnètica del camí magnètic. Aquest canvi en la reluctància provoca variacions en el flux magnètic, induint una força electromotriu (EMF) en el bobinat estacionari o un bobinatge de detecció addicional que és proporcional a la posició del rotor. Mitjançant la mesura d'aquesta força electromotriu induïda, es pot calcular la posició angular del rotor.
Característiques
- Alta precisió:A causa de la seva estructura i principi de funcionament únics, els transformadors rotatius de resistència magnètica solen oferir una alta precisió de mesura angular, cosa que els fa adequats per a sistemes de control que requereixen una retroalimentació de posició d'alta{0}}precisió.
- Alta fiabilitat:Sense components de contacte lliscant, els transformadors rotatius de resistència magnètica presenten una alta fiabilitat, minimitzant els errors causats pel desgast o el mal contacte.
- Forta adaptabilitat ambiental:Els transformadors rotatius resistents funcionen en un ampli rang de temperatures i presenten una robusta resistència a les interferències electromagnètiques, cosa que els fa adequats per a diversos entorns durs.
- Senyals de sortida rics:Més enllà de les dades fonamentals de posició angular, els transformadors rotatius resistius poden proporcionar senyals relacionats amb la velocitat, l'acceleració i altres paràmetres, proporcionant retroalimentació multi-dimensional als sistemes de control.
IV. Exemples d'aplicació de transformadors rotatius
1. Control de servomotors
En els sistemes de control de servomotors, els transformadors rotatius funcionen com a sensors de posició, supervisant contínuament la posició del rotor i retornant aquesta informació al controlador. El controlador ajusta l'estratègia de control del motor en funció d'aquest senyal de retroalimentació de posició per aconseguir un control de posició precís, control de velocitat i control de parell. L'alta precisió i l'estabilitat dels transformadors rotatius són crucials per millorar el rendiment global dels servosistemes.
2. Control de l'articulació del robot
Els transformadors rotatius s'utilitzen àmpliament en robots industrials i braços robòtics de precisió per a la detecció i control de la posició conjunta. Mitjançant la instal·lació de transformadors rotatius a les articulacions, es capturen les dades de l'angle de rotació-en temps real, cosa que permet un control precís de la trajectòria de moviment del robot. Aquest mètode de control millora significativament la precisió del treball robòtic i minimitza l'error acumulat.
3. Aplicacions aeroespacials
En aplicacions aeroespacials, els transformadors rotatius s'utilitzen àmpliament en sistemes de navegació i control d'actitud de les aeronaus a causa de la seva alta precisió i fiabilitat. Per exemple, dins dels sistemes de pilot automàtic d'aeronaus, els transformadors rotatius mesuren paràmetres crítics com ara els angles de pas, rodatge i guiñada, proporcionant una retroalimentació de posició precisa als sistemes de control de vol. També tenen un paper vital en l'ajust de l'actitud de les naus espacials i el control de l'estabilització.
4. Instruments de mesura de precisió
En instruments de mesura de precisió com ara dispositius òptics, microscopis de mesura i equips de processament làser, els transformadors rotatius s'utilitzen freqüentment com a components de mesura angular. La seva alta precisió i estabilitat garanteixen resultats de mesura precisos, millorant la precisió i la fiabilitat de la mesura dels instruments.
V. Resum
Com a sensor electromagnètic vital, el transformador rotatiu troba àmplies aplicacions en camps d'automatització industrial, servocontrol, aeroespacial i mesura de precisió. El seu principi de funcionament es basa en la inducció electromagnètica i l'efecte magnetoresistència, convertint i transmetent informació angular mesurant la posició relativa entre el rotor i l'estator. Els transformadors rotatius ofereixen avantatges com ara una alta precisió, fiabilitat, funcionament sense-contacte i una gran adaptabilitat ambiental, proporcionant solucions fiables per als sistemes que requereixen un control de posició precís. Amb els avenços tecnològics en curs, els transformadors rotatius tindran un paper cada cop més vital en més camps, impulsant l'avenç continu de l'automatització industrial i els processos intel·ligents.