Резольвер в электроприводе: что это такое и как работает

Резольвер – это устройство электромеханического типа, которое преобразует механическое движение вала в электрические сигналы для точного определения угла поворота и скорости вращения ротора двигателя. Компактный элемент широко применяется в промышленности, для создания робототехники, а также в других областях, где крайне важна точность измерений.

Рассмотрим подробнее, что такое резольвер, принцип его работы и критерии выбора.

Резольвер: что это такое

Задача резольвера – определение углового положения вала и преобразование этого механического угла в электрический сигнал. Это пассивный электромагнитный датчик положения, конструкция которого схожа с двухфазной электрической машиной переменного тока.

Состоит датчик из двух элементов:

• Ротор, на который передается возбуждающее переменное напряжение.
• Статор, имеющий специальные обмотки.

На обмотках статора наводятся сигналы, которые пропорциональны синусу и косинусу угла поворота. Внешний контроллер считывает данные и обрабатывает их.

Среди современных резольверов есть модели, где напряжение на ротор передается бесконтактным методом, через кольцевой вращающийся трансформатор, то есть обмотка возбуждения находится на статоре и наводит сигнал на ротор.

Принцип работы резольвера

В основе работы резольвера лежит принцип электромагнитной индукции, как и в обычном трансформаторе. Но коэффициент трансформации в датчике постоянно меняется в зависимости от угла поворота вала.

Неподвижная часть устройства (статор) имеет две обмотки. Они смещены друг относительно друга ровно на 90°. Их называют синусной и косинусной обмоткой.

Вращающаяся часть (ротор) крепится к валу двигателя. На ротор подается переменное напряжение с обычно высокой частотой от 2 до 10 кГц.

Как по этапам работает резольвер:

1. Контроллер подает на обмотку ротора синусоидальный сигнал. Вокруг элемента возникает переменное магнитное поле.
2. Когда вал мотора начинает вращаться под определенным углом, ротор поворачивается вместе с ним.
3. Созданное магнитное поле ротора пересекает обмотки статора под разными углами. Так, меняется геометрия и изменяется эффективность передачи энергии между ротором и обмотками статора.
4. В обмотках статора наводятся два выходных сигнала. Их амплитуда зависит от угла поворота вала.
5. Специальный контроллер считывает два сигнала, далее вычисляет отношение их амплитуд. Полученные данные он передает на главное управляющее устройство оборудования.

Такой принцип работы резольвера дает максимально точное измерение угла поворота и скорости вращения ротора двигателя.

Виды резольверов

В зависимости от условий применения, а также основных характеристик выделяют несколько типов резольверов:

• Односкоростные – применяются для определения углового положения в пределах одного оборота. Это простые, надежные конструкции, подходящие для систем с небольшими требованиями к точности.
• Многоскоростные – приборы, где количество электрических оборотов (пар полюсов) на один механический оборот вала больше двух. Устанавливаются в оборудование, где нужна сверхточность, например, в станках с ЧПУ или в разных видах робототехники.
• Миниатюрные – компактные датчики, работающие в условиях ограниченного пространства. Подходят для установки в медицинское оборудование, аэрокосмические агрегаты.

Принцип работы у всех видов резольверов одинаков. Но условия эксплуатации и точность замеров разные.

Преимущества резольверов

Основные достоинства такого датчика в электроприводах:

• высокая точность измерений благодаря конструкции;
• долговечность, надежность. В оборудовании отсутствует сложная электроника или оптические узлы;
• устойчивость к вибрациям и прочим механическим воздействиям. Их можно применять в тяжелых условиях.

Использовать большинство резольверов можно при рабочей температуре среды от –55 до +150 °С. Некоторые специальные модели способны выдержать нагрев до +220 °С. К тому же датчики устойчивы к пыли, масляному туману, различным техническим жидкостям, вибрациям и даже радиации, так как не содержат оптических матриц.

Калибровать и настраивать устройство не требуется. При этом его можно ремонтировать, как и обычные трансформаторы или моторы.

Как выбрать резольвер для электропривода

Основные факторы, влияющие на выбор датчика:

• Точность измерений и тип устройства. Прежде всего определите, насколько точным должен быть контроль углового положения. Для базовых задач достаточно односкоростного резольвера. Если оборудование требует сверхточных измерений, выбирайте многоскоростные (многополюсные) модели: они дают значительно более высокую точность за счёт увеличенного числа пар полюсов на один механический оборот.
• Условия эксплуатации. Учитывайте рабочую температуру, уровень влажности, вибрационную нагрузку. Для работы в условиях интенсивных вибраций предпочтительны модели с усиленным корпусом. Если прибор будет эксплуатироваться при экстремальных температурах, уточните допустимый диапазон: большинство резольверов рассчитаны на –55…+150 °С, специальные модели выдерживают до +220 °С.
• Конструктивное исполнение. Резольверы могут быть встраиваемыми (без собственного вала и подшипников) — они экономят место. Модели в корпусе представляют собой готовый узел, который проще монтировать через муфту, но они увеличивают габариты привода.
• Совместимость и сертификация. Выбранная модель должна быть совместима с электросистемой оборудования, а производитель имеет соответствующие сертификаты качества на продукцию.

Резольвер — надёжное и проверенное решение для точного контроля положения вала в электроприводах. Грамотный выбор модели с учётом типа устройства, условий эксплуатации и способа монтажа гарантирует долгую безотказную работу датчика и стабильность всей системы управления приводом.