Resolver/Transformer که به عنوان یک حلکننده سنکرون نیز شناخته میشود، یک حسگر الکترومغناطیسی است که اصل عملکرد و عملکرد آن در اتوماسیون صنعتی و سیستمهای کنترل سروو اهمیت قابل توجهی دارد.
I. اصل کاری Resolver
تفکیک کننده بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کند: یک شار مغناطیسی در حال تغییر، نیروی حرکتی الکتریکی را در یک هادی القا می کند. عملکرد اصلی آن شامل انتقال انرژی الکتریکی و تبدیل اطلاعات موقعیت زاویه ای از طریق تعامل بین یک میدان مغناطیسی دوار و هر دو سیم پیچ ثابت و دوار است.
1. ساختار اساسی
ترانسفورماتور دوار اصولاً از دو بخش تشکیل شده است: استاتور و روتور:
- استاتور:سیم پیچ استاتور به عنوان سمت اولیه ترانسفورماتور عمل می کند و ولتاژ تحریک را دریافت می کند. فرکانس های تحریک معمولاً از مقادیر استاندارد مانند 400 هرتز، 3000 هرتز و 5000 هرتز استفاده می کنند. سیم پیچ استاتور به قسمت ثابت ثابت می شود و یک میدان مغناطیسی دوار از طریق جریان متناوب ایجاد می کند.
- روتور:سیم پیچ روتور به عنوان سمت ثانویه ترانسفورماتور عمل می کند و ولتاژ القایی را از طریق کوپلینگ الکترومغناطیسی دریافت می کند. سیم پیچی روتور که از سیم پیچ تشکیل شده است، با تغییر موقعیت زاویه ای آن، شار مغناطیسی متفاوتی را در میدان مغناطیسی دوار طی می کند. این باعث القای مقادیر متفاوتی از نیروی الکتروموتور درون سیم ها می شود.
علاوه بر این، ترانسفورماتورهای دوار از اجزای کمکی مانند سیستم های پشتیبانی و سیستم های القایی برای اطمینان از عملکرد پایدار و اندازه گیری دقیق استفاده می کنند.
2. فرآیند عملیاتی
فرآیند کار یک ترانسفورماتور دوار را می توان در مراحل زیر خلاصه کرد:
- فرآیند تحریک:اتصال منبع تغذیه به سیم پیچ های استاتور یک جریان متناوب ایجاد می کند و یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی دوار پایه و اساس عملکرد ترانسفورماتور دوار را تشکیل می دهد.
- فرآیند القاء:با چرخش روتور، هادی های درون سیم پیچ های روتور، شار مغناطیسی متفاوتی را در میدان مغناطیسی دوار طی می کنند. طبق قانون القای الکترومغناطیسی، این خطوط شار مغناطیسی در حال تغییر، نیروی الکتروموتور (EMF) را در سیمپیچهای روتور القا میکنند.
- کوپلینگ مغناطیسی و انتقال نیرو:به دلیل اتصال مغناطیسی بین سیمپیچهای استاتور و روتور، نیروی الکتریکی القایی در سیمپیچهای روتور به سیمپیچهای استاتور جفت میشود. از طریق پیکربندی های مختلف سیم کشی، اهدافی مانند انتقال توان و تبدیل جریان قابل دستیابی است.
3. ویژگی های خروجی
ولتاژ خروجی ترانسفورماتور دوار رابطه عملکردی خاصی را با موقعیت زاویه ای روتور حفظ می کند. این رابطه معمولاً به شکل یک تابع سینوس، کسینوس یا خطی است. شکل دقیق به پارامترهای طراحی ترانسفورماتور دوار و پیکربندی سیم کشی بستگی دارد. برای مثال، در برخی از سیستمهای تشخیص دقیق{3}، ولتاژ خروجی ممکن است تابع سینوسی یا کسینوس نسبت به زاویه روتور باشد. در حالی که در برخی از سیستم های اندازه گیری خطی، ممکن است یک رابطه خطی حفظ شود.
II. توابع ترانسفورماتورهای دوار
ترانسفورماتورهای روتاری کاربردهای گسترده ای در اتوماسیون صنعتی و سیستم های کنترل سروو پیدا می کنند که وظایف اصلی آنها به شرح زیر خلاصه می شود:
1. اندازه گیری موقعیت زاویه ای
اساسی ترین عملکرد یک ترانسفورماتور دوار اندازه گیری جابجایی زاویه ای یک شفت دوار است. با تشخیص مقدار و جهت نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ های روتور، می توان زاویه چرخش روتور را محاسبه کرد. این روش اندازهگیری دقت، قابلیت اطمینان و عملکرد غیر تماسی را ارائه میکند و به ویژه برای برنامههایی که به کنترل موقعیت زاویهای دقیق نیاز دارند، مناسب است.
