🧐 Los TRANSFORMADORES DIFERENCIALES

Transformador Siemens 4AM6442-5AJ10-0FA0

 👉 El transformador diferencial de variación lineal, más conocido por su acrónimo LVDT (linear variable differential transformer) está formado por tres devanados espaciados de manera simétrica a lo largo de un tubo aislado, como podemos observar en la siguiente 👇 figura. 

Transformador diferencial de variación lineal LVDT

👊 El devanado de en medio es el primario y los otros son secundarios idénticos conectados en serie de manera que sus salidas se oponen entre si. Como resultado del movimiento que se monitorea se desplaza un núcleo magnético a través del tubo central.

👌 Si en el devanado primario se alimenta un voltaje alterno, en los devanados secundarios se inducirá una fuerza electromotriz (fem) alterna. Si el núcleo magnético está en el centro, la cantidad de material magnético de los devanados secundarios es la misma. Por lo tanto, la fem inducida en ambos devanados será la misma, y dado que están conectados de manera que sus salidas son opuestas entre si, la salida neta obtenida es cero.

👍 Sin embargo, cuando el núcleo se desplaza desde su posición central en uno de los devanados habrá mayor cantidad de núcleo magnético que en el otro, por ejemplo, mayor cantidad en el devanado secundario 2 que en el devanado 1. En consecuencia, en uno de los devanados se induce una mayor

fem que en el otro y de ambos se obtiene una salida neta. Dado que a mayor desplazamiento habrá mayor porción del núcleo en un devanado que en el otro, la salida, que es la diferencia entre las dos fem, aumenta cuanto mayor sea el desplazamiento monitoreado, como podemos observar en la siguiente figura 👇.

Salida del LVDT

👊 La fem inducida en el devanado secundario por una corriente variable i en el devanado primario está dada por:

donde M es la inductancia mutua, valor que depende del número de vueltas de los devanados y del núcleo ferromagnético. Por lo tanto, en una corriente de entrada senoidal i = I sen Et aplicada al devanado primario, las fem inducidas en los devanados secundarios l y2 se representan por la siguiente ecuación 👉:

donde los valores de k1, k2 y o dependen del grado de acoplamiento entre los devanados primario y secundario de una determinada posición del núcleo. o es la diferencia de fase entre el voltaje alterno primario y los voltajes alternos secundarios. Dado que ambas salidas están en serie, su diferencia es la salida 👉:

👱 Cuando la parte del núcleo es igual en ambos devanados, k1 es igual a k2 y, por lo tanto, el voltaje de salida es cero. Cuando la parte del núcleo que está en 1 es mayor que la que está en 2, k1 > k2 y:

😀 Cuando la parte del núcleo en 2 es mayor que en 1, k1 < k2. Como k1 es menor que k2 se produce un cambio de fase de 180° en la salida cuando el núcleo pasa de la parte mayor en 1 a la parte mayor en 2. 

Entonces:

En la anterior figura 👆 de la salida del LVDT se muestra cómo el desplazamiento del núcleo modifica la magnitud y la fase de la salida.

💢 En esta forma de salida, la misma amplitud del voltaje de salida se obtiene para dos desplazamientos distintos. Para obtener un voltaje de salida único para cada valor del desplazamiento es necesario diferenciar cuando las amplitudes son iguales, pero hay una diferencia de fase de 180°. Para ello se utiliza un demodulador sensible a la fase dotado de un filtro paso bajo, el cual convierte la

salida a un voltaje de corriente continua, que da un valor especifico para cada desplazamiento, como observamos en la siguiente imagen 👇. 

Salida de corriente continua del LVDT

Este tipo de circuitos ya existe en forma de circuito integrado.

El intervalo de operación común de los LVDT está entre +- 2 y +- 400 mm con error de no linealidad de +- 0,25%. Los LVDT se utilizan como transductores primarios en el monitoreo de desplazamientos. 

👊 En el extremo libre del núcleo se añade un resorte para hacer contacto con la superficie que se monitorea, o se rosca para lograr una conexión mecánica. También se usan como transductores secundarios en la medición de fuerza, peso y presión; estas variables se transforman en desplazamientos que después pueden monitorearse con los LVDT.

💥 Los transformadores diferenciales de variación rotacional RVDT (rotary variable differential transformer) sirven para medir la rotación (Figura 2.14) y el principio de su funcionamiento es idéntico al del LVDT. 

RVDT

💥 En este caso, el núcleo es una pieza de material magnético en forma de cardioide que al girar pasa una mayor parte a un devanado secundario que al otro. El intervalo de operación en general está entre 

+- 40°, con error de no linealidad de alrededor de +- 0,5% del intervalo.

Escrito por Archie Tecnology