Sensores De Posicion

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

ROBÓTICA

INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y CONTROL

TEMA: SENSORES SYNCHRO RESOLVERS, INDUCTOSYN Y LVDT

ARRIETA ANDRÉS

PIEDRA OSCAR

TEMA: Sensores Synchro Resolver, Inductosyn y LVDT.

OBJETIVOS:

General:

Conocer el principio de funcionamiento, características físicas y funcionalidades de los sensores de posición lineal y angular: Synchro Resolver, Inductosyn y LVDT

Específicos:

Establecer los diferentes elementos que componen un sensor synchro resolver, su conexión y configuración.

Establecer los diferentes elementos que componen un sensor inductosyn resolver, su conexión y configuración.

Establecer los diferentes elementos que componen un sensor LVDT, su conexión y configuración.

Conocer las aplicaciones de cada uno de los tres sensores de posición (synchro resolver, inductosyn y LVDT), de acuerdo a sus características, funcionamiento y parámetros técnicos.

Identificar las posibles clasificaciones de los sensores synchro resolver, inductosyn y LVDT, y definir las características de las mismas.

DESARROLLO:

SYNCHRO RESOLVERS

Un synchro funciona como y transductor electromecánico, como elemento de un circuito, es esencialmente un transformador de acoplamiento variable. La magnitud del acoplamiento magnético entre primario y secundario varía de acuerdo a la posición del elemento rotatorio. Esto a su vez varía la magnitud de la tensión de salida. En algunos sistemas, una entrada mecánica, como la rotación de un eje es convertida a un conjunto único de tensiones de salida. En otros, un conjunto de entradas de voltaje son usadas para llevar a un rotor synchro a una posición deseada.

Los Synchros se pueden clasificar en dos grupos: torque synchros y control synchros.

Torque Synchros incluyen transmisores (CG), diferenciales (CD) y receptores (CR).

Control Synchros incluyen transmisores (CG), diferenciales (CD) transformadores de control (CT), resolvers (CS), transformadores lineales (LT) y las dos unidades híbridas transolvers (CSD) and resolvers diferenciales (CDS).

La configuración más habitual es:

Primario en el rotor y monofásico

Secundario en el estator y trifásico

En la Figura se representa el esquema de un Synchro con la configuración indicada. Cuando se aplica una tensión sinodal al devando primario, se recogen en los devanados secundarios de cada una de las fases tres tensiones, cuya amplitud y fase con respecto a la tensión del primario dependen de la posición angular del rotor.

Fig.1 Funcionamiento del Sychro

Transmisor

El transmisor de sincronización (CG) se compone de una sola fase, de polos salientes (forma de pesa) en el rotor y un devanado trifásico, conectado en Y en el estator.

El devanado primario o de entrada es por lo general el rotor, con el estator como el elemento secundario o de salida. El rotor es excitado a través de un par de anillos de deslizamiento con una tensión de AC.

El campo producido por esta tensión induce una tensión en cada una de las fases del estator. La magnitud de la tensión inducida depende del ángulo entre los campos del rotor y el eje resultante de las bobinas que forman la fase del estator. Dado que los ejes de las tres fases del estator son desfasadas 120 ° entre sí, las magnitudes de los voltajes de salida del estator puede ser escrito como:

VS1-3 = KVR2-1 sin θ

VS3-2 = KVR2-1 sin (θ+ 120°)

VS2-1 = KVR2-1 sin (θ + 240°)

Donde K es la relación de acoplamiento de transformación máxima (TR), que se define como:

TR=(Vout (max.))/Vin

Y es una cantidad escalar.

Θ es el ángulo de posición del rotor. VS1-3 es la tensión desde el terminal S1al terminal S3. Todas las otras tensiones están igualmente definidas a lo largo de esta discusión.

El transmisor, por lo tanto, proporciona información sobre el ángulo de posición del rotor como un conjunto de tres tensiones de salida.

Para convertir esta información, es necesario el uso de un instrumento que mide la magnitud de estas tensiones, examina sus relaciones de fase de tiempo, y vuelve a su forma original: una posición del eje. Tal dispositivo es el receptor sincrónico (CR). Estas dos unidades forman el sistema de sincronización más básico.

