ترانسفورماتور گردنده متغیر تفاضلی یا RVDT

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: ترانسفورماتور گردنده متغیر تفاضلی گونه‌ای از ترانسفورماتورهای الکتریکی است که برای اندازه گیری جابجایی‌های زاویه‌ای بکار می‌رود. به صورت دقیق‌تر یک RVDT عبارت است از یک ترانسدیوسر الکترومکانیکی که یک خروجی متناوب ایجاد می‌کند. ولتاژ خروجی به صورت خطی با زوایه جابجایی محور ورودی متناسب است. هنگامی که RVDT با استفاده از یک منبع ثابت متناوب تغذیه شود سیگنال خروجی در حدود یک بازه مشخص با زاویه جابجایی محور نسبت خطی دارد.

RVDT از یک ماشین الکتریکی بدون ذغال و بدون اتصال استفاده می‌کند تا عمر طولانی‌تر و قابلیت اعتماد بیشتری داشته باشد و قادر به موقعیت یابی تکرارپذیر باشد. این قابلیت اعتماد و تکرارپذیری، موقعیت یابی دقیق تحت شرایط کاری سخت را تضمین می‌کند.
بیشتر RVDT‌ها از سیم پیچ ها، استاتور ورقه ورقه و روتور دو قطبی قطب برجسته تشکیل می‌شوند. استاتور دارای چهار شکاف می‌باشد و دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه را در خود جای می‌دهد. در بعضی موارد سیم پیچ‌های ثانویه را به هم متصل می‌کنند.

عملکردRVDT

 

ولتاژهای القا شده در سیم پیچ‌های ثانویه -یعنی V1 و V2 - نسبت به زوایه مکانیکی روتور دارای اختلافی خطی هستند.

پس θ :

 

 

 G همان گین یا حساسیت است. V2 را می‌توان به دست آورد:

 

 

تفاضل بین V2 و V1 ولتاژ متناسب را به دست می‌دهد:

 

و مجموع ولتاژ‌ها مقداری ثابت است:

 

این مقدار ثابت -در زمان اندازه گیری زاویه- به RVDT پایداری زیادی می‌دهد چرا که این مقدار از ولتاژ ورودی، فرکانس یا حرارت مستقل است و قادر است تا خطا‌ها را آشکار سازد.

 

استفاده از معادلات ریاضی بالا در یک قالب تئوری سبب می‌شود تا کارکرد RVDT را بتوان به صورت زیر توضیح داد:

ساختار و عملکرد اساسی یک RVDT به وسیله چرخش یک هسته آهنی (روتور) در درون یک استاتور فراهم می‌شود. محل نصب روتور از فولادضدزنگ ساخته می‌شود. استاتور شامل سیم پیچهای اولیه (تحریک) و یک جفت سیم پیچ ثانویه (خروجی) است. یک جریان متناوب ثابت به سیم پیچ اولیه اعمال می‌شود که این جریان به صورت الکترومکانیکی با ثانویه کوپل می‌شود. این کوپلینگ با زوایه محور ورودی متناسب است. سیم پیچ‌های ثانویه به گونه‌ای طراحی شده اند که زمانی که یکی از آن‌ها همفاز با اولیه است سیم پیچ دیگر ۱۸۰ درجه با اولیه اختلاف فاز داشته باشد. هنگامی که روتور در موقعیتی باشد که شار موجود را به صورت مساوی بین دو سیم پیچ ثانویه تقسیم کند ولتاژ خروجی صفر می‌شود. این نقطه را نقطه صفر الکتریکی یا E.Z می‌نامند. هنگامی که محور نسبت به E.Z جابجا می‌شود ولتاژ خروجی دارای مقدار و زاویه فاز متناسب با جهت چرخش می‌شود. به دلیل اینکه RVDT اساسا مانند یک ترانسفورماتور عمل می‌کند ولتاژ اولیه با نسبت تبدیل ثابت به ثانویه منتقل می‌شود.

از آنجا که بیشتر RVDT‌ها سیگنال رابه عنوان تابعی از یک نسبت تبدیل اندازه گیری می‌کنند، تغییرات ولتاژ تغذیه تا 7.5 درصد نوعا بر روی دقت آن تأثیر نمی‌گذارد و نیاز به یک ولتاژ رگولاتر دقیق ندارند. برای داشتن دقت کافی باید فرکانس ولتاژ ورودی را بین ± ۱ درصد فرکانس اصلی کنترل کرد.
اگرچه RVDT به صورت نظری می‌تواند بین زوایه ± ۴۵ ° عمل کند، اما فراتر از ± ۳۵ ° از دقت آن به سرعت کاسته میشود. بنابر این آن را بیشتر در زوایای ± ۳۰ ° بکار و حداکثر ± ۴۰ °می برند. نمونه‌های دقیقتری هم ساخته شده اند که می‌توانند تا زوایه ± ۶۰ ° به درستی عمل کنند.
مزایای RVDT عبارتند از:

· حساسیت کم نسبت به حرارت، ولتاژ اولیه و تغییرات فرکانس
· استحکام
· قیمت کم
· نیاز به تجهیزات کنترلی اندک
· اندازه کوچک

انواعRVDT

 

یک RVDT را می‌تواند با دو ورقه هم ساخت که اولی شامل اولیه و دومی شامل ثانویه باشد. این گونه RVDT‌ها می‌توانند چرخش بیشتری داشته باشند.
یک نمونه دیگر به نام ترانسفورماتور متغیر چرخان شناخته می‌شود و تن‌ها دارای یک ثانویه است و یک خروجی دارد: