Контрольные вопросы

1. Опишите устройство и принцип действия синусно-косинусного поворотного трансформатора и области его применения.

2. Объясните, для чего применяется симметри­рование синусно-косинусного поворотного трансформатора. Опишите из­вестные Вам методы симметрирования.

3. Опишите назначение, принцип действия и основные харак­теристики поворотного трансформатора в линейном режиме.

Тема 8 Сельсины.

8.1 Общие сведения.

В схемах автоматического управления и регулирования, в следящих системах получили широкое применение электромеханические системы синхронной связи (передачи), под которыми понимают совокупность устройств, служащих для измерения или передачи на расстояние угловых перемещений двух или нескольких валов, не связанных механически между собой.

Основные элементы системы синхронной связи – датчик и приемник (один или несколько). Они соединяются между собой линией связи либо непосредственно, либо через промежуточные звенья: усилители, реле и пр. В качестве датчика и приемника могут применяться различные типы электрических машин, в частности, в системах малой мощности наибольшее распространение получили индукционные микромашины, называемые сельсинами.

Обмотки сельсина-датчика (СД) и сельсина-приемника (СП), соединенные между собой линией связи, называют обмотками синхронизации, а обмотки, присоединяемые к питающей сети и предназначенные для создания магнитного потока машины, – обмотками возбуждения.

Сельсины подразделяют на трех- и однофазные. Трехфазные сельсины конструктивно выполняют как обычные трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором и применяют при относительно больших мощностях.

У однофазных сельсинов, свойства которых и предлагается исследовать в лабораторной работе, обмотки возбуждения однофазные, а обмотки синхронизации выполнены по типу трехфазных обмоток, фазы которых сдвинуты пространственно на 120 и соединены в звезду.

Обмотка возбуждения сельсина может располагаться как на статоре, так и на роторе (соответственно, обмотки синхронизации будут расположены либо на роторе, либо на статоре), на характеристики системы это влиять не будет. Однако основным видом однофазного сельсина принято считать машину, имеющую сосредоточенную обмотку возбуждения на статоре и распределенные обмотки синхронизации на роторе.

Различают два режима работы сельсинов: индикаторный – для дистанционной передачи угла поворота ротора СД (для измерения угла поворота), и трансформаторный – для преобразования угла поворота ротора СД в напряжение на обмотках СП, пропорциональное этому углу.

Классы точности сельсинов различны для индикаторного и трансформаторного режимов. В индикаторном режиме работы сельсинов класс точности сельсинной пары СД - СП, по сути являющийся классом точности сельсина-приемника, определяется статической погрешностью передачи угла . В зависимости от величины последней выделяют три класса точности, в которых  не превышает: I класс – 0,75; II класс – 1,5; III класс – 2,5. Классы точности для трансформаторного режима приведены в /1/ с соответствующими пояснениями.

Однофазные сельсины, исследуемые в данной лабораторной работе, широко применяются в системах управления для индикаторных или измерительных целей (в этом случае на валу приемника системы находится только сбалансированная стрелка или шкала); для целей управления, когда приемник системы воздействует на какой-либо управляющий орган, например на движок реостата, контакты следящей системы и пр.; наконец, для дистанционного управления следящим приводом, когда приемник системы работает в трансформаторном режиме, воздействуя на усилительную схему привода.

8.2 Индикаторный режим

При работе сельсинов в индикаторном режиме обмотки возбуждения СД и СП включены в общую сеть переменного тока, а обмотки синхронизации соединены между собой трехпроводной линией связи (рис. 1), сопротивление которой имитируют резисторы R_л.

Рис. 1. Схема включения сельсинов в индикаторном режиме

Однофазный переменный ток, проходя по обмотке возбуждения каждого сельсина, создает в машине пульсирующий магнитный поток, который индуктирует в обмотках синхронизации сельсинов электродвижущие силы. При этом, если распределение индукции вдоль зазора синусоидально, машина не насыщена, реакция обмотки синхронизации отсутствует, то действующие значения ЭДС в обмотках синхронизации датчика (Р₁Р₂Р₃) и приемника (Р₁Р₂Р₃) в зависимости от угла поворота ротора каждого из сельсинов будут определяться следующими выражениями:

где – максимальные значения ЭДС, индуктированные в каждой фазе обмоток синхронизации сельсина-приемника и сельсина-датчика, соответствущие соосному положению соответствующей обмотки ротора и обмотки возбуждения; – обмоточный коэффициент и число витков одной фазы обмотки синхронизации; – частота сети, питающей обмотку возбуждения; – максимальное значение магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения (потока возбуждения) сельсинов; _д, _п –углы поворота роторов СД и СП, отсчитываемые условно от оси обмотки возбуждения.

ЭДС, индуктированные в соответствующих фазах датчика и приемника, в проводах линии связи направлены встречно друг другу. Если роторы приемника и датчика развернуты на одинаковые углы то соответствующие ЭДС уравновешивают друг друга, и ток в линии связи отсутствует.

Если роторы СД и СП развернуты на углы то в линии связи и обмотках синхронизации будут протекать токи, которые, взаимодействуя с потоком возбуждения, создадут электромагнитные синхронизирующие моменты, одинаковые по величине в СД и СП, но направленные навстречу друг другу и стремящиеся свести к нулю угол рассогласования . Значение этих моментов определяется из соотношения

где с – конструктивная постоянная машины; – максимальное значение магнитодвижущей силы (МДС), создаваемое одной обмоткой ротора; – максимальное значение потока возбуждения; – сдвиг по фазе (электрический) между токами и ЭДС в обмотках синхронизации; – угол рассогласования (пространственный), иначе – угол статической ошибки, или просто ошибка.

Поскольку =const, обозначая , получаем

М_с=М_максsin.

Синхронизирующий момент возникает в результате взаимодействия потока возбуждения СП и поперечной составляющей МДС обмотки синхронизации. При механически зафиксированном роторе СД вращающий синхронизирующий момент развернет ротор приемника до согласованного положения, при котором .

Важной характеристикой сельсина является удельный синхронизирующий момент , под которым понимают величину синхронизирующего момента при угле рассогласования . Этот момент можно рассчитать по формуле:

Момент пропорционален тангенсу наклона характеристики в ее начальной части (рис. 2). Чем выше , тем меньше статическая погрешность (выше точность) сельсинной передачи.

Рис. . Зависимость синхронизирующего момента

от угла рассогласования

Кроме того, погрешность передачи угла в индикаторной передаче зависит от технологических причин (электрической, магнитной и механической асимметрии машин), от сопротивления линии связи и моментов нагрузки на валу сельсина-приемника.

В индикаторном режиме работы точность сельсина-приемника характеризуется статической погрешностью , равной полусумме абсолютных значений наибольших положительной и отрицательной ошибок и , полученных при повороте ротора датчика от согласованного положения на один оборот (360⁰) при вращении ротора по часовой стрелке и против:

(1)

8.3 Трансформаторный режим

На рис. 3. представлена схема трансформаторного режима работы сельсинов. В трансформаторном режиме ротор СП механически заторможен.

Рис. 3. Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме

При повороте ротора СД на угол относительно согласованного положения в обмотках синхронизации возникнут токи, создающие суммарный продольно-пульсирующий магнитный поток в сельсине-приемнике, который наводит ЭДС в его обмотке возбуждения:

где – наибольшее действующее значение ЭДС, когда ось суммарной МДС совпадает с осью обмотки синхронизации.

Понятно, что полученной зависимостью практически пользоваться неудобно, так как при отсутствии рассогласования ЭДС на выходе максимальна. Поэтому согласованным положением сельсинов в трансформаторном режиме принято считать такое взаимное положение роторов СД и СП, когда оси их обмоток сдвинуты на 90. Для решения этой задачи ротор или статор приемника предварительно смещают на 90 относительно ротора и статора датчика, а затем закрепляют. В этом случае

.

Таким образом, при согласованном положении роторов ( = 0) и равны нулю.

Качество работы сельсинов в трансформаторном режиме характеризуют:

• удельным выходным напряжением

• остаточным напряжением при

В современных сельсинах 0,5-2 В/град; 0,1-0,3 В.