5.4 Сельсины

Сельсины были разработаны для синхронно-следящих передач. Однако они успешно применяются в качестве точных и надежных датчиков перемещения. Сельсины представляют собой малые электрические машины, служащие в качестве датчиков как углового, так и линейного перемещения, скорости и т.д.

Сельсины подразделяются на сельсины-датчики и сельсины-приемники. Принципиально они одинаковы, однако конструктивно могут отличаться, так как работают в разных условиях (например, сельсин-датчик может работать на несколько приемников и поэтому должен иметь большую мощность).

Рисунок 5.6 Сельсин

В состав сельсина входит обмотка возбуждения ОВ, на которую подается напряжение постоянной амплитуды и частоты, и три синхронизирующие обмотки СА, СВ, СС, расположенные под углом 120⁰ друг к другу (рис. 5.6) . Подключать обмотки подвижной части необходимо с помощью колец и щеток. Так как обмотка возбуждения имеет два, а синхронизирующие обмотки -три контакта, вращающейся выполняют обмотку возбуждения, а синхронизирующие обмотки располагают на статоре. Это связано еще и с тем, что сигналы с синхронизирующих обмоток меняются в зависимости от угла поворота, и переходные сопротивления щеточных контактов могут влиять на выходные напряжения.

Используются различные режимы работы сельсинов. В большинстве случаев синхронизирующие обмотки датчика и приемника соединяются между собой пофазно. С помощью рис. 5.7 на примере трансформаторной связи датчика и приемника показаны принципы работы сельсинов.

Рисунок 5.7 Трансформаторная связь сельсинов

Обмотка возбуждения ОВ сельсина- датчика подключается к сети частоты f. В зависимости от угла поворота сельсина -датчика в синхронизирующих обмотках (фазах) возникают ЭДС

Е₁= Е_О cos , 5.7

Е₂= Е_О cos ( + 120⁰),

Е₃= Е_О cos ( - 120⁰),

где Е₀ -- максимальное значение синусоидального напряжения частоты f.

Эти ЭДС создают в обмотках токи, которые в приемнике вызовут такой же магнитный поток Ф, как и в датчике, так как токи в соответствующих фазах датчика и приемника равны. Поток Ф приемника поворачивается синхронно с поворотом ротора датчика. В обмотке управления датчика возникает ЭДС Е_У , пропорциональная проекции потока Ф на ось обмотки., т.е.

Е_У =Е₁sin , или Е_У =Е₁ cos 5.8

в зависимости от того, перпендикулярны или параллельны обмотки возбуждения (управления) приемника и датчика. Е₁ --максимальное значение ЭДС синусоидального тока в обмотке управления. Обычно используют синусоидальное напряжение (т.е. обмотки располагают перпендикулярно), которое при малых рассогласованиях вообще пропорционально рассогласованию .

Если сельсин - датчик связан с валом некоторого двигателя, синхронно с которым должен поворачиваться другой двигатель, с валом которого связан сельсин - приемник, то при рассогласовании валов на обмотке управления сельсина - приемника в соответствии с 5.8 появится напряжение рассогласования. , усилив которое можно воздействовать на второй двигатель.

В настоящее время сельсины в связи с их универсальностью , точностью и неприхотливостью к внешним условиям широко используют в машиностроении, авиации и других отраслях хозяйства.

6 Электрические аппараты

6.1 Классификация электрических аппаратов

В данной главе рассматриваются аппараты, служащие для включения и выключе­ния электрических нагрузок таких, как двигатели, индукционные и тепловые печи и обогреватели, мощные лампы и др. К электрическим аппаратам относятся а) аппараты управления, которые в свою очередь подразделяются на аппараты ручного управления и аппараты дистанционного управления; б) аппараты защиты; в) контролирующие аппараты.

К аппаратам ручного управления относятся рубильники, кнопки управления, пакетные и универсальные выключатели и переключатели.

Рубильники бывают одно- двух -трехполюсными. Основная часть --ножевой разъединитель, состоящий из ножевого контакта, входящего при соединении в пружинные губки контактных стоек. Рубильники применяют для напряжений до 600В. Главное их назначение--создать видимый разрыв цепи при ремонтных и других работах со снятым напряженим.

Кнопки управления применяют самых различных конструкций. Большинство из них предназначены для работы в низковольтных цепях управления. Однако есть много случаев, когда управление осуществляется напряжением выше 100В. Поэтому выпускаются кнопки для напряжений до 660В переменного и 440В постоянного тока. Возможности кнопок очень разнообразны: без выдержки времени, с выдержкой времени, с самовозвратом, с фиксацией, с различным количеством контактных групп и т.д.

