بنام خدا
ترانسفورماتور تفاضلی متغییر گردشی ((RVDT
ترجمه وتحقیق : محمد محمدی بیدمشکی
یک ((RVDTیک نوع ترانسفورماتور الکتریکی است که برای اندازه گیری (تغییرمکان زاویه ای ) کاربرد دارد.
توضیح دقیق و مختصر :
یک (RVDT) یک مبد ل الکترومکانیکی است که یک جریان (ac) متغیر را فراهم میکند و ولتاژ خروجی به طور خطی با تغییر مکان زاویه ای شفت ورودی متناسب است.
وقتی یک منبع (AC ) ثابت به آن متصل می شود، سیگنال خروجی به طور خطی مطابق است با یک
گستره تعیین شده روی تغییر مکان زاویه ای .
استفاده پاک (RVDT ها ) طول عمرزیاد وقابلیت اطمینان بالا،قابلیت تکرار اندازه گیری با تفکیک پذیری بینهایت، قابلیت اطمینان و تکرار اجرا و حس کردن مطمئن و دقیق موقعیت ، در بیشترین حد ممکن شرایط کاری از ویژگی های آن است .
بیشتر (RVDT ها ) ترکیبی از پیچیدن یک استاتور ورقه ورقه و یک رتور دو قطبی زاویه برجسته است.
استاتور شامل : چهار شکاف ، یک سیم پیچ اولیه ودو سیم پیچ ثانویه است.
همچنین بعضی از سیم پیچهای ثانویه ممکن است به یکدیگر متصل شوند.
کارکرد ( RVDT )
دو ولتاژ القا شده ی سیم پیچ های ثانویه V1 وV2 به صورت خطی با زاویه ی مکانیکی رتور تغییر میکنند.
فورمول اندازه گیری Ѳ :
که در اینجا G بهره ی حساسیت است.
ولتاژ ثانویه می تواند به شکل مخا لف تعیین شود با فورمول:
اختلاف V1 − V2 یک ولتاژ متناسب به دست می دهد :
و مجموع ولتاژها یک مقدار ثابت است :
این ثابت بودن به RVDT پایداری اطلاعات زاویه ای ، مستقل بودن از ولتاژ ورودی یا فرکانس یا دما می دهد.
همچنین RVDT را برای آشکار ساختن کارکرد بد توانا می سازد.
با قرار دادن معادله های ریاضی بالا در بعضی شکل های نظری ، کارکرد RVDT می تواند مانند زیر توضیح داده شود.
اصول ساختمان وکارکرد RVDT ها با چرخش یک یاطاقان هسته آهنی که داخل محفظه ی استاتور نصب شده است بدست می آید استاتور (محفظه ی استاتور ) از جنس فولاد ضد زنگ است و در برابر خوردگی مقاوم است .
استاتور شامل یک سیم پیچ تحریک اولیه و یک جفت سیم پیچ خروجی است.
یک جریان تحریک متناوب ثابت به سیم پیچ اولیه ی استاتور که به شکل مغناطیسی به سیم پیچ های ثانویه کوپل شده اعمال می شود و این کوپل مغناطیسی متناسب است با زاویه ی شفت ورودی .
ساختار جفت سیم پیچهای خروجی به گونه ای است که یکی از سیم پیچهای خروجی با سیم پیچ تحریک در فاز موافق است (اختلاف فاز 0) و سیم پیچ دیگر با سیم پیچ تحریک 180 درجه اختلاف فاز دارد.
وقتی رتور در موقعیت مستقیم است 0=Ѳ شار مغناطیسی در دسترس برای سیم پیچهای خروجی که با یکدیگر 180 درجه اختلاف فاز دارند برابر است.
بنابراین ولتاژهای خروجی تفاضلی آنها یکدیگر را خنثی می کنند و خروجی صفر است ، واین جابجایی نقطه ی صفر الکتریکی یا (EZ ) هنگامی اتفاق می افتد که شفت از نقطه ی صفر جا به جا شود. در نتیجه سیگنالهای خروجی دارای یک دامنه و فاز است که به طور مستقیم با چرخش شفت متناسب است.
چون اصول کار RVDT ها ذاتا شبیه ترانسفورماتورهاست. تغییرات ولتاژهای تحریک ورودی با تناسب مستقیم باعث تغییرات خروجی می شود.( به دلیل ثابت بودن نسبت تبدیل ) .
در هر صورت نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ تحریک همیشه ثابت خواهد ماند .
