Лабораторная работа № 3

"ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЬСИНОВ В ИНДИКАТОРНОМ И ТРАНСФОРМАТОРНОМ РЕЖИМАХ"

Цель работы: изучение работы сельсинов в индикаторном и

трансформаторном режимах.

1. Теоретические сведения

В системах автоматизации широкое применение нашли системы синхронной связи, которые обеспечивают поворот на заданный угол нескольких механически не соединенных между собой валов механизмов или осей приборов. Система дистанционной передачи угловых перемещений состоит из трех основных частей: задающего устройства - датчика, приемника и соединяющей их линии связи.

Датчик преобразует неэлектрическую величину - угловое перемещение ведущего вала - в электрическую величину - напряжение или ток.

Приемники либо преобразуют электрический сигнал датчика в угловое перемещение ведомого вала, либо вырабатывают электричес­кий сигнал, соответствующий углу поворота ведущего вала.

Датчиками и приемниками в системе синхронного поворота служат специальные электрические машины переменного тока, называемые сельсинами. Ротор сельсина-датчика укрепляют на ведущем валу, а ротор сельсина-приемника - на ведомом валу.

Сельсин представляет собой электрическую машину переменного тока малой мощности и небольших размеров. Конструктивно сельсины выполняются в двух вариантах: с однофазной обмоткой статора и трехфазной обмоткой ротора, либо с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора. Напряжение питания в обоих вариантах подается на однофазную обмотку и поэтому процессы, происходящие в системах, совершенно одинаковы.

1. Индикаторный режим работы сельсинов.

Индикаторную систему дистанционной передачи угловых перемещений применяют в тех случаях, когда ведомая ось не создает тормозного момента, например когда на ней укреплена лишь стрелка показывающего прибора.

Схема включения обмоток сельсина, работающего в индикаторном режиме, представлена на рис. 1.

Однофазные обмотки сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП включены в однофазную сеть переменного тока, напряжение которой равно U_C Трехфазные обмотки включены встречно: каждая фаза СД соединена проводами линии связи с соответствующей фазой СП.

Если фазы трехфазных обмоток расположены одинаково по отношению к однофазным обмоткам возбуждения, то ЭДС в каждой из них равны по величине, но направлены встречно. При таком согласованном расположении роторов сельсинов токи в трехпроводной линии связи не возникают. Если ротор СД повернуть на угол , то ЭДС в фазах его трехфазной обмотки не будут равны ЭДС соответствующих фаз СП, и влинии связи возникнут токи. В результате взаимодействия токов в трехфазной обмотке СП с потоком возбуждения, создаваемым однофазной обмоткой СП, на ротор СП будет действовать вращающий момент.

Под действием этого момента ротор СП повернется и установится в положение, соответствующее положению ротора СД. При таком положении роторов СД и СП токи в линиях связи исчезнут и вращающий момент станет равным нулю. Из-за наличия сил трения в осях СП ротор СП поворачивается на угол ₀, близкий к углу , но не равный ему.

Разность угла поворота роторов датчика и приемника называется углом рассогласования:

(1)

Угол рассогласования характеризует точность действия индикаторной системы дистанционной передачи угловых перемещений.

2. Трансформаторный режим работы сельсинов.

Схема включения обмоток сельсинов, работающих в трансформаторном режиме работы, показана на рис. 2. В отличие от индикаторного режима здесь однофазная обмотка СП служит выходной обмоткой, а трехфазная – обмоткой возбуждения. Ротор СП жестко зафиксирован в произвольном положении. Однофазная обмотка СД, включенная в сеть переменного тока U_с, создает переменное магнитное поле, которое наводит переменную ЭДС в трехфазной обмотке СП. Под действием возникших ЭДС в трехфазной обмотке СП будут протекать переменные токи. Эти три тока создадут переменное магнитное поле, которое будет наводить ЭДС в однофазной обмотке СП. При повороте ротора датчика изменится ЭДС, наводимая в его трехфазной обмотке. Это вызовет изменение токов в трехфазной обмотке сельсина-приемника и, как следствие, ЭДС, наводимой в однофазной обмотке сельсина-приемника. Следовательно, величина возникшей ЭДС, и тем самым напряжение на выходе однофазной обмотки СП будет зависеть от угла поворота ротора датчика.