Пакетные выключатели и переключатели собраны из отдельных пакетов, способных коммутировать ток, поданный на этот пакет. Все пакеты управляются поворотом одной рукоятки. Бывают одно- двух- трех и более полюсные пакетные выключатели. В пакетных переключателях имеется устройство ускоренного разрыв цепи. Кроме того, для предотвращения дуги место, освобожденное поворотным контактом, занимается изолятором. К поворотным переключателям относятся галетные переключатели. Они собираются из керамических галет, каждая из которых имеет систему контактов, позволяющих производить различные переключения. Рукоятка имеет большое количество позиций при повороте. Галетные переключатели позволяют производить достаточно сложные коммутации в одной или нескольких электрических цепях.

К аппаратам дистанционного управления относятся контакторы и пускатели. Контакторы (рис. 5.8) представляют собой магнит (чаще всего прямоходовой), на котором расположены главные и вспомогательные контакты коммутируемых цепе. Выпускаются контакторы на 220, 440, 750 В постоянного напряжения и 220,380, 660, 1140 В переменного напряжения. Контакторы позволяют осуществить до 1400 включений в час. Контакторы большой мощности снабжены дугогасительной камерой.

Магнитные пускатели кроме силовых имеют большое количество вспомогательных контактов, что улучшает их эксплуатационные качества. Они позволяют осуществить нулевую защиту, которая заключается в том, что оборудование не должно самостоятельно включаться при подаче напряжения после его отсутствия.

Аппараты защиты предназначены для выключения нагрузки при коротком замыкании или длительной перегрузке. Плавкие предохранители служат для защиты от короткого замыкания. Они представляют собой стеклянную или керамическую трубку, в которую впаян медный, цинковый , алюминиевый или из другого металла проводник. При номинальном токе тепло от нагрева проводника отводится поверхностью предохранителя. При превышении тока в 1.5--2 раза теплоотвода недостаточно. Проводник перегорает. Проводник располагается в дугогасительной среде. Эта среда может быть различной, например, порошкообразной, в частности, состоять из мелкого сухого песка. Алюминиевые плавкие вставки применяются в целях экономии цветных металлов. Они обычно изготавливаются в виде пластин с узкими участками (рис 5.8).

Рисунок 5.8 Алюминиевая плавкая вставка

Короткое замыкание предотвращают и магнитные расцепители, представляющие собой электромагнит, по катушке которого протекает ток нагрузки. При большом увеличении тока якорь притягивается, воздействуя на рычажную систему, которая размыкает электрическую цепь так, что замкнуть ее можно, лишь нажав специальную кнопку. Достоинство такой системы в том, что устройство сохраняется в работоспособном состоянии .

Тепловые реле отключают нагрузку при длительном превышении током заданной величины. В качестве теплового элемента используется биметаллический элемент, который при перегрузке в 1,2…1.3 раза воздействует на расцепитель.

Автоматические выключатели служат для включения и выключения нагрузки. Рычажная система , служащая для быстрого разрыва цепи, не предназначена для частого включения (несколько раз в смену). В состав автоматических выключателей входят тепловые реле и магнитные расцепители. Токи срабатывания тепловых реле (уставку) можно в определенных пределах регулировать с помощью регулировочного эксцентрика, выведенного на лицевую сторону корпуса.

Существуют требования по защите нагрузок от короткого замыкания и перегрузок.. Все электродвигатели должны быть защищены от короткого замыкания., а от перегрузок--все электродвигатели, работающие в длительном режиме. Если режим работы двигателя повторно-кратковременный или реверсивный, защиты от перегрузок может и не быть. Это связано с тем, что в таких режимах двигатели должны быть рассчитаны на перегрузку.

Вопросы для самопроверки

1 Какими достоинствами обладают ШД по сравнению с другими двигателями?

2 Объясните принцип действия ШД.

3 Можно ли изменить величину шага ШД за счет изменения порядка коммутации фаз?

4 Как устроен ротор ШД? Как устроен статор ШД?

5 Какие достоинства имеют тахогенераторы постоянного тока перед тахогенераторами переменного тока и наоборот?

6 Почему тахогенераторы должны иметь длинный ротор малого диаметра?

7 Почему в большинстве сельсинов обмотка управления является вращающейся частью?

8 Почему СКВТ удобно использовать в качестве преобразователя полярных координат в ортогональные?

9 В качестве датчиков каких величин используют сельсины и СКВТ?

10 Почему большинство электрических аппаратов «неохотно» заменяют бесконтактными аппаратами?

Литература

1 М.М. Кацман. Электрические машины. М. Высшая школа. 2000

2 В.Я. Беспалов, Н.Ф. Костеленец. Электрические машины. М.Academia, 2006.

3 Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. Электрические машины и микромашины.