2. اندازه گیری سرعت زاویه ای
فراتر از اندازه گیری موقعیت، ترانسفورماتورهای دوار می توانند سرعت زاویه ای اجسام در حال چرخش را اندازه گیری کنند. با نظارت مداوم بر میزان تغییر در نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ های روتور، سرعت زاویه ای را می توان محاسبه کرد. این روش اندازه گیری برای اجرای بازخورد سرعت و کنترل حلقه بسته در سیستم های کنترل حرکت بسیار مهم است.
3. تبدیل مختصات و محاسبه تابع
ترانسفورماتورهای دوار همچنین می توانند به عنوان عناصر محاسباتی برای تبدیل مختصات و محاسبه تابع عمل کنند. در سیستمهای کنترل پیچیده خاص، اطلاعات موقعیت زاویهای باید به فرمتهای مختصات دیگر تبدیل شود یا تحت عملیات عملکرد خاص قرار گیرد. ویژگی های خروجی منحصر به فرد ترانسفورماتورهای دوار، اجرای این توابع را تسهیل می کند.
4. برنامه های کاربردی در سیستم های سروو
در سیستم های کنترل سروو، ترانسفورماتورهای دوار نقشی حیاتی به عنوان مولد سیگنال زاویه ای و آشکارساز دارند. آنها زاویه چرخش یک موتور را به سیگنال الکتریکی برای انتقال به سیستم کنترل تبدیل می کنند در حالی که همزمان سیگنال های فرمان را از سیستم کنترل دریافت می کنند تا زاویه چرخش موتور را تنظیم کنند. این روش کنترل حلقه بسته به طور قابل توجهی دقت و پایداری سیستم های سروو را افزایش می دهد.
5. سیستمهای تشخیص دقیق-
ترانسفورماتورهای دوار برای سیستم هایی که نیاز به تشخیص دقیق{0} بالا دارند، انتخاب ایده آلی هستند. دقت بالا، قابلیت اطمینان، و عملکرد غیر تماسی{2}} آنها را به طور گسترده در هوافضا، ماشین آلات دقیق و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می دهد. به عنوان مثال، در سیستم های خلبان خودکار هواپیما، ترانسفورماتورهای چرخشی اندازه گیری دقیق وضعیت و سمت هواپیما را امکان پذیر می کنند. در ماشینابزارهای دقیق، کنترل موقعیت و دقت ماشینکاری با دقت بالا-به دست میآیند.
III. انواع و ویژگی های ترانسفورماتورهای دوار
ترانسفورماتورهای دوار را می توان بر اساس ساختار و اصول عملکرد به انواع مختلفی دسته بندی کرد که هر کدام دارای ویژگی ها و سناریوهای کاربردی منحصر به فردی هستند.
1. ترانسفورماتور دوار -قطبی و چهار{2}}
- دو-ترانسفورماتور دوار قطبی: دارای یک جفت قطب مغناطیسی در استاتور و روتور. این ساختار نسبتاً ساده دقت محدودی را ارائه میکند که برای سیستمهای اندازهگیری و کنترل با دقت کلی- مناسب است.
- ترانسفورماتور چرخشی چهار قطبی: دارای دو جفت قطب مغناطیسی در استاتور و روتور است. این ساختار دقت و پایداری بالاتری را ارائه میکند و آن را برای سیستمهای تشخیص با دقت بالا و سیستمهای کنترل سروو ایدهآل میکند.
2. حل کننده اکراه متغیر
حلکننده رلوکتانس متغیر (VRR) یک نوع تخصصی از حلکننده است که بر اساس اثر رلوکتانس به جای القای الکترومغناطیسی سنتی عمل میکند. یک VRR معمولاً شامل یک سیمپیچ استاتور و یک یا چند روتور مجهز به قطبها یا شکافهای برجسته ساختهشده از مواد غیرفعال (مانند مواد فرومغناطیسی) است.
اصل کار
هنگامی که یک جریان متناوب به سیم پیچ ثابت اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی متناوب در اطراف آن ایجاد می کند. همانطور که روتور می چرخد، مواد مغناطیسی روی روتور به طور دوره ای عدم تمایل مغناطیسی مسیر مغناطیسی را تغییر می دهد. این تغییر در رلوکتانس باعث تغییرات در شار مغناطیسی می شود، که باعث ایجاد نیروی الکتروموتور (EMF) در سیم پیچ ثابت یا یک سیم پیچ تشخیص اضافی که متناسب با موقعیت روتور است، می شود. با اندازه گیری این نیروی الکتروموتور القایی می توان موقعیت زاویه ای روتور را محاسبه کرد.
ویژگی ها
- دقت بالا:ترانسفورماتورهای چرخشی مقاومت مغناطیسی به دلیل ساختار منحصر به فرد و اصل عملکردشان، معمولاً دقت اندازه گیری زاویه ای بالایی را ارائه می دهند، و آنها را برای سیستم های کنترلی که نیاز به بازخورد موقعیت{0} با دقت بالا دارند، مناسب می کند.
