8.6. Сельсинные системы

Системы, состоящие из двух сельсинов. Обычно сельсины применяют попарно, создав между двумя сельсинами электрические связи. Такие сельсины могут работать в качестве датчиков угла поворота или в качестве элементов дистанционной передачи. Датчиками являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. В дистанционных передачах (угла поворота) используются сельсины, работающие в индикаторном режиме.

Трехфазные синхронизирующие обмотки двух сельсинов соединяют между собой одноименными фазами. Входной сигнал – это угол α поворота ротора - получает сельсин, называемый сельсином-датчиком. Его обмотка возбуждения подключена к однофазной сети переменного тока. В трехфазной обмотке сельсина-датчика индуцируются ЭДС в соответствии с выражениями (8.1). Поэтому по трехфазным обмоткам обоих сельсинов будут протекать переменные токи, возбуждая магнитные потоки.

Трансформаторный режим. Обмотка возбуждения второго сельсина, называемого сельсином-приемником, в этом режиме не подключена под напряжение. Возникающая в ней ЭДС индукции является выходным сигналом сельсина-приемника. Его ротор фиксируется в определенном положении.

Если ротор сельсина-приемника, повернут на угол β относительно осевой линии его обмотки А (см. рис. 8.10), то в его обмотке возбуждения будет наведена переменным магнитным потоком ЭДС

e_вых=E_mcos(β- α) sin ωt , (8.3)

где α – угол поворота ротора сельсина-датчика, E_m - амплитудное значение ЭДС при β = α .

Обычно угол поворота ротора сельсина-приемника фиксируют в положении β=π/2. Тогда

e_вых=E_msin α sin ωt ,

и амплитуда E_{m вых} ЭДС на выходе сельсина-приемника будет определяться выражением

Е_{m вых}=E_msin |α| .

Для малых значений угла α принимают линейную зависимость

Е_{m вых}=E_m |α| .

Изменение знака угла α приводит к изменению фазы ЭДС e_вых на угол, равный π. Таким образом, трансформаторный режим работы двух сельсинов аналогичен рассмотренному выше амплитудному режиму работы одного сельсина. Погрешность преобразования угла в ЭДС составляет 5…10΄.

На рис. 8.7а показана функциональная схема системы, состоящей из двух сельсинов, работающих в трансформаторном режиме. На этой схеме изображены сельсин-датчик ВС и сельсин-приемник ВЕ, у которых обмотка возбуждения расположена на статоре, а синхронизирующая трехфазная обмотка - на роторе. Снизу под схемой показаны вход и выходы сельсинной системы (ССТ), работающей в трансформаторном режиме.

Для трансформаторного режима работы часто применяют сельсины, имеющие неявнополюсную конструкцию с распределенными обмотками на статоре и на роторе. Чувствительность примерно равна 1 В/град; погрешность измерения угла составляет ±(20-30)´. В табл. 8.2 приведены технические данные некоторых сельсинов.

Технические характеристики сельсинов Таблица 8.2
Характеристики	Тип сельсинов-датчиков			Тип сельсинов-приемников
	СГСМ	СБМТ	БД	СМСМ	СТ-2
Напряжение UB, В Частота, Гц Потребляемая мощность, Вт Масса, кг	115 400 3 0,24	36 400 - 0,58	110 400 10 0,40	115 400 1,5 0,14	40 400 - 0,14

Индикаторный режим. На рис. 8.7б показаны сельсины, работающие в индикаторном режиме (сельсинная система дистанционной передачи угла поворота ССИ). Теперь статорная однофазная обмотка сельсина-приемника ВЕ, как и аналогичная обмотка сельсина-датчика ВС, подключена под переменное напряжение U_B, а положение ротора сельсина ВЕ не фиксируется. Он может свободно вращаться на своей оси.

При одинаковом положении роторов сельсинов ВС и ВЕ по отношению к статорным обмоткам возбуждения (β=α) ЭДС индукции (8.3) в соответствующих фазовых обмотках равны между собой и противоположны по направлению. Следовательно, результирующие ЭДС в каждой паре соединенных между собой фазовых обмоток равны нулю, и ток в цепях роторов отсутствует. Равенство фазовых ЭДС будет нарушено, если β≠α. В цепи роторов возникнут токи. Взаимодействуя с магнитными потоками обмоток статоров, они создадут вращающие моменты. Поэтому, если ротор сельсина-датчика после поворота на заданный угол α остановить, то ротор сельсина-приемника под действием вращающего момента будет вращаться до тех пор, пока не встанет в положение β=α . При непрерывном вращении ротора сельсина-датчика с определенной скоростью ротор сельсина-приемника будет вращаться с той же скоростью и «следить» за ротором сельсина-датчика. Вращающий момент обеспечивает синхронность движения роторов, поэтому его называют синхронизирующим моментом. При малых углах рассогласования положений роторов величина синхронизирующего момента определяется формулой

М_синх=М_m sin(β-α) ,

где М_m - момент, действующий на ротор при рассогласовании β-α = π/2.

На роторы сельсинов действуют синхронизирующие моменты противоположных направлений. Для сельсина-датчика М_синх будет тормозным моментом, для сельсина-приемника – движущим. Положение роторов, при котором рассогласование β-α=π и момент М_синх=0, является неустойчивым.

Под действием синхронизирующего момента устраняется рассогласование положений роторов (β→α) с некоторой погрешностью, на которую влияют скорость вращения, моменты трения в подшипниках и контактных кольцах, неточность балансировки роторов и другие факторы. Эту погрешность обычно определяют экспериментально. Для сельсинов первого и второго классов точности она не превышает 1,5^О.

Для передачи углов поворота на расстояние применяют контактные сельсины-датчики типов НД, СТСМ и бесконтактные сельсины-датчики типов БД, СБМ. С датчиками типа НД используются сельсины-приемники типов БС и НС, с датчиками типа БД – бесконтактные сельсины-приемники типа БС. Максимальная статическая погрешность не превышает: ±0,75^о для сельсинов I класса точности, ±1,5^о для II класса точности, ±2,5^о для III класса точности.

Система с дифференциальным сельсином. Дифференциальный сельсин имеет шесть обмоток. Три статорные обмотки, так же как и три роторные обмотки соединены в звезду. Магнитные оси, соединенных в звезду обмоток, сдвинуты относительно друг друга на угол 2π/3.

Дифференциальный сельсин В3 (рис. 8.8а) включают между двумя обычными сельсинами В1 и В2. По существу он обеспечивает возможность введения дополнительного входного сигнала.

В трансформаторном режиме выходной сигнал u, снимаемый с однофазной обмотки сельсина В2, по аналогии с (8.3) будет определяться выражением

e_вых=E_mcos(β-α-γ) sin ωt ,

где α, β, γ - углы поворота роторов относительно статоров у сельсинов В1, В2, В3 соответственно. Функция дифференциального сельсина отличается от функции обычного сельсина тем, что дифференциальный сельсин является не только сельсином-датчиком (В3), но и осуществляет передачу сигнала к сельсину приемнику (В2) от другого сельсина-датчика (В1).

В индикаторном режиме на однофазные обмотки сельсинов В1 и В2 подается переменное напряжение U_B (в этом случае u=U_В на рис. 8.8а). Входными сигналами сельсинной системы (рис. 8.8в) являются углы α и β. Выходной сигнал γ=α + β – угол поворота ротора дифференциального сельсина (В3) равен алгебраической сумме углов поворота роторов сельсинов В1 и В2.

Для алгебраического суммирования угловых перемещений применяют дифференциальные сельсины типов ДИД, НЭД.