Transformator obrotowy (Resolver Sensors ) to indukcyjna mikromaszyna, której napięcie wyjściowe utrzymuje określoną funkcjonalną zależność od położenia kątowego wirnika. Jest to czujnik przemieszczenia, który przetwarza przemieszczenie kątowe na sygnały elektryczne i służy jako element rezolwera umożliwiający transformację współrzędnych i obliczanie funkcji.
Składa się ze stojana i wirnika. Uzwojenie stojana działa jako strona pierwotna transformatora, odbierając napięcie wzbudzenia, podczas gdy uzwojenie wirnika działa jako strona wtórna, uzyskując napięcie indukowane poprzez sprzężenie elektromagnetyczne. Termin „transformator obrotowy” jest obecnie używany zawodowo w Chinach i jest skracany jako „transformator obrotowy”. Niektórzy nazywają go „resolwerem” lub „dekompozytorem”.
Transformatory obrotowe są stosowane w systemach sterowania serwomechanizmem ruchu do wykrywania i pomiaru położenia kątowego. Wczesne transformatory obrotowe były używane w urządzeniach obliczeniowych i rozwiązujących jako główny element komputerów analogowych. Ich sygnał wyjściowy to sygnał elektryczny, który zmienia się w zależności od położenia kątowego wirnika w określonej funkcji, zazwyczaj sinusoidalnej, cosinusowej lub liniowej. Funkcje te są powszechne i łatwe do wdrożenia. Dzięki specjalistycznej konstrukcji uzwojeń możliwe jest również wytwarzanie wyjść elektrycznych o określonych funkcjach specjalnych, ale funkcje te są używane tylko przy specjalnych okazjach i nie mają charakteru ogólnego.
Wraz z rozwojem przemysłu elektronicznego wzrosła integracja komponentów elektronicznych, a ceny komponentów znacznie spadły. Ponadto postęp w technologii przetwarzania sygnałów sprawił, że obwody przetwarzania sygnału transformatorów obrotowych są prostsze, bardziej niezawodne i tańsze. Co więcej, pojawienie się oprogramowania do dekodowania sygnału do przetwarzania sygnału uczyniło kwestię przetwarzania sygnału bardziej elastyczną i wygodną. W rezultacie rozszerzyło się zastosowanie transformatorów obrotowych, a ich zalety zostały w pełni wykorzystane.
**Zasada działania transformatora obrotowego**
Istotą transformatora obrotowego jest transformator. Kluczowe parametry są podobne do transformatorów, takie jak napięcie znamionowe, częstotliwość znamionowa i współczynnik transformacji. Różnica polega na tym, że jego strona pierwotna i strona wtórna nie są nieruchome, ale mają względny ruch. Gdy względny kąt między tymi dwoma zmianami się zmienia, po stronie wyjściowej można uzyskać przebieg o zmiennej amplitudzie. Konstrukcja transformatora obrotowego opiera się na powyższej zasadzie: amplituda sygnału wyjściowego zmienia się w zależności od położenia, ale częstotliwość pozostaje niezmieniona. W praktycznych zastosowaniach ustawia się dwa zestawy cewek wyjściowych z różnicą fazową 90 stopni, co daje dwa zestawy sygnałów o zmianach amplitudy SIN i COS.
Jednokanałowy układ pomiaru kąta może składać się z dwóch identycznych transformatorów obrotowych sinusoidalnych i cosinusoidalnych. Jeden transformator obrotowy pełni funkcję nadajnika, a drugi transformatora sterującego. Nadajnik jest wzbudzany przez źródło prądu przemiennego. Dokładność transformatora obrotowego wynosi 6', a dokładność układu jednokanałowego jest nie mniejsza niż 6'. Aby poprawić dokładność sterowania układu, można zastosować dwukanałowy układ pomiaru kąta.
**Typy transformatorów obrotowych**
Transformatory obrotowe mają na ogół konstrukcję podobną do silnika z uzwojonym wirnikiem. Różne typy lub nazwy transformatorów obrotowych można uzyskać w oparciu o różne kryteria klasyfikacji.
- W oparciu o różnicę w zastosowaniu można je podzielić na transformatory obrotowe do obliczeń i transformatory obrotowe do transmisji danych.
- W oparciu o zależność funkcyjną między napięciem wyjściowym a kątem wirnika można je podzielić na sinusoidalne transformatory obrotowe, liniowe transformatory obrotowe i proporcjonalne transformatory obrotowe.
