Як електромагнітне з’єднання статор-ротор забезпечує визначення положення

А Резолвер , також відомий як синхронний резольвер, є електромагнітним датчиком, призначеним для вимірювання кутів обертання з високою точністю. Його робота базується на принципі електромагнітної індукції, коли взаємодія між статором (нерухомий компонент) і ротором (обертовий компонент) створює електричні сигнали, що залежать від положення. Нижче наведено детальне пояснення того, як цей електромагнітний зв’язок перетворює механічне обертання на вимірні електричні вихідні сигнали.

1. Структура сердечника та збудження
Резолвер складається з двох основних частин: статора та ротора. Статор містить первинні обмотки, що живляться від напруги збудження змінного струму (AC), як правило, на таких частотах, як 400 Гц, 3 кГц або 5 кГц. Це збудження створює обертове магнітне поле всередині статора. Ротор, механічно з’єднаний з валом, положення якого потрібно виміряти, містить вторинні обмотки, які обертаються в цьому магнітному полі.

2. Механізм електромагнітного зв'язку
Коли ротор обертається, відносне положення між обертовим магнітним полем статора та обмотками ротора змінюється. Обмотки ротора, часто розташовані ортогонально (наприклад, синусоїдна та косинусна обмотки), відчувають різні магнітні потоки. Відповідно до закону індукції Фарадея, ці змінні потоки індукують синусоїдальні напруги в обмотках ротора. Амплітуди цих індукованих напруг залежать від кутового зміщення між статором і ротором, як правило, після функцій синуса і косинуса кута ротора.

3. Характеристики сигналу
Вихідні сигнали з обмоток ротора є аналоговими напругами. Для одношвидкісного резольвера виходи:

• Синусний вихід (E_sin): пропорційний sinθ, де θ – кут ротора.

• Косинусний вихід (E_cos): пропорційний cosθ.

У багатошвидкісних резольверах (наприклад, у двоканальних системах) додаткові пари полюсів генерують високочастотні сигнали, підвищуючи роздільну здатність і забезпечуючи більш точне визначення кута.

4. Обробка сигналу та визначення позиції
Для перетворення синусоїдних/косинусних вихідних даних у придатні для використання дані позиції потрібні зовнішні схеми або алгоритми. Загальні методи включають:

• Аналоговий розподіл: використання tan−1 (Esin/Ecos) для обчислення θ, хоча це чутливо до шуму.

• Резолвер-цифрові перетворювачі (RDC): інтегральні схеми, які використовують петлі відстеження (наприклад, сервоконтури типу II) для декодування сигналів резольвера. Ці пристрої порівнюють вихідні дані резольвера з внутрішньо згенерованими еталонними значеннями, регулюючи до тих пір, поки помилка фази не буде мінімізована, таким чином відновлюючи кут ротора.

5. Переваги конструкції та застосування
Резолвери чудово працюють у суворих умовах завдяки своїй міцній конструкції (без оптичних компонентів чи контактів) і стійкості до електромагнітних перешкод. Вони широко використовуються в:

• Системи керування двигуном: Забезпечення зворотного зв’язку в реальному часі для серводвигунів у робототехніці, аерокосмічній техніці та автоматизації.

• Аерокосмічна промисловість і оборона: критично важливий для застосувань, які вимагають високої надійності та стійкості до екстремальних вібрацій/температур.

• Промислове обладнання: у прецизійних інструментах для обробки, де системи на основі резольвера забезпечують роздільну здатність у межах кутової хвилини.

6. Ключові параметри, що впливають на продуктивність

• Частота збудження: впливає на співвідношення сигнал/шум і пропускну здатність системи.

• Кількість пар полюсів: визначає роздільну здатність і діапазон вимірювання.

• Конфігурація обмотки: оптимізовано для лінійних або нелінійних (наприклад, синусоїдальних) вихідних залежностей.

Таким чином, здатність резольвера перетворювати механічне обертання в електричні сигнали за допомогою електромагнітного зв’язку робить його життєво важливим компонентом у системах, які вимагають точного вимірювання кута. Його конструктивний баланс між простотою, міцністю та точністю забезпечує його актуальність у сучасних інженерних додатках.