- قابلیت اطمینان بالا:بدون اجزای تماس لغزشی، ترانسفورماتورهای دوار مقاومت مغناطیسی قابلیت اطمینان بالایی از خود نشان می دهند و خرابی های ناشی از سایش یا تماس ضعیف را به حداقل می رساند.
- سازگاری قوی با محیط:ترانسفورماتورهای دوار مقاومتی در محدوده دمایی وسیعی کار می کنند و مقاومت بالایی در برابر تداخل الکترومغناطیسی از خود نشان می دهند که آنها را برای محیط های مختلف سخت مناسب می کند.
- سیگنال های خروجی غنی:فراتر از دادههای موقعیت زاویهای بنیادی، ترانسفورماتورهای دوار مقاومتی میتوانند سیگنالهای مربوط به سرعت، شتاب و سایر پارامترها را ارائه دهند و بازخورد چند بعدی- را به سیستمهای کنترل ارائه دهند.
IV. نمونه های کاربردی ترانسفورماتورهای دوار
1. کنترل سروو موتور
در سیستمهای کنترل سروو موتور، ترانسفورماتورهای دوار به عنوان حسگرهای موقعیت عمل میکنند و به طور مداوم موقعیت روتور را نظارت میکنند و این اطلاعات را به کنترلکننده برمیگردانند. کنترل کننده استراتژی کنترل موتور را بر اساس این سیگنال بازخورد موقعیت تنظیم می کند تا به کنترل دقیق موقعیت، کنترل سرعت و کنترل گشتاور دست یابد. دقت و پایداری بالا ترانسفورماتورهای دوار برای افزایش عملکرد کلی سیستم های سروو بسیار مهم است.
2. ربات کنترل مشترک
ترانسفورماتورهای چرخشی به طور گسترده در ربات های صنعتی و بازوهای رباتیک دقیق برای تشخیص و کنترل موقعیت مفصل استفاده می شوند. با نصب ترانسفورماتورهای چرخشی در مفاصل، دادههای زاویه چرخش در زمان واقعی-گرفته میشود و امکان کنترل دقیق بر مسیر حرکت ربات را فراهم میکند. این روش کنترل به طور قابل توجهی دقت کار رباتیک را بهبود می بخشد و خطای تجمعی را به حداقل می رساند.
3. کاربردهای هوافضا
در کاربردهای هوافضا، ترانسفورماتورهای چرخشی به دلیل دقت و قابلیت اطمینان بالا به طور گسترده در سیستم های کنترل وضعیت و ناوبری هواپیما استفاده می شوند. به عنوان مثال، در سیستمهای خلبان خودکار هواپیما، ترانسفورماتورهای چرخشی پارامترهای حیاتی مانند زوایای گام، چرخش و انحراف را اندازهگیری میکنند و بازخورد موقعیتی دقیقی را برای سیستمهای کنترل پرواز فراهم میکنند. آنها همچنین نقش حیاتی در تنظیم نگرش فضاپیما و کنترل تثبیت دارند.
4. ابزارهای اندازه گیری دقیق
در ابزارهای اندازه گیری دقیق مانند دستگاه های نوری، میکروسکوپ های اندازه گیری و تجهیزات پردازش لیزری، ترانسفورماتورهای چرخشی اغلب به عنوان اجزای اندازه گیری زاویه ای استفاده می شوند. دقت و پایداری بالای آنها نتایج اندازه گیری دقیق را تضمین می کند و دقت اندازه گیری و قابلیت اطمینان دستگاه را افزایش می دهد.
V. خلاصه
به عنوان یک حسگر الکترومغناطیسی حیاتی، ترانسفورماتور دوار کاربردهای گسترده ای در زمینه های اتوماسیون صنعتی، کنترل سروو، هوافضا و زمینه های اندازه گیری دقیق پیدا می کند. اصل کار آنها بر اساس القای الکترومغناطیسی و اثر مقاومت مغناطیسی، تبدیل و انتقال اطلاعات زاویه ای با اندازه گیری موقعیت نسبی بین روتور و استاتور است. ترانسفورماتورهای دوار مزایایی از جمله دقت بالا، قابلیت اطمینان، عملکرد غیر تماسی و سازگاری محیطی قوی را ارائه می دهند و راه حل های قابل اعتمادی را برای سیستم هایی که نیاز به کنترل موقعیت دقیق دارند ارائه می دهند. با پیشرفتهای تکنولوژیکی مداوم، ترانسفورماتورهای دوار نقشهای حیاتی فزایندهای را در زمینههای بیشتر ایفا میکنند و باعث پیشرفت مداوم اتوماسیون صنعتی و فرآیندهای هوشمند میشوند.