از آنجا که بیشتر موقعیت سازی اندازه گیری سیگنال سیستم ها تابع نسبت تبدیل ترانسفورماتوراست .
تغییرات ولتاژ تحریک بیشتر از 7.5% در یک نمونه تا ثیری در دقت وصحت سنسور ندارد و اصرار برای رگوله کردن ولتاژ در این نوع بی مورد است .
فرکانس تحریک برای پایداری دقت و صحت باید در حد ود +/- 1% کنترل شده باشد .
اگر چه RVDT در فرض علمی می تواند در محدوده دمایی 45 +/- درجه کار کند، ولی دقت آن بعد از محدوده دمایی 35 +/- درجه به سرعت کاهش می یابد.
بنابراین محدوده واقعی کارکرد آن در حدود 30-/+ درجه است و حداکثر تا 40-/+ درجه . برخی انواع RVDT میتوانند تاحدود 60 -/+ درجه نیز کاربرد داشته باشند .
مزایای RVDT :
- حساسیت کم به دما، ولتاژ اولیه و تغییرات فرکانس .
- استحکام .
- قیمت ارزان .
- سادگی کنترل الکترونیکی .
- اندازه کوچک .
یک RVDT همچنین میتواند در دو قسمت : یک تکه شامل اولیه و دیگری شامل سیم پیچ های ثانویه طراحی شود . این نوع میتواند در زاویه های بیشتری کار کند .
یک نوع مشابه دیگر ترانسفورماتور ، « RVT » ترانسفورماتور متغیر گردشی نامیده میشود و تنها دارای یک سیم پیچ ثانویه است و تنها یک ولتاژ خروجی دارد که رابطه آن این چنین است :
مشخصات چند نوع RVDT در جدول زیر آمده است.
برای استفاده از سنسور نیاز به مدار کنترل داریم که میتواند از نوع دیجیتال یا آنالوگ باشد .
کنترلر آنالوگ :
نمودار سمت چپ حالت ایده آل یک ( RVDT) را نشان میدهد ، در حالی که در عمل به علت وجود اندوکتانس نشتی و تزویج ناقص سیم پیچها در نقطه ی صفر ، ولتاژ خروجی صفر نخواهد بود وبه اصطلاح( offset) خواهیم داشت ( نمودار سمت راست ) . ضمنا مقدار ولتاز خروجی تنها با زاویه ی هسته مغناطیسی از مبدا متناسب بوده و از روی آن ما قادر به تشخیص علامت موقعیت نخواهیم بود. برای رفع این مشکل از مدار بهسازی زیر استفاده میکنیم .
برای کنترل آنالوگ rvdt مدارات مجتمع متنوعی وجود دارد مانند : ( ad 698 )
البته این مدار برای کنترل یک lvdt استفاده شده ولی برای یک rvdt نیز کاربرد دارد .
کنترل دیجیتال :
کنترل دیجیتال معمولا با یک میکرو کنترلر ساده قابل انجام است .
برای این نوع کنترل باید بتوانیم از خروجی ترانسفورماتور تفاضلی ولتاژ dc بدست بیاوریم که برای این کار استفاده از مدارات زیر سودمند است.
در این روش ولتاز ثانویه وارد یک مبدل ولتاژ به جریان شده ودر عین حال با استفاده از یک مقایسه کننده علامت آن تشخیص داده میشود . با توجه به جهت ولتاژ، سیگنال خروجی مبدل در +/- ضرب میشود تا مقدار قدر مطلق ولتاژ بدست آید.
پس از بدست آوردن قدر مطلق ولتاژها ، هر کدام از آنها وارد یک فیلتر میشود تا مقدار dc آن حاصل گردد و در آخر نیز توسط یک تفریقگر ، ولتاژ نهایی حاصل میشود که همانطور که در شکل می بینید ، ولتاژ خروجی نسبت به موقعیت خطی می باشد .
در عمل از مدار زیر که یک قدر مطلق گیر و تفریقگر است استفاده می شود.
در شکل فیلتر خازنی نمایش داده نشده که نباید فراموش شود .
ولتاژ بدست آمده یک سیگنال آنالوگ است وبرای تبدیل آن به دیجیتال باید از مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده کنیم .
مدار بلوک دیاگرام بالا در زیر آمده و سنسور ویکسوساز به جای SN1 قرار میگیرند .
