Sensor Resolver 3m46g

SENSOR INDUCTIVO PARA CONTROL DE POSICIÓN ANGULAR SENSOR RESOLVER

José María Orrequia Luna Noviembre 2015

Colegio Salesiano San Ignacio de Cádiz Departamento de Electrónica Sistemas Eléctricos y Electrónicos

Resumen En el siguiente documento estudiaremos los sensores de inducción de tipo resolver. Estos fueron desarrollados originalmente para aplicaciones militares y se han usado durante más de 50 años, desarrollándose continuamente. Son transductores eléctricos rotatorios utilizados generalmente para medir grados de rotación. El resolver se considera un dispositivo analógico, y tiene una contraparte digital, el codificador giratorio. Es un componente fundamental en la tecnología de control. Es difícil encontrar sistemas mecánicos industriales automatizados que no tengan varios ejes de movimiento angular o lineal. Utilizando un acoplamiento directo o algún tipo de acoplamiento mecánico que realice la adaptación, un transductor de la posición angular se puede utilizar en el monitoreo de cualquier tipo de desplazamiento. A continuación en este estudio veremos las características de estos sensores, sus aplicaciones en la industria, y los compararemos con otros sensores existentes en el mercado actual.

Índice

1. Introducción e información general ......................................................................................... 1 1.1. ¿Qué es la inducción? .............................................................................................. 1 1.2. Sensor resolver ........................................................................................................ 2 1.3. Aplicación del resolver ............................................................................................. 3 1.4. Datasheet de un resolver ......................................................................................... 4 1.5. Comparativa con otros sensores del mercado .......................................................... 5 2. Resultados y discusión ............................................................................................................ 6 3. Lista de referencias ................................................................................................................. 7

1. Introducción e información general 1.1. ¿Qué es la inducción? El sensor inductivo funciona mediante la modificación de un campo magnético por presencia de un objeto metálico. Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la “inducción magnética” del imán en movimiento.

Figura 1. Efecto de inducción Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina. Físicamente se trata de una bobina situada junto a un imán permanente. En condiciones estáticas no hay movimiento en las líneas de flujo y no se induce ninguna corriente en la bobina, pero cuando un objeto metálico penetra en el campo del imán o lo abandona, el cambio resultante en las líneas de flujo induce un impulso de corriente, cuya amplitud es proporcional a la velocidad del cambio del flujo. La forma de onda de la tensión a la salida de la bobina proporciona un medio para detectar la proximidad de un objeto, su posición o su velocidad de movimiento.

Figura 2. Aplicación del efecto de inducción

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1.2. Sensor resolver El funcionamiento de los sensores resolvers se basa en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor. En las siguientes figuras se puede ver la disposición de las bobinas. En la primera en su estilo antiguo y en la segunda con una tecnología más moderna.

Figura 3. Disposición de bobinas del resolver El giro de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas varíe, consiguiendo que la señal resultante en estas dependa del seno del ángulo de giro. La bobina móvil excitada con tensión Vsen(wt) y girada un ángulo Ø induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1 = Vsen(wt)senØ

V2 = Vsen(wt)cosØ

Figura 4. Tensión inducida en las bobinas del resolver Entre las ventajas de los sensores anteriormente descritos destacan su buena robustez mecánica durante el funcionamiento y su inmunidad a la contaminación, humedad, altas 2

temperaturas y vibraciones. Debido a su reducido momento de inercia, imponen poca carga mecánica del funcionamiento del eje. Dado el carácter continuo de la señal, la resolución de los resolvers es teóricamente infinita (analógica). Depende en la mayoría de las ocasiones de una electrónica asociada, lo que limita la precisión de forma práctica. La exactitud estática, definida como la diferencia entre la posición física del eje y la señal eléctrica de salida, es relativamente alta. En los resolvers con conversiones R/D adecuadas se puede trabajar con velocidades superiores a las 6.000 r.p.m. Para poder tratar la información generada por los resolvers es necesario convertir las señales analógicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver/ digital (R/D), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructuras distintas tracking y sampling.

Figura 5. Convertidor resolver/ digital (R/D) 1.3. Aplicación del resolver Podemos usar el resolver como indicador de posición del rotor de un motor: 1) Bobinado estacionario del motor; 2) Rotor de motor de imán permanente; 3) Campo conmutado electrónicamente de tres fases; 4) Tres sensores magnéticos; 5) Placa electrónica.

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1.4. Datasheet de un resolver

Figura 6. Datasheet

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1.5. Comparativa con otros sensores del mercado

Figura 7. Comparativa de sensores

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2. Resultados y discusión De los resultados obtenidos en este estudio se concluye lo siguiente: Es importante conocer las revoluciones por minuto del eje rotor del motor en la que se usará el sensor de posición así como la precisión que se necesita. Los sensores resolvers son más sencillos de usar que, por ejemplo, los encoders, al ser de funcionamiento analógico y no digital. Permiten evaluar eficazmente el giro de ejes en máquinas como motores industriales ya que son robustos, soportan altas vibraciones y miden de manera continua en el tiempo de forma automática. Al trabajar estos sensores con una señal analógica son más sensibles desde el punto de vista electromagnético. La señal puede verse afectada por otros elementos del entorno que interfieran en el campo magnético. Su mantenimiento es barato debido a que no sufren grandes averías y su precio es relativamente bajo en comparación con otros sensores del mercado.

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3. Lista de referencias QUÉ ES LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA. José Antonio E. García Álvarez. 3/11/2015 http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_induc_elecmagnetica/ke_induc_elecmagnetica _1.htm FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA. Víctor R. González. 3/11/2015 http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0204/ctrl_rob/robotica/sistema/sensores.htm SENSORES. Universidad de Valladolid, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática. 3/11/2015 http://www.isa.cie.uva.es/~maria/sensores.pdf AUTOMATIZACIÓN. F. Torres. Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante. 3/11/2015 http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/18434/1/Tema%203_Sensores%20II.pdf INFOPLC. 3/11/2015 http://www.infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoPLC_net_Medid a_Desplazamiento.pdf LABORATORIO DE ELECTRÓNICA. Universidad de Castilla-La Mancha. 3/11/2015 http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/Componentes/SPOSICION.htm SERVOS, MOTION CONTROL. 3/11/2015 http://www.tecnoficio.com/electricidad/velocidad_de_motores_electricos3.php HONEYWELL. 3/11/2015 http://sensing.honeywell.com/honeywell-sensing-hawk-3-inch-series-resolvers-datasheet000748-1-en.pdf TAMAGAWA-SEIKI. 3/11/2015 http://www.tamagawa-seiki.com/english/lvdt/pdf-resolver.pdf

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