Receptor

La construcción del receptor es eléctricamente idéntica a la del transmisor. Las tensiones de salida varían con la posición del rotor de la misma manera que los del transmisor. En uso, el receptor está conectado espalda con espalda con un transmisor. Igual numero de terminales, están conectados entre sí y los rotores se excitan en paralelo. En el instante en que el sistema está energizado, existen diferencias de voltaje a través de cada par de devanados del estator si los rotores de las unidades no están en el mismo ángulo exacto con respecto a las fases del estator. Esto hace que la corriente fluya en ambos estatores, produciendo un par de torsión en cada rotor.

Puesto que el rotor del transmisor está limitado, las torques resultantes actúan sobre el rotor receptor en una dirección tal como para alinearse con el transmisor. Cuando se produce la alineación, los voltajes en cada terminal del estator son iguales y opuestos, y no fluye corriente. Perfecta sincronización nunca se consigue en la práctica debido a la fricción interna (debido a los cojinetes y escobillas) de los receptores.

Para reducir al mínimo este error, el receptor está diseñado para tener un rozamiento muy bajo de partida, normalmente menos de 2700 mg-mm.

Al girar el rotor transmisor desde la posición de equilibrio de nuevo ejercerá una fuerza sobre el rotor receptor. Tan pronto como esta fuerza desarrollada supera la fricción interna del receptor, el receptor rastrear el transmisor a su nueva posición. El par desarrollado en el eje receptor es proporcional al ángulo entre los dos rotores y se expresa generalmente en mg-mm/deg.

Fig.2 Esquema Transmisor Receptor.

Los receptores están construidos para minimizar la oscilación, máximo pico, y centrifugado cuando el rotor está girando a una nueva posición. El tiempo requerido para el rotor para alcanzar y estabilizar en su nueva posición de reposo se denomina tiempo se denomina el tiempo de amortiguación o de sincronización y varía con el tamaño del receptor, la inercia de la carga, y el par de torsión del sistema.

Este tipo de sistema básico se utiliza para transmitir información angular de un punto a otro sin conexiones mecánicas. La información puede ser enviada a varios lugares por paralelo con más de un receptor y a través de un transmisor. Múltiples receptores disminuyen la precisión del sistema y aumentar el consumo de energía de la fuente.

Diferencial

El diferencial (CD) es otro tipo de sincronismo que se pueden añadir al sistema de torque básico. El estator diferencial tiene tres fases, el devanado esta conectado en estrella y es generalmente el elemento primario. El rotor es cilíndrico y se enrolla también con tres fases conectadas en estrella. Las tensiones de salida del diferencial no sólo dependen de las tensiones de entrada sino también de la posición del eje del rotor. El estator diferencial normalmente se excita desde el transmisor del estator, y el rotor diferencial está conectado al estator receptor. Las tensiones de salida del diferencial ahora dependen tanto de la posición del rotor del transmisor θCG y su propia posición del rotor θCD. El rotor receptor buscará un θCR posición, donde θCR = θCG ± θCD, dependiendo de cómo los estatores de CG y CD son interconectados.

Fig.3 Esquema Transmisor Diferencial Receptor.

El diferencial también puede estar colocado entre dos transmisores. Como cada transmisor gira a su ángulo deseado, el rotor diferencial se ve obligado a asumir una posición que es la suma o la diferencia de los ángulos entre los rotores de los transmisores (θCD = θ1 ± θ2). En esta aplicación, el diferencial a veces se llama un receptor diferencial y se construye para tener una baja fricción de partida (5000 mg-mm) y para minimizar los errores del sistema. La precisión de un grado es estándar.

Fig.4 Esquema Transmisor Diferencial Transmisor

Transformador de control

El transformador de control consta de tres fases en el estator conectados en Y, y un rotor de una sola fase de tambor cilíndrico. En el uso normal, con el estator como el elemento principal, la unidad está conectada, como se muestra en la figura.

Fig.5 Esquema Transmisor Transformador de Control

Como el rotor del transmisor gira (con el rotor del transformador de control estacionario) la magnitud del campo del estator en el transformador de control permanece constante. Su dirección coincide con la del transmisor. El campo de corte a través del rotor del transformador de control induce una tensión en el rotor. La magnitud de esta tensión depende del seno del ángulo entre el eje del devanado del rotor y el vector de flujo del estator. Puesto que el ángulo del campo de flujo depende del ángulo del rotor del transmisor, la tensión de salida del transformador de control proporciona información sobre la posición del rotor del transmisor.

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