Le résolveur/transformateur, également connu sous le nom de résolveur synchrone, est un capteur électromagnétique dont le principe de fonctionnement et la fonction revêtent une importance significative dans les systèmes d'automatisation industrielle et d'asservissement.
I. Principe de fonctionnement du résolveur
Le résolveur fonctionne sur la base du principe de l'induction électromagnétique : un flux magnétique changeant induit une force électromotrice dans un conducteur. Sa fonction principale consiste à transférer de l'énergie électrique et à convertir les informations de position angulaire grâce à l'interaction entre un champ magnétique rotatif et des enroulements fixes et rotatifs.
1. Structure de base
Un transformateur rotatif se compose principalement de deux parties : le stator et le rotor :
- Stator :L'enroulement du stator sert de côté primaire du transformateur, recevant la tension d'excitation. Les fréquences d'excitation utilisent généralement des valeurs standard telles que 400 Hz, 3 000 Hz et 5 000 Hz. L'enroulement du stator est fixé à la partie fixe, générant un champ magnétique tournant par courant alternatif.
- Rotor:L'enroulement du rotor sert de côté secondaire du transformateur, recevant la tension induite par couplage électromagnétique. Composé de bobines de fil, l'enroulement du rotor traverse un flux magnétique variable dans le champ magnétique rotatif à mesure que sa position angulaire change. Cela induit des amplitudes variables de force électromotrice dans les fils.
De plus, les transformateurs rotatifs intègrent des composants auxiliaires tels que des systèmes de support et des systèmes d'induction pour garantir un fonctionnement stable et une mesure précise.
2. Processus opérationnel
Le processus de fonctionnement d'un transformateur rotatif peut être résumé dans les étapes suivantes :
- Processus d'excitation :La connexion de la source d'alimentation aux enroulements du stator génère un courant alternatif, créant un champ magnétique tournant. Ce champ magnétique tournant constitue la base du fonctionnement du transformateur rotatif.
- Processus d'induction :Lorsque le rotor tourne, les conducteurs à l'intérieur des enroulements du rotor traversent un flux magnétique variable dans le champ magnétique rotatif. Selon la loi de l'induction électromagnétique, ces lignes de flux magnétique changeantes induisent une force électromotrice (FEM) dans les enroulements du rotor.
- Couplage magnétique et transfert de puissance :En raison du couplage magnétique entre les enroulements du stator et du rotor, la force électromotrice induite dans les enroulements du rotor est couplée aux enroulements du stator. Grâce à différentes configurations de câblage, des objectifs tels que le transfert de puissance et la transformation du courant peuvent être atteints.
3. Caractéristiques de sortie
La tension de sortie d'un transformateur rotatif entretient une relation fonctionnelle spécifique avec la position angulaire du rotor. Cette relation prend généralement la forme d’une fonction sinus, cosinus ou linéaire. La forme exacte dépend des paramètres de conception du transformateur rotatif et de la configuration du câblage. Par exemple, dans certains systèmes de détection de haute-précision, la tension de sortie peut suivre une fonction sinusoïdale ou cosinusoïdale par rapport à l'angle du rotor ; alors que dans certains systèmes de mesure linéaires, une relation linéaire peut être maintenue.
II. Fonctions des transformateurs rotatifs
Les transformateurs rotatifs trouvent de nombreuses applications dans les systèmes d'automatisation industrielle et d'asservissement, leurs fonctions principales étant résumées comme suit :
1. Mesure de position angulaire
La fonction la plus fondamentale d'un transformateur rotatif est de mesurer le déplacement angulaire d'un arbre en rotation. En détectant l'ampleur et la direction de la force électromotrice induite dans les enroulements du rotor, l'angle de rotation du rotor peut être calculé. Cette méthode de mesure offre une précision, une fiabilité et un fonctionnement sans contact-, ce qui la rend particulièrement adaptée aux applications nécessitant un contrôle précis de la position angulaire.
2. Mesure de la vitesse angulaire
Au-delà de la mesure de position, les transformateurs rotatifs peuvent mesurer la vitesse angulaire des objets en rotation. En surveillant en permanence le taux de variation de la force électromotrice induite dans les enroulements du rotor, la vitesse angulaire peut être calculée. Cette méthode de mesure est cruciale pour la mise en œuvre du retour de vitesse et du contrôle en boucle fermée-dans les systèmes de contrôle de mouvement.
3. Conversion de coordonnées et calcul de fonction
Les transformateurs rotatifs peuvent également fonctionner comme éléments de calcul pour la conversion de coordonnées et le calcul de fonctions. Dans certains systèmes de contrôle complexes, les informations de position angulaire doivent être converties dans d'autres formats de coordonnées ou subir des opérations de fonctions spécifiques. Les caractéristiques de sortie uniques des transformateurs rotatifs facilitent la mise en œuvre de ces fonctions.
4. Applications dans les systèmes servo
Dans les systèmes de servocommande, les transformateurs rotatifs jouent un rôle essentiel en tant que générateurs et détecteurs de signaux angulaires. Ils convertissent l'angle de rotation d'un moteur en un signal électrique à transmettre au système de contrôle tout en recevant simultanément des signaux de commande du système de contrôle pour ajuster l'angle de rotation du moteur. Cette méthode de contrôle en boucle fermée-améliore considérablement la précision et la stabilité des systèmes d'asservissement.
5. Systèmes de détection de haute-précision
Les transformateurs rotatifs constituent un choix idéal pour les systèmes nécessitant une détection de haute-précision. Leur grande précision, leur fiabilité et leur fonctionnement sans contact-les rendent largement utilisés dans l'aérospatiale, les machines de précision et d'autres domaines. Par exemple, dans les systèmes de pilotage automatique des avions, les transformateurs rotatifs permettent de mesurer avec précision l'attitude et le cap de l'avion ; dans les machines-outils de précision, ils obtiennent un contrôle de position et une précision d'usinage de haute-précision.
III. Types et caractéristiques des transformateurs rotatifs
Les transformateurs rotatifs peuvent être classés en différents types en fonction de leur structure et de leurs principes de fonctionnement, chacun possédant des caractéristiques et des scénarios d'application uniques.
1. Transformateurs rotatifs à deux-pôles et à quatre-pôles
- Transformateur rotatif à deux pôles : comporte une paire de pôles magnétiques sur le stator et le rotor. Cette structure relativement simple offre une précision limitée, adaptée aux systèmes de mesure et de contrôle de précision générale-.
- Transformateur rotatif à quatre pôles : comporte deux paires de pôles magnétiques sur le stator et le rotor. Cette structure offre une précision et une stabilité supérieures, ce qui la rend idéale pour les systèmes de détection de haute -précision et les systèmes de servocommande.
2. Résolveur de réticence variable
Le résolveur à réluctance variable (VRR) est un type spécialisé de résolveur qui fonctionne sur la base de l'effet de réluctance plutôt que de l'induction électromagnétique traditionnelle. Un VRR se compose généralement d'un enroulement de stator et d'un ou plusieurs rotors équipés de pôles ou de fentes saillants constitués de matériaux réluctants (tels que des matériaux ferromagnétiques).
Principe de fonctionnement
Lorsqu'un courant alternatif est appliqué à l'enroulement stationnaire, il génère un champ magnétique alternatif autour de lui. Lorsque le rotor tourne, le matériau de réluctance magnétique sur le rotor modifie périodiquement la réluctance magnétique du chemin magnétique. Ce changement de réluctance provoque des variations du flux magnétique, induisant une force électromotrice (FEM) dans le bobinage fixe ou un bobinage de détection supplémentaire proportionnel à la position du rotor. En mesurant cette force électromotrice induite, la position angulaire du rotor peut être calculée.