برنامه نویسی میکرو :
الگوریتم برنامه نویسی به شکل فلوچارت در زیر آمده :
[img][/img]
ترانسفورماتور تفاضلی متغییر گردشی ((RVDT
ترجمه وتحقیق : محمد محمدی بیدمشکی
یک ((RVDTیک نوع ترانسفورماتور الکتریکی است که برای اندازه گیری (تغییرمکان زاویه ای ) کاربرد دارد.
توضیح دقیق و مختصر :
یک (RVDT) یک مبد ل الکترومکانیکی است که یک جریان (ac) متغیر را فراهم میکند و ولتاژ خروجی به طور خطی با تغییر مکان زاویه ای شفت ورودی متناسب است.
وقتی یک منبع (AC ) ثابت به آن متصل می شود، سیگنال خروجی به طور خطی مطابق است با یک
گستره تعیین شده روی تغییر مکان زاویه ای .
استفاده پاک (RVDT ها ) طول عمرزیاد وقابلیت اطمینان بالا،قابلیت تکرار اندازه گیری با تفکیک پذیری بینهایت، قابلیت اطمینان و تکرار اجرا و حس کردن مطمئن و دقیق موقعیت ، در بیشترین حد ممکن شرایط کاری از ویژگی های آن است .
بیشتر (RVDT ها ) ترکیبی از پیچیدن یک استاتور ورقه ورقه و یک رتور دو قطبی زاویه برجسته است.
استاتور شامل : چهار شکاف ، یک سیم پیچ اولیه ودو سیم پیچ ثانویه است.
همچنین بعضی از سیم پیچهای ثانویه ممکن است به یکدیگر متصل شوند.
کارکرد ( RVDT )
دو ولتاژ القا شده ی سیم پیچ های ثانویه V1 وV2 به صورت خطی با زاویه ی مکانیکی رتور تغییر میکنند.
فورمول اندازه گیری Ѳ :
که در اینجا G بهره ی حساسیت است.
ولتاژ ثانویه می تواند به شکل مخا لف تعیین شود با فورمول:
اختلاف V1 − V2 یک ولتاژ متناسب به دست می دهد :
و مجموع ولتاژها یک مقدار ثابت است :
این ثابت بودن به RVDT پایداری اطلاعات زاویه ای ، مستقل بودن از ولتاژ ورودی یا فرکانس یا دما می دهد.
همچنین RVDT را برای آشکار ساختن کارکرد بد توانا می سازد.
با قرار دادن معادله های ریاضی بالا در بعضی شکل های نظری ، کارکرد RVDT می تواند مانند زیر توضیح داده شود.
اصول ساختمان وکارکرد RVDT ها با چرخش یک یاطاقان هسته آهنی که داخل محفظه ی استاتور نصب شده است بدست می آید استاتور (محفظه ی استاتور ) از جنس فولاد ضد زنگ است و در برابر خوردگی مقاوم است .
استاتور شامل یک سیم پیچ تحریک اولیه و یک جفت سیم پیچ خروجی است.
یک جریان تحریک متناوب ثابت به سیم پیچ اولیه ی استاتور که به شکل مغناطیسی به سیم پیچ های ثانویه کوپل شده اعمال می شود و این کوپل مغناطیسی متناسب است با زاویه ی شفت ورودی .
ساختار جفت سیم پیچهای خروجی به گونه ای است که یکی از سیم پیچهای خروجی با سیم پیچ تحریک در فاز موافق است (اختلاف فاز 0) و سیم پیچ دیگر با سیم پیچ تحریک 180 درجه اختلاف فاز دارد.
وقتی رتور در موقعیت مستقیم است 0=Ѳ شار مغناطیسی در دسترس برای سیم پیچهای خروجی که با یکدیگر 180 درجه اختلاف فاز دارند برابر است.
بنابراین ولتاژهای خروجی تفاضلی آنها یکدیگر را خنثی می کنند و خروجی صفر است ، واین جابجایی نقطه ی صفر الکتریکی یا (EZ ) هنگامی اتفاق می افتد که شفت از نقطه ی صفر جا به جا شود. در نتیجه سیگنالهای خروجی دارای یک دامنه و فاز است که به طور مستقیم با چرخش شفت متناسب است.
چون اصول کار RVDT ها ذاتا شبیه ترانسفورماتورهاست. تغییرات ولتاژهای تحریک ورودی با تناسب مستقیم باعث تغییرات خروجی می شود.( به دلیل ثابت بودن نسبت تبدیل ) .
در هر صورت نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ تحریک همیشه ثابت خواهد ماند .
