Ein Drehtransformator(Resolver-Sensoren ) ist eine induktive Mikromaschine, deren Ausgangsspannung eine bestimmte funktionale Beziehung zur Winkelposition des Rotors einhält. Es handelt sich um einen Verschiebungssensor, der Winkelverschiebungen in elektrische Signale umwandelt und als Resolverelement zur Koordinatentransformation und Funktionsberechnung dient.
Es besteht aus einem Stator und einem Rotor. Die Statorwicklung fungiert als Primärseite des Transformators und empfängt die Erregerspannung, während die Rotorwicklung als Sekundärseite fungiert und durch elektromagnetische Kopplung eine induzierte Spannung erhält. Der Begriff „Rotationstransformator“ wird derzeit in China professionell verwendet und als „Rotationstransformator“ abgekürzt. Einige bezeichnen ihn als „Resolver“ oder „Zerleger“.
Drehtransformatoren werden in Bewegungsservosteuerungssystemen zur Erfassung und Messung der Winkelposition verwendet. Frühe Drehtransformatoren wurden in Rechen- und Lösungsgeräten als Hauptbestandteil analoger Computer verwendet. Ihr Ausgang ist ein elektrisches Signal, das sich mit der Winkelposition des Rotors in einer bestimmten Funktion ändert, typischerweise sinusförmig, kosinusförmig oder linear. Diese Funktionen sind allgemein verbreitet und einfach zu implementieren. Durch eine spezielle Gestaltung der Wicklungen ist es auch möglich, elektrische Ausgänge bestimmter Sonderfunktionen zu erzeugen, diese Funktionen werden jedoch nur bei besonderen Anlässen verwendet und sind nicht allgemeingültig.
Mit der Entwicklung der Elektronikindustrie hat die Integration elektronischer Komponenten zugenommen und die Preise für Komponenten sind deutlich gesunken. Darüber hinaus haben Fortschritte in der Signalverarbeitungstechnologie die Signalverarbeitungsschaltungen von Drehtransformatoren einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger gemacht. Darüber hinaus hat das Aufkommen der Software-Dekodierung für die Signalverarbeitung das Problem der Signalverarbeitung flexibler und komfortabler gemacht. Dadurch hat sich die Anwendung von Drehtransformatoren erweitert und ihre Vorteile wurden besser ausgeschöpft.
**Funktionsprinzip des Drehtransformators**
Das Wesen eines Drehtransformators ist ein Transformator. Die wichtigsten Parameter ähneln denen von Transformatoren, wie z. B. Nennspannung, Nennfrequenz und Übersetzungsverhältnis. Der Unterschied besteht darin, dass die Primärseite und die Sekundärseite nicht fest sind, sondern sich relativ zueinander bewegen. Da sich der relative Winkel zwischen den beiden ändert, kann auf der Ausgangsseite eine Wellenform mit variierender Amplitude erhalten werden. Der Aufbau des Drehtransformators basiert auf dem oben genannten Prinzip: Die Amplitude des Ausgangssignals variiert mit der Position, die Frequenz bleibt jedoch unverändert. In praktischen Anwendungen werden zwei Ausgangsspulensätze mit einer Phasendifferenz von 90 Grad eingesetzt, was zu zwei Signalsätzen mit SIN- und COS-Amplitudenschwankungen führt.
Ein einkanaliges Winkelmesssystem kann aus zwei identischen Sinus- und Cosinus-Drehübertragern bestehen. Ein Drehtransformator fungiert als Sender, der andere als Steuertransformator. Der Sender wird durch eine Wechselstromquelle erregt. Die Genauigkeit des Drehtransformators beträgt 6‘, und die Genauigkeit des Einkanalsystems beträgt nicht weniger als 6‘. Um die Regelgenauigkeit des Systems zu verbessern, kann ein zweikanaliges Winkelmesssystem eingesetzt werden.
**Typen von Drehtransformatoren**
Rotationstransformatoren haben im Allgemeinen einen ähnlichen Aufbau wie ein Wickelläufermotor. Basierend auf unterschiedlichen Klassifizierungskriterien können verschiedene Typen oder Namen von Drehtransformatoren ermittelt werden.
- Aufgrund der unterschiedlichen Verwendung können sie in Rechendrehtransformatoren und Datenübertragungsdrehtransformatoren unterteilt werden.
- Basierend auf dem Funktionszusammenhang zwischen Ausgangsspannung und Rotorwinkel können sie in sinusförmige Drehtransformatoren, lineare Drehtransformatoren und proportionale Drehtransformatoren unterteilt werden.