Caractéristiques
- Haute précision :En raison de leur structure et de leur principe de fonctionnement uniques, les transformateurs rotatifs à résistance magnétique offrent généralement une précision de mesure angulaire élevée, ce qui les rend adaptés aux systèmes de contrôle nécessitant un retour de position de haute-précision.
- Haute fiabilité :Sans composants à contact glissant, les transformateurs rotatifs à résistance magnétique présentent une grande fiabilité, minimisant les pannes causées par l'usure ou un mauvais contact.
- Forte adaptabilité environnementale :Les transformateurs rotatifs résistifs fonctionnent sur une large plage de températures et présentent une résistance robuste aux interférences électromagnétiques, ce qui les rend adaptés à divers environnements difficiles.
- Signaux de sortie riches :Au-delà des données fondamentales de position angulaire, les transformateurs rotatifs résistifs peuvent fournir des signaux liés à la vitesse, à l'accélération et à d'autres paramètres, fournissant ainsi un retour multidimensionnel-aux systèmes de contrôle.
IV. Exemples d'application de transformateurs rotatifs
1. Contrôle du servomoteur
Dans les systèmes de commande de servomoteurs, les transformateurs rotatifs fonctionnent comme des capteurs de position, surveillant en permanence la position du rotor et renvoyant ces informations au contrôleur. Le contrôleur ajuste la stratégie de contrôle du moteur en fonction de ce signal de retour de position pour obtenir un contrôle de position, un contrôle de vitesse et un contrôle de couple précis. La haute précision et la stabilité des transformateurs rotatifs sont cruciales pour améliorer les performances globales des systèmes d'asservissement.
2. Contrôle conjoint du robot
Les transformateurs rotatifs sont largement utilisés dans les robots industriels et les bras robotiques de précision pour la détection et le contrôle de la position des articulations. En installant des transformateurs rotatifs au niveau des articulations,-des données d'angle de rotation en temps réel sont capturées, permettant un contrôle précis de la trajectoire de mouvement du robot. Cette méthode de contrôle améliore considérablement la précision du travail robotique et minimise les erreurs cumulées.
3. Applications aérospatiales
Dans les applications aérospatiales, les transformateurs rotatifs sont largement utilisés dans les systèmes de contrôle d'attitude et de navigation des avions en raison de leur haute précision et de leur fiabilité. Par exemple, dans les systèmes de pilotage automatique des avions, les transformateurs rotatifs mesurent des paramètres critiques tels que les angles de tangage, de roulis et de lacet, fournissant ainsi un retour de position précis aux systèmes de commandes de vol. Ils jouent également un rôle essentiel dans l’ajustement de l’attitude et le contrôle de la stabilisation des engins spatiaux.
4. Instruments de mesure de précision
Dans les instruments de mesure de précision tels que les appareils optiques, les microscopes de mesure et les équipements de traitement laser, les transformateurs rotatifs sont fréquemment utilisés comme composants de mesure angulaire. Leur haute précision et leur stabilité garantissent des résultats de mesure précis, améliorant ainsi la précision et la fiabilité des mesures des instruments.
V. Résumé
En tant que capteur électromagnétique vital, le transformateur rotatif trouve de nombreuses applications dans les domaines de l'automatisation industrielle, de l'asservissement, de l'aérospatiale et de la mesure de précision. Leur principe de fonctionnement est basé sur l'induction électromagnétique et l'effet magnétorésistance, convertissant et transmettant l'information angulaire en mesurant la position relative entre le rotor et le stator. Les transformateurs rotatifs offrent des avantages tels qu'une haute précision, une fiabilité, un fonctionnement sans -contact et une forte adaptabilité environnementale, fournissant ainsi des solutions fiables pour les systèmes nécessitant un contrôle de position précis. Avec les progrès technologiques continus, les transformateurs rotatifs joueront des rôles de plus en plus essentiels dans davantage de domaines, favorisant l'avancement continu de l'automatisation industrielle et des processus intelligents.