از آنجا که بیشتر موقعیت سازی اندازه گیری سیگنال سیستم ها تابع نسبت تبدیل ترانسفورماتوراست .
تغییرات ولتاژ تحریک بیشتر از 7.5% در یک نمونه تا ثیری در دقت وصحت سنسور ندارد و اصرار برای رگوله کردن ولتاژ در این نوع بی مورد است .
فرکانس تحریک برای پایداری دقت و صحت باید در حد ود +/- 1% کنترل شده باشد .
اگر چه RVDT در فرض علمی می تواند در محدوده دمایی 45 +/- درجه کار کند، ولی دقت آن بعد از محدوده دمایی 35 +/- درجه به سرعت کاهش می یابد.
بنابراین محدوده واقعی کارکرد آن در حدود 30-/+ درجه است و حداکثر تا 40-/+ درجه . برخی انواع RVDT میتوانند تاحدود 60 -/+ درجه نیز کاربرد داشته باشند .
مزایای RVDT :
- حساسیت کم به دما، ولتاژ اولیه و تغییرات فرکانس .
- استحکام .
- قیمت ارزان .
- سادگی کنترل الکترونیکی .
- اندازه کوچک .
یک RVDT همچنین میتواند در دو قسمت : یک تکه شامل اولیه و دیگری شامل سیم پیچ های ثانویه طراحی شود . این نوع میتواند در زاویه های بیشتری کار کند .
یک نوع مشابه دیگر ترانسفورماتور ، « RVT » ترانسفورماتور متغیر گردشی نامیده میشود و تنها دارای یک سیم پیچ ثانویه است و تنها یک ولتاژ خروجی دارد که رابطه آن این چنین است :
مشخصات چند نوع RVDT در جدول زیر آمده است.
برای استفاده از سنسور نیاز به مدار کنترل داریم که میتواند از نوع دیجیتال یا آنالوگ باشد .
کنترلر آنالوگ :
نمودار سمت چپ حالت ایده آل یک ( RVDT) را نشان میدهد ، در حالی که در عمل به علت وجود اندوکتانس نشتی و تزویج ناقص سیم پیچها در نقطه ی صفر ، ولتاژ خروجی صفر نخواهد بود وبه اصطلاح( offset) خواهیم داشت ( نمودار سمت راست ) . ضمنا مقدار ولتاز خروجی تنها با زاویه ی هسته مغناطیسی از مبدا متناسب بوده و از روی آن ما قادر به تشخیص علامت موقعیت نخواهیم بود. برای رفع این مشکل از مدار بهسازی زیر استفاده میکنیم .
برای کنترل آنالوگ rvdt مدارات مجتمع متنوعی وجود دارد مانند : ( ad 698 )
البته این مدار برای کنترل یک lvdt استفاده شده ولی برای یک rvdt نیز کاربرد دارد .
کنترل دیجیتال :
کنترل دیجیتال معمولا با یک میکرو کنترلر ساده قابل انجام است .
برای این نوع کنترل باید بتوانیم از خروجی ترانسفورماتور تفاضلی ولتاژ dc بدست بیاوریم که برای این کار استفاده از مدارات زیر سودمند است.
در این روش ولتاز ثانویه وارد یک مبدل ولتاژ به جریان شده ودر عین حال با استفاده از یک مقایسه کننده علامت آن تشخیص داده میشود . با توجه به جهت ولتاژ، سیگنال خروجی مبدل در +/- ضرب میشود تا مقدار قدر مطلق ولتاژ بدست آید.
پس از بدست آوردن قدر مطلق ولتاژها ، هر کدام از آنها وارد یک فیلتر میشود تا مقدار dc آن حاصل گردد و در آخر نیز توسط یک تفریقگر ، ولتاژ نهایی حاصل میشود که همانطور که در شکل می بینید ، ولتاژ خروجی نسبت به موقعیت خطی می باشد .
در عمل از مدار زیر که یک قدر مطلق گیر و تفریقگر است استفاده می شود.
در شکل فیلتر خازنی نمایش داده نشده که نباید فراموش شود .
ولتاژ بدست آمده یک سیگنال آنالوگ است وبرای تبدیل آن به دیجیتال باید از مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده کنیم .
مدار بلوک دیاگرام بالا در زیر آمده و سنسور ویکسوساز به جای SN1 قرار میگیرند .
برنامه نویسی میکرو :
الگوریتم برنامه نویسی به شکل فلوچارت در زیر آمده :
[img][/img]
دیدگاه