- W oparciu o względną zależność położenia i specyficzne role w obliczaniu kąta lub budowanych przez nie powiązanych systemach konwersji i transmisji sygnału, można je podzielić na nadajniki z transformatorem obrotowym, przetworniki różnicowe z transformatorem obrotowym i transformatory z transformatorem obrotowym.
Dodatkowo transformatory obrotowe można podzielić na stykowe i bezkontaktowe (z lub bez konstrukcji szczotkowych z pierścieniem ślizgowym); typy o ograniczonym i nieograniczonym kącie w oparciu o ograniczenia kąta obrotu wirnika; oraz transformatory obrotowe jednobiegunowe i wielobiegunowe w oparciu o różnicę w liczbie par biegunów.
**Struktura transformatora obrotowego**
**Szczotkowany transformator obrotowy:** Uzwojenie wirnika jest prowadzone bezpośrednio przez pierścienie ślizgowe i szczotki. Charakteryzuje się prostą konstrukcją i niewielkimi rozmiarami, ale niezawodność jest słaba, a żywotność jest krótka ze względu na mechaniczny kontakt ślizgowy pomiędzy szczotkami i pierścieniami ślizgowymi. Obecnie ta konstrukcyjna forma transformatora obrotowego jest rzadko stosowana, a nacisk kładziony jest na bezszczotkowe transformatory obrotowe.
**Bezszczotkowy transformator obrotowy:** Jest podzielony na dwie główne części, mianowicie korpus transformatora obrotowego i transformator dodatkowy. Pierwotne i wtórne żelazne rdzenie i cewki dodatkowego transformatora są pierścieniowe i przymocowane odpowiednio do wału wirnika i obudowy, z pewną promieniową szczeliną.
Uzwojenie wirnika korpusu transformatora obrotowego połączone jest z uzwojeniem pierwotnym transformatora dodatkowego. Sygnał elektryczny w uzwojeniu pierwotnym transformatora dodatkowego, czyli sygnał elektryczny w uzwojeniu wirnika, jest przesyłany pośrednio poprzez sprzęgło elektromagnetyczne i cewkę wtórną transformatora dodatkowego.
Konstrukcja ta pozwala uniknąć niekorzystnych skutków spowodowanych słabym kontaktem szczotek z pierścieniami ślizgowymi, poprawiając niezawodność i żywotność transformatora obrotowego, ale zwiększa się jego rozmiar, waga i koszt. Obecnie bezszczotkowe transformatory obrotowe mają dwie formy konstrukcyjne. Jeden nazywany jest bezszczotkowym transformatorem obrotowym z transformatorem pierścieniowym, a drugi nazywany jest transformatorem obrotowym reluktancyjnym.
**Transformator obrotowy typu transformatora pierścieniowego:** Ta konstrukcja zapewnia pracę bezszczotkową i bezdotykową. Prawa część rysunku to typowy stojan i wirnik transformatora obrotowego, z tymi samymi uzwojeniami stojana i wirnika, co transformator szczotkowy do konwersji sygnału. Lewa część to transformator pierścieniowy. Jego jedno uzwojenie znajduje się na stojanie, a drugie na wirniku, umieszczonym koncentrycznie.
Pierścieniowe uzwojenie transformatora na wirniku jest połączone z uzwojeniem wirnika w celu konwersji sygnału, a wejście i wyjście jego sygnału elektrycznego jest uzupełniane przez transformator pierścieniowy.
**Reluktancyjny transformator obrotowy:** Uzwojenie wzbudzenia i uzwojenie wyjściowe reluktancyjnego transformatora obrotowego są umieszczone w tym samym zestawie żłobków stojana i pozostają nieruchome. Jednak formy uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia wyjściowego są różne. Sygnał wyjściowy uzwojenia dwufazowego powinien nadal być sygnałem elektrycznym, który zmienia się sinusoidalnie wraz z kątem i ma różnicę kąta elektrycznego wynoszącą 90°.
Kształt bieguna magnetycznego wirnika został specjalnie zaprojektowany, aby pole magnetyczne szczeliny powietrznej było w przybliżeniu sinusoidalne. Konstrukcja kształtu wirnika musi również spełniać wymaganą liczbę biegunów. Można zauważyć, że kształt wirnika determinuje liczbę par biegunów i kształt pola magnetycznego szczeliny powietrznej. Reluktancyjne transformatory obrotowe są zazwyczaj wykonane w formie dzielonej i nie łączone ze sobą, dostarczane użytkownikowi w postaci dzielonej, zmontowanej przez użytkownika.