- Basierend auf der relativen Positionsbeziehung und den spezifischen Rollen bei der Winkelberechnung oder den damit verbundenen Umwandlungs- und Signalübertragungssystemen, die von ihnen aufgebaut werden, können sie in Drehtransformator-Übertrager, Drehtransformator-Differentialübertrager und Drehtransformator-Transformatoren unterteilt werden.
Darüber hinaus können Rotationstransformatoren in kontaktbehaftete und berührungslose Typen (mit oder ohne Schleifringbürstenstruktur) unterteilt werden; Typen mit begrenztem Winkel und unbegrenztem Winkel basierend auf den Grenzen des Rotordrehwinkels; und Einpolpaar- und Mehrpolpaar-Drehtransformatoren basierend auf der Differenz in der Anzahl der Polpaare.
**Aufbau des Drehtransformators**
**Gebürsteter Drehtransformator:** Die Rotorwicklung wird direkt über Schleifringe und Bürsten herausgeführt. Es zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine geringe Größe aus, die Zuverlässigkeit ist jedoch gering und die Lebensdauer ist aufgrund des mechanischen Gleitkontakts zwischen Bürsten und Schleifringen kurz. Derzeit wird diese Bauform des Drehtransformators nur noch selten verwendet und der Schwerpunkt liegt auf bürstenlosen Drehtransformatoren.
**Bürstenloser Drehtransformator:** Er ist in zwei Hauptteile unterteilt, nämlich den Drehtransformatorkörper und den zusätzlichen Transformator. Die primären und sekundären Eisenkerne und Spulen des Zusatztransformators sind ringförmig und mit einem gewissen Radialspalt auf der Rotorwelle bzw. dem Gehäuse befestigt.
Die Rotorwicklung des Drehtransformatorkörpers ist mit der Primärspule des Zusatztransformators verbunden. Das elektrische Signal in der Primärspule des Zusatztransformators, also das elektrische Signal in der Rotorwicklung, wird indirekt über die elektromagnetische Kopplung und die Sekundärspule des Zusatztransformators ausgesendet.
Diese Struktur vermeidet die nachteiligen Auswirkungen, die durch einen schlechten Kontakt zwischen den Bürsten und Schleifringen verursacht werden, und verbessert so die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Drehtransformators, erhöht jedoch seine Größe, sein Gewicht und seine Kosten. Derzeit gibt es für bürstenlose Drehtransformatoren zwei Bauformen. Einer wird als bürstenloser Drehtransformator vom Ringtransformatortyp bezeichnet, der andere als Reluktanzdrehtransformator.
**Ringtransformator-Rotationstransformator:** Diese Struktur ermöglicht eine bürstenlose, berührungslose Leistung. Der rechte Teil in der Abbildung ist ein typischer Stator und Rotor eines Drehtransformators mit den gleichen Stator- und Rotorwicklungen wie ein Drehtransformator mit Bürsten zur Signalumwandlung. Der linke Teil ist der Ringtransformator. Seine eine Wicklung befindet sich konzentrisch auf dem Stator und die andere auf dem Rotor.
Die ringförmige Transformatorwicklung am Rotor ist zur Signalumwandlung mit der Rotorwicklung verbunden, und der Ein- und Ausgang seines elektrischen Signals erfolgt über den ringförmigen Transformator.
**Reluktanz-Rotationstransformator:** Die Erregerwicklung und die Ausgangswicklung des Reluktanz-Rotationstransformators sind im gleichen Satz von Statorschlitzen platziert und bleiben fixiert. Allerdings sind die Formen der Erregerwicklung und der Ausgangswicklung unterschiedlich. Das Ausgangssignal der Zweiphasenwicklung sollte weiterhin ein elektrisches Signal sein, das sinusförmig mit dem Winkel variiert und eine elektrische Winkeldifferenz von 90° aufweist.
Die Form des Rotormagnetpols ist speziell darauf ausgelegt, das Luftspaltmagnetfeld annähernd sinusförmig zu machen. Auch die Gestaltung der Rotorform muss der geforderten Polzahl entsprechen. Es ist ersichtlich, dass die Form des Rotors die Anzahl der Polpaare und die Form des Luftspaltmagnetfelds bestimmt. Reluktanzdrehtransformatoren werden im Allgemeinen in geteilter Form hergestellt und nicht miteinander kombiniert, sondern dem Benutzer in geteilter Form bereitgestellt und vom Benutzer zusammengebaut.
