Drehbarer Differentialtransformator - Rotary variable differential transformer

Ein drehbarer variabler Differentialtransformator ( RVDT ) ist eine Art elektrischer Transformator, der zur Messung der Winkelverschiebung verwendet wird . Der Transformator hat einen Rotor, der durch eine äußere Kraft gedreht werden kann. Der Transformator wirkt als elektromechanischer Wandler, der eine Wechselspannung (AC) ausgibt, die proportional zur Winkelverschiebung seiner Rotorwelle ist.

Im Betrieb wird eine Wechselspannung an die Primärwicklung des Transformators angelegt, um den RVDT mit Strom zu versorgen. Bei Erregung mit einer konstanten Wechselspannung ist die Übertragungsfunktion (Ausgangsspannung gegenüber Wellenwinkelverschiebung) eines bestimmten RVDT über einen bestimmten Bereich der Winkelverschiebung linear (innerhalb einer bestimmten Toleranz).

RVDTs verwenden eine berührungslose elektromagnetische Kopplung, die selbst unter extremen Betriebsbedingungen eine lange Lebensdauer und eine zuverlässige, wiederholbare Positionserfassung mit hoher Auflösung bietet. Die meisten RVDTs bestehen aus einem gewickelten, laminierten Stator und einem hervorstehenden zweipoligen Rotor . Der Stator, der vier Schlitze enthält, enthält sowohl die Primärwicklung als auch die zwei Sekundärwicklungen, die in einigen Fällen miteinander verbunden sein können. RVDTs bieten Vorteile wie Robustheit, relativ geringe Kosten, geringe Größe und geringe Empfindlichkeit gegenüber Temperatur-, Primärspannungs- und Frequenzschwankungen.

Operation

Die zwei induzierten Spannungen der Sekundärwicklungen und variieren linear mit dem mechanischen Winkel des Rotors, θ: ${\ displaystyle V_ {1}}$${\ displaystyle V_ {2}}$

${\ displaystyle \ theta \ = G \ cdot \ \ left ({\ frac {V_ {1} -V_ {2}} {V_ {1} + V_ {2}}} \ right)}$

Wo ist die Verstärkung oder Empfindlichkeit. Die zweite Spannung kann bestimmt werden durch: ${\ displaystyle G}$

${\ displaystyle V_ {2} = V_ {1} \ pm \ G \ cdot \ \ theta \}$

Die Differenz ergibt eine proportionale Spannung: ${\ displaystyle V_ {1} -V_ {2}}$

${\ displaystyle \ Delta \ V = 2 \ cdot \ G \ cdot \ \ theta \}$

und die Summe der Spannungen ist eine Konstante:

${\ displaystyle C = \ sum \ V = 2 \ cdot \ V_ {0}}$

Folglich ist die von einem RVDT ausgegebene Winkelinformation unabhängig von der Eingangsspannung, Frequenz und Temperatur .

Wenn man die obigen mathematischen Gleichungen in eine theoretische Form bringt, kann die Arbeitsweise von RVDT wie folgt erklärt werden.

Die grundlegende RVDT-Konstruktion und der grundlegende Betrieb werden durch Drehen eines Eisenkernlagers bereitgestellt, das in einer untergebrachten Statoranordnung gelagert ist. Das Gehäuse besteht aus passiviertem Edelstahl. Der Stator besteht aus einer primären Erregerspule und einem Paar sekundärer Ausgangsspulen.

Eine feste Wechselstromerregung wird an die primäre Statorspule angelegt, die elektromagnetisch mit den sekundären Spulen gekoppelt ist. Diese Kupplung ist proportional zum Winkel der Eingangswelle. Das Ausgangspaar ist so strukturiert, dass eine Spule mit der Erregerspule in Phase ist und die zweite um 180 ° phasenverschoben mit der Erregerspule.

Wenn sich der Rotor in einer Position befindet, die den verfügbaren Fluss sowohl in der gleichphasigen als auch in der phasenverschobenen Spule gleichmäßig lenkt, heben sich die Ausgangsspannungen auf und führen zu einem Nullwertsignal. Dies wird als elektrische Nullposition oder EZ bezeichnet. Wenn die Rotorwelle von EZ verschoben wird, haben die resultierenden Ausgangssignale eine Größen- und Phasenbeziehung proportional zur Drehrichtung.

Da RVDTs im Wesentlichen wie ein Transformator funktionieren, führen Änderungen der Erregerspannungen zu direkt proportionalen Änderungen des Ausgangs (Transformationsverhältnis). Das Verhältnis von Spannung zu Erregerspannung bleibt jedoch konstant. Da die meisten RVDT-Signalkonditionierungssysteme das Signal als Funktion des Transformationsverhältnisses (TR) messen, hat eine Anregungsspannungsdrift von mehr als 7,5% normalerweise keinen Einfluss auf die Sensorgenauigkeit, und eine strikte Spannungsregelung ist normalerweise nicht erforderlich. Die Anregungsfrequenz sollte auf ± 1% eingestellt werden, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten.

Obwohl der RVDT theoretisch zwischen ± 45 ° arbeiten kann, nimmt die Genauigkeit nach ± ​​35 ° schnell ab. Daher liegen seine Betriebsgrenzen meist innerhalb von ± 30 °, einige jedoch bis zu ± 40 °. Bestimmte Typen können bis zu ± 60 ° betrieben werden.

Sorten

Ein RVDT kann auch mit zwei Laminierungen konstruiert werden , von denen eine die primäre und die andere die sekundären enthält. Diese Typen können bei größeren Umdrehungen arbeiten.

Ein ähnlicher Transformator wird als rotierender variabler Transformator bezeichnet und enthält nur eine Sekundärwicklung, die nur eine Spannung liefert:

${\ displaystyle V = G \ cdot \ \ theta \}$

Siehe auch

• LVDT , Gegenstück zur linearen Bewegung zum RVDT
• Drehcodierer
• Resolver , ein Winkelsensor, der über volle 360 ​​° arbeitet
• Synchro , eine dreiphasige Variante des Resolvers
• Hohe Genauigkeit

Verweise