Un transformador diferencial variable rotatorio ( RVDT ) es un tipo de transformador eléctrico que se utiliza para medir el desplazamiento angular . El transformador tiene un rotor que puede girarse mediante una fuerza externa. El transformador actúa como un transductor electromecánico que emite un voltaje de corriente alterna (CA) proporcional al desplazamiento angular del eje de su rotor.
En funcionamiento, se aplica un voltaje de corriente alterna (CA) al primario del transformador para energizar el RVDT. Cuando se energiza con un voltaje de CA constante, la función de transferencia (voltaje de salida vs. desplazamiento angular del eje) de cualquier RVDT en particular es lineal (dentro de una tolerancia especificada) en un rango especificado de desplazamiento angular.
Los RVDT emplean un acoplamiento electromagnético sin contacto, que proporciona una larga vida útil y una detección de posición repetible y confiable con alta resolución, incluso en condiciones de funcionamiento extremas. La mayoría de los RVDT constan de un estator laminado bobinado y un rotor de dos polos saliente . El estator, que contiene cuatro ranuras, contiene tanto el devanado primario como los dos devanados secundarios, que pueden estar conectados entre sí en algunos casos. Los RVDT ofrecen ventajas como robustez, costo relativamente bajo, tamaño pequeño y baja sensibilidad a las variaciones de temperatura, voltaje primario y frecuencia.
Los dos voltajes inducidos de los devanados secundarios, y , varían linealmente con el ángulo mecánico del rotor, θ:
¿Dónde está la ganancia o sensibilidad? El segundo voltaje se puede determinar mediante:
La diferencia da un voltaje proporcional :
y la suma de los voltajes es una constante:
En consecuencia, la información angular emitida por un RVDT es independiente del voltaje de entrada, la frecuencia y la temperatura .
Poniendo las ecuaciones matemáticas anteriores en alguna forma teórica, el funcionamiento de RVDT se puede explicar de la siguiente manera.
La construcción y el funcionamiento básicos del RVDT se logran mediante la rotación de un cojinete con núcleo de hierro sostenido dentro de un conjunto de estator alojado. La carcasa es de acero inoxidable pasivado. El estator consta de una bobina de excitación primaria y un par de bobinas de salida secundarias.
Se aplica una excitación de corriente alterna fija a la bobina del estator primario, que está acoplada electromagnéticamente a las bobinas secundarias. Este acoplamiento es proporcional al ángulo del eje de entrada. El par de salida está estructurado de manera que una bobina está en fase con la bobina de excitación y la segunda está desfasada 180° con respecto a la bobina de excitación.
Cuando el rotor está en una posición que dirige el flujo disponible de manera uniforme tanto en las bobinas en fase como en las desfasadas, los voltajes de salida se cancelan y dan como resultado una señal de valor cero. Esto se conoce como posición cero eléctrica o EZ. Cuando el eje del rotor se desplaza de EZ, las señales de salida resultantes tienen una relación de magnitud y fase proporcional a la dirección de rotación.
Debido a que los RVDT funcionan básicamente como un transformador, los cambios de voltaje de excitación causarán cambios directamente proporcionales a la salida (relación de transformación). Sin embargo, la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de excitación permanecerá constante. Dado que la mayoría de los sistemas de acondicionamiento de señal RVDT miden la señal en función de la relación de transformación (TR), la desviación del voltaje de excitación más allá del 7,5 % generalmente no tiene efecto en la precisión del sensor y, por lo general, no es necesaria una regulación estricta del voltaje. La frecuencia de excitación debe controlarse dentro de ±1 % para mantener la precisión.
Aunque el RVDT puede funcionar teóricamente entre ±45°, la precisión disminuye rápidamente después de ±35°. Por lo tanto, sus límites operativos se encuentran principalmente dentro de ±30°, pero algunos hasta ±40°. Algunos tipos pueden funcionar hasta ±60°.
Un RVDT también puede diseñarse con dos láminas , una que contiene el primario y la otra, los secundarios. Estos tipos pueden funcionar en rotaciones mayores.
Un transformador similar se llama transformador variable rotatorio y contiene solo un devanado secundario que proporciona solo un voltaje:
