چگونه حسگرهای حل‌کننده ترانسفورماتور روتاری را عمیقاً درک کنیم

یک ترانسفورماتور دوار (Resolver Sensors ) یک میکرو ماشین القایی است که ولتاژ خروجی آن رابطه عملکردی خاصی را با موقعیت زاویه ای روتور حفظ می کند. این یک سنسور جابجایی است که جابجایی زاویه‌ای را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند و به عنوان یک عنصر تفکیک‌کننده قادر به تبدیل مختصات و محاسبه تابع عمل می‌کند.

از یک استاتور و یک روتور تشکیل شده است. سیم پیچ استاتور به عنوان سمت اولیه ترانسفورماتور عمل می کند که ولتاژ تحریک را دریافت می کند، در حالی که سیم پیچ روتور به عنوان سمت ثانویه عمل می کند و ولتاژ القایی را از طریق کوپلینگ الکترومغناطیسی به دست می آورد. اصطلاح 'ترانسفورماتور چرخشی' در حال حاضر به طور حرفه ای در چین استفاده می شود و به اختصار 'ترانسفورماتور چرخشی' نامیده می شود. برخی از آن به عنوان 'تحلیل کننده' یا 'تجزیه کننده' یاد می کنند.

ترانسفورماتورهای چرخشی در سیستم های کنترل سروو حرکت برای سنجش و اندازه گیری موقعیت زاویه استفاده می شوند. ترانسفورماتورهای دورانی اولیه در محاسبات و حل دستگاه ها به عنوان جزء اصلی رایانه های آنالوگ استفاده می شدند. خروجی آنها یک سیگنال الکتریکی است که با موقعیت زاویه ای روتور در یک تابع مشخص، معمولاً سینوسی، کسینوس یا خطی تغییر می کند. این توابع رایج و آسان برای پیاده سازی هستند. با طراحی تخصصی سیم پیچ ها، امکان تولید خروجی های الکتریکی با عملکردهای خاص نیز وجود دارد، اما این عملکردها فقط در مواقع خاص استفاده می شوند و عمومی نیستند.

با توسعه صنعت الکترونیک، ادغام قطعات الکترونیکی افزایش یافته و قیمت قطعات به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در فناوری پردازش سیگنال، مدارهای پردازش سیگنال ترانسفورماتورهای دوار را ساده‌تر، قابل اعتمادتر و ارزان‌تر کرده است. علاوه بر این، ظهور نرم افزار رمزگشایی برای پردازش سیگنال، موضوع پردازش سیگنال را انعطاف پذیرتر و راحت تر کرده است. در نتیجه، کاربرد ترانسفورماتورهای دوار گسترش یافته است و مزایای آنها به طور کامل درک شده است.

**اصول کار ترانسفورماتور روتاری**

ماهیت ترانسفورماتور دوار یک ترانسفورماتور است. پارامترهای کلیدی مشابه ترانسفورماتورها هستند، مانند ولتاژ نامی، فرکانس نامی و نسبت تبدیل. با این تفاوت که ضلع اولیه و ثانویه آن ثابت نیستند بلکه حرکت نسبی دارند. با تغییر زاویه نسبی بین این دو، شکل موجی با دامنه متغیر در سمت خروجی به دست می آید. طراحی ترانسفورماتور دوار بر اساس اصل فوق است: دامنه سیگنال خروجی با موقعیت متفاوت است، اما فرکانس بدون تغییر باقی می ماند. در کاربردهای عملی، دو مجموعه سیم‌پیچ خروجی با اختلاف فاز 90 درجه تنظیم می‌شوند که منجر به دو مجموعه سیگنال با تغییرات دامنه SIN و COS می‌شود.

یک سیستم اندازه گیری زاویه تک کانال می تواند از دو ترانسفورماتور چرخشی سینوسی و کسینوسی یکسان تشکیل شده باشد. یک ترانسفورماتور دوار به عنوان یک فرستنده و دیگری به عنوان یک ترانسفورماتور کنترل عمل می کند. فرستنده توسط یک منبع برق AC تحریک می شود. دقت ترانسفورماتور دوار 6' و دقت سیستم تک کاناله کمتر از 6' نیست. برای بهبود دقت کنترل سیستم می توان از سیستم اندازه گیری زاویه دو کاناله استفاده کرد.

**انواع ترانسفورماتورهای دوار**

ترانسفورماتورهای چرخشی معمولاً ساختاری شبیه به موتورهای روتور پیچشی دارند. انواع یا نام های مختلف ترانسفورماتورهای دوار را می توان بر اساس معیارهای طبقه بندی مختلف به دست آورد.

- بر اساس تفاوت کاربری می توان آنها را به ترانسفورماتورهای چرخشی محاسباتی و ترانسفورماتورهای چرخشی انتقال داده تقسیم کرد.

- بر اساس رابطه عملکرد بین ولتاژ خروجی و زاویه روتور، می توان آنها را به ترانسفورماتورهای چرخشی سینوسی، ترانسفورماتورهای دوار خطی و ترانسفورماتورهای دورانی متناسب تقسیم کرد.

- بر اساس رابطه موقعیت نسبی و نقش های خاص در محاسبه زاویه یا سیستم های تبدیل و انتقال سیگنال مربوطه ساخته شده توسط آنها، می توان آنها را به فرستنده ترانسفورماتور دوار، ترانسمیتر دیفرانسیل ترانسفورماتور دوار و ترانسفورماتور ترانسفورماتور دوار تقسیم کرد.

علاوه بر این، ترانسفورماتورهای دوار را می توان به انواع تماسی و غیر تماسی (با یا بدون ساختار برس حلقه لغزنده) تقسیم کرد. انواع زاویه محدود و زاویه نامحدود بر اساس محدودیت های زاویه چرخش روتور. و ترانسفورماتورهای دوار جفت تک قطبی و چند قطبی بر اساس اختلاف تعداد جفت قطب.

**ساختار ترانسفورماتور روتاری**

** ترانسفورماتور روتاری برس خورده:** سیم پیچ روتور مستقیماً از طریق حلقه های لغزنده و برس ها به بیرون هدایت می شود. با ساختار ساده و اندازه کوچک مشخص می شود، اما قابلیت اطمینان ضعیف است و به دلیل تماس مکانیکی لغزشی بین برس ها و حلقه های لغزنده، طول عمر آن کوتاه است. در حال حاضر، این فرم ساختاری ترانسفورماتور دوار به ندرت استفاده می شود و تمرکز بر روی ترانسفورماتورهای چرخشی بدون جاروبک است.

**ترانسفورماتور روتاری بدون جاروبک:** به دو قسمت اصلی یعنی بدنه ترانسفورماتور چرخشی و ترانسفورماتور اضافی تقسیم می شود. هسته ها و سیم پیچ های آهنی اولیه و ثانویه ترانسفورماتور اضافی به ترتیب به صورت حلقوی و با شکاف شعاعی مشخص بر روی شفت روتور و محفظه ثابت هستند.

سیم پیچ روتور بدنه ترانسفورماتور دوار با سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور اضافی متصل می شود. سیگنال الکتریکی در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور اضافی، به عنوان مثال، سیگنال الکتریکی در سیم پیچ روتور، به طور غیر مستقیم از طریق کوپلینگ الکترومغناطیسی و سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور اضافی ارسال می شود.

این ساختار از اثرات نامطلوب ناشی از تماس ضعیف بین برس ها و حلقه های لغزنده جلوگیری می کند و قابلیت اطمینان و عمر مفید ترانسفورماتور دوار را بهبود می بخشد، اما اندازه، وزن و هزینه آن افزایش می یابد. در حال حاضر ترانسفورماتورهای دوار بدون جاروبک دارای دو شکل ساختاری هستند. یکی از آنها ترانسفورماتور حلقوی نوع بدون جاروبک چرخشی و دیگری ترانسفورماتور چرخشی رلوکتانسی نامیده می شود.

** ترانسفورماتور حلقوی چرخشی نوع ترانسفورماتور: ** این ساختار به خوبی بدون برس و بدون تماس به دست می آید. قسمت سمت راست در شکل یک استاتور و روتور ترانسفورماتور دوار معمولی است، با همان سیم‌پیچ‌های استاتور و روتور مانند ترانسفورماتور دوار برس خورده برای تبدیل سیگنال. قسمت سمت چپ ترانسفورماتور حلقوی است. یک سیم پیچ آن روی استاتور و دیگری روی روتور است که به صورت متحدالمرکز قرار گرفته است.

سیم پیچ ترانسفورماتور حلقوی روی روتور برای تبدیل سیگنال به سیم پیچ روتور متصل می شود و ورودی و خروجی سیگنال الکتریکی آن توسط ترانسفورماتور حلقوی تکمیل می شود.

** ترانسفورماتور روتاری رلوکتانس:** سیم پیچ تحریک و سیم پیچ خروجی ترانسفورماتور چرخشی رلوکتانس در همان مجموعه شیارهای استاتور قرار می گیرد و ثابت می ماند. با این حال، اشکال سیم پیچ تحریک و سیم پیچ خروجی متفاوت است. سیگنال خروجی سیم پیچ دوفاز همچنان باید یک سیگنال الکتریکی باشد که به صورت سینوسی با زاویه تغییر می کند و دارای اختلاف زاویه الکتریکی 90 درجه است.

شکل قطب مغناطیسی روتور به طور ویژه طراحی شده است تا میدان مغناطیسی شکاف هوا تقریباً سینوسی باشد. طراحی شکل روتور نیز باید دارای تعداد قطب های لازم باشد. مشاهده می شود که شکل روتور تعداد جفت قطب ها و شکل میدان مغناطیسی شکاف هوا را تعیین می کند. ترانسفورماتورهای چرخشی رلوکتانس عموماً به صورت تقسیم شده ساخته می شوند و با هم ترکیب نمی شوند و به صورت تقسیم شده در اختیار کاربر قرار می گیرند و توسط کاربر مونتاژ می شوند.