transformador diferencial variable rotativo

Un transformador diferencial variable rotatorio ( RVDT ) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir el desplazamiento angular . El transformador tiene un rotor que puede girar mediante una fuerza externa. El transformador actúa como un transductor electromecánico que genera una tensión de corriente alterna (CA) proporcional al desplazamiento angular de su eje. Un RVDT puede utilizarse como sensor basado en transformador para medir la posición rotacional en un rango limitado, pero requiere componentes electrónicos adicionales para un procesamiento e integración precisos de la señal. ^{[ 1 ]}

Durante su funcionamiento, se aplica una tensión de corriente alterna (CA) al primario del transformador para energizar el RVDT. Cuando se energiza con una tensión CA constante, la función de transferencia (tensión de salida frente al desplazamiento angular del eje) de cualquier RVDT en particular es lineal (dentro de una tolerancia especificada) en un rango específico de desplazamiento angular.

Los RVDT emplean acoplamiento electromagnético sin contacto, lo que proporciona una larga vida útil y una detección de posición fiable y repetible con alta resolución, incluso en condiciones de funcionamiento extremas. La mayoría de los RVDT constan de un estator laminado bobinado y un rotor bipolar saliente . El estator, con cuatro ranuras, contiene tanto el devanado primario como los dos devanados secundarios, que en algunos casos pueden estar conectados entre sí. Los RVDT ofrecen ventajas como robustez, coste relativamente bajo, tamaño reducido y baja sensibilidad a las variaciones de temperatura, tensión primaria y frecuencia.

Las dos tensiones inducidas de los devanados secundarios,${\displaystyle V_{1}}$y${\displaystyle V_{2}}$, varían linealmente con el ángulo mecánico del rotor, θ:

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

dónde${\displaystyle G}$es la ganancia o sensibilidad. El segundo voltaje se puede determinar mediante:

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

La diferencia${\displaystyle V_{1}-V_{2}}$proporciona un voltaje proporcional :

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

y la suma de los voltajes es una constante:

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

En consecuencia, la información angular que proporciona un RVDT es independiente de la tensión de entrada, la frecuencia y la temperatura .

Al expresar las ecuaciones matemáticas anteriores en una forma teórica, el funcionamiento del RVDT se puede explicar de la siguiente manera.

El funcionamiento básico del RVDT se basa en la rotación de un cojinete con núcleo de hierro alojado en un estator. La carcasa es de acero inoxidable pasivado. El estator consta de una bobina de excitación primaria y un par de bobinas de salida secundarias.

Se aplica una excitación de corriente alterna fija a la bobina del estator primario, la cual está acoplada electromagnéticamente a las bobinas secundarias. Este acoplamiento es proporcional al ángulo del eje de entrada. El par de salida está estructurado de manera que una bobina está en fase con la bobina de excitación y la segunda está desfasada 180° con respecto a ella.

Cuando el rotor se encuentra en una posición que distribuye el flujo disponible de manera uniforme entre las bobinas en fase y fuera de fase, las tensiones de salida se cancelan, dando como resultado una señal de valor cero. Esto se conoce como la posición cero eléctrica o EZ. Cuando el eje del rotor se desplaza de la posición EZ, las señales de salida resultantes presentan una relación de magnitud y fase proporcional al sentido de giro.

Dado que los RVDT funcionan esencialmente como un transformador, las variaciones en la tensión de excitación provocan cambios directamente proporcionales en la salida (relación de transformación). Sin embargo, la relación entre la tensión de salida y la tensión de excitación se mantiene constante. Como la mayoría de los sistemas de acondicionamiento de señal de RVDT miden la señal en función de la relación de transformación (TR), una deriva de la tensión de excitación superior al 7,5 % no suele afectar a la precisión del sensor y, por lo general, no es necesaria una regulación estricta de la tensión. La frecuencia de excitación debe controlarse dentro de ±1 % para mantener la precisión.

Aunque el RVDT puede operar teóricamente entre ±45°, su precisión disminuye rápidamente después de ±35°. Por lo tanto, sus límites operativos se encuentran principalmente dentro de ±30°, aunque algunos alcanzan hasta ±40°. Ciertos tipos pueden operar hasta ±60°.

Un RVDT también puede diseñarse con dos láminas , una que contiene el primario y la otra, los secundarios. Este tipo de interruptores puede funcionar con mayores revoluciones.

Un transformador similar se denomina transformador rotativo variable y contiene un único devanado secundario que proporciona un único voltaje:

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

• LVDT , contraparte de movimiento lineal del RVDT
• Codificador rotatorio
• Resolver , un sensor de ángulo que funciona en un rango completo de 360°.
• Synchro , una variante trifásica del resolver
• Transformador rotativo