Cum cuplajul electromagnetic stator-rotor permite detectarea poziției

O resolver , cunoscut și sub numele de resolver sincron, este un senzor electromagnetic conceput pentru a măsura unghiurile de rotație cu mare precizie. Funcționarea sa se bazează pe principiul inducției electromagnetice, în care interacțiunea dintre un stator (componentă fixă) și un rotor (componentă rotativă) generează semnale electrice dependente de poziție. Mai jos este o explicație detaliată a modului în care acest cuplaj electromagnetic traduce rotația mecanică în ieșiri electrice măsurabile.

1. Structura miezului și excitația
Resolverul este format din două părți principale: statorul și rotorul. Statorul conține înfășurări primare alimentate de o tensiune de excitație de curent alternativ (CA), de obicei la frecvențe precum 400 Hz, 3 kHz sau 5 kHz. Această excitație creează un câmp magnetic rotativ în interiorul statorului. Rotorul, legat mecanic de arborele a cărui poziție urmează să fie măsurată, prezintă înfășurări secundare care se rotesc în cadrul acestui câmp magnetic.

2. Mecanismul de cuplare electromagnetică
Pe măsură ce rotorul se rotește, poziția relativă dintre câmpul magnetic rotativ al statorului și înfășurările rotorului se modifică. Înfășurările rotorului, adesea dispuse ortogonal (de exemplu, înfășurări sinusoidale și cosinus), experimentează fluxuri magnetice variate. Conform Legii Inducției lui Faraday, aceste fluxuri în schimbare induc tensiuni sinusoidale în înfășurările rotorului. Amplitudinile acestor tensiuni induse depind de deplasarea unghiulară dintre stator și rotor, urmând de obicei funcțiile sinus și cosinus ale unghiului rotorului.

3. Caracteristicile semnalului
Semnalele de ieșire de la înfășurările rotorului sunt tensiuni analogice. Pentru un resolver cu o singură viteză, ieșirile sunt:

• Ieșire sinus (E_sin): proporțional cu sinθ, unde θ este unghiul rotorului.

• Ieșire cosinus (E_cos): proporțional cu cosθ.

În rezolutoarele cu mai multe viteze (de exemplu, sistemele cu două canale), perechile de poli suplimentare generează semnale de frecvență mai mare, îmbunătățind rezoluția și permițând detectarea unghiurilor mai fine.

4. Procesarea semnalului și extragerea poziției
Pentru a converti ieșirile sinus/cosinus în date de poziție utilizabile, sunt necesare circuite externe sau algoritmi. Metodele comune includ:

• Diviziune analogică: Folosind tan−1(Esin/Ecos) pentru a calcula θ, deși aceasta este sensibilă la zgomot.

• Convertoare Resolver-Digital (RDC): Circuite integrate care utilizează bucle de urmărire (de exemplu, bucle servo de tip II) pentru a decoda semnalele resolver. Aceste dispozitive compară ieșirile rezolutorului cu referințele generate intern, ajustându-se până când eroarea de fază este minimizată, recuperând astfel unghiul rotorului.

5. Avantaje de proiectare și aplicații
Resolvetorii excelează în medii dure datorită construcției lor robuste (fără componente optice sau contacte) și imunitate la interferențe electromagnetice. Sunt utilizate pe scară largă în:

• Sisteme de control al motoarelor: Furnizarea de feedback în timp real pentru servomotoarele din robotică, aerospațială și automatizare.

• Aerospațial și apărare: critic pentru aplicațiile care necesită fiabilitate ridicată și toleranță la vibrații/temperaturi extreme.

• Echipamente industriale: în instrumentele de prelucrare de precizie, unde sistemele bazate pe resolver permit rezoluția sub-arcminute.

6. Parametri cheie care influențează performanța

• Frecvența de excitare: Afectează raportul semnal-zgomot și lățimea de bandă a sistemului.

• Numărul de perechi de poli: determină rezoluția și domeniul de măsurare.

• Configurație înfășurare: optimizată pentru relații de ieșire liniare sau neliniare (de exemplu, sinusoidale).

Pe scurt, capacitatea rezolutorului de a transforma rotația mecanică în semnale electrice prin cuplare electromagnetică îl face o componentă vitală în sistemele care necesită măsurare unghiulară precisă. Echilibrul său de design între simplitate, robustețe și acuratețe asigură relevanța sa continuă în aplicațiile de inginerie moderne.