Напряжение на выходе однофазной обмотки СП будет изменяться по закону:

, (2)

где U_макс – максимальное значение выходного напряжения;

₀,  - углы поворота трехфазных обмоток СД и СП относительно их однофазных обмоток (рис. 2).

Величина максимального значения выходного напряжения U_макс пропорциональна напряжению U_с на однофазной обмотке СД.

При практическом использовании трансформаторного режима работы сельсинов ротор датчика располагается относительно ротора приемника таким образом, чтобы в исходном положении напряжение на однофазной обмотке СП отсутствовало. При этом оси соответствующих фаз обмоток роторов окажутся взаимно сдвинутыми на 90. Если отсчитывать угол поворота ротора датчика относительно этого положения, то при не очень большом угле ₀ (до 2030) выходное напряжение можно считать прямо пропорциональным углу поворота ротора датчика:

, (3)

где K – коэффициент передачи сельсина.

При исследовании систем автоматического регулирования сельсины в трансформаторном режиме работы могут быть представлены безынерционным звеном с передаточной функцией:

, (4)

где - изображение выходного напряжения СП;

- изображение угла поворота ротора датчика относительно исходного положения.

3. Схема включения сельсинов на лабораторном стенде ЛСА.

В стенде ЛСА установлены два сельсина: сельсин типа БД-404А в блоке ИМ1 и сельсин типа БС-404А в блоке ПУ. Они могут быть включены по схеме индикаторного, либо трансформаторного режима работы при помощи тумблера "Индикатор-трансф." на блоке ПУ. При помощи переключателя "Рег. U_с" блока ИП регулируется напряжение на однофазных обмотках сельсинов.

При работе в индикаторном режиме работы сельсины обеспечивают дистанционную передачу угла  поворота промежуточной оси механизма из блока ИМ1 в блок ПУ. Угол  задается при помощи ручки "Ввод Y" на блоке ИМ1. Угол поворота ротора СП в блоке ПУ измеряется по отклонению шкалы ₀ блока ПУ.

В трансформаторном режиме работы измеряется напряжение на выходе однофазной обмотки СП в блоке ИМ1 в зависимости от угла поворота ротора СД в блоке ПУ. Угол поворота задается с помощью ручки "Ввод ₀" блока ПУ. Напряжение измеряется с помощью вольтметра переменного тока блока ИП.

Таблица 1

, град	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
, град
, град
0 ср., град
ср., град
ср. макс=						Класс точности сельсина -

Таблица 2

Класс точности	Максимальная возможная средняя ошибка
1	0,75
2	1,5
3	2,25
4	5

Таблица 3

tу1, с	tу2, с	tу3, с	tу4, с	tу ср, с

Таблица 4

"Uс"



0

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

1

0

1

90

2

0

2

90

4. Порядок выполнения работы.

1. Исследование сельсинов в индикаторном режиме работы.

1. Поставить тумблеры всех элементов управления стенда в исходное положение согласно таблице "Исходное положение органов управления стендом ЛСА".

2. Включить тумблеры: "сеть" блока ТРЩ; " " и " " блока ИП.

3. Тумблер "U_дв-U_с" блока ИП поставить в положение "U_с".

4. Тумблер "Индикатор-трансф." блока ПУ поставить в положение "Индикатор".

5. Переключатель "Рег. U_c" блока ИП установить в положение "1".

6. Снять зависимость угла ₀ от угла  где ₀ – угол поворота СП блока ПУ;  - угол поворота СД блока ИМ1.

С помощью ручки "Ввод Y" на блоке ИМ1 задавать угол  по часовой стрелке. Угол ₀ наблюдать по отклонению шкалы ₀ блока ПУ. Результат записать в табл. 1 в графу .

7. Снять зависимость угла ₀ от угла , вращая ручку "Ввод Y" против часовой стрелки. Результат записать в табл. 1 в графу .

8. По табл. 1 для каждого угла  найти среднее значение угла ₀ по формуле:

,

где - значение угла ₀ при изменении угла  по часовой стрелке;

- значение угла ₀ при изменении угла  против часовой стрелки. Результаты записать в табл. 1.

9. Вычислить среднее значение угла рассогласования сельсинов в индикаторном режиме работы для каждого угла  по формуле:

Результаты записать в табл. 1.

10. По табл. 1 определить максимальную среднюю ошибку _{ср.макс} сельсина.

11. Определить класс точности сельсина по табл. 2.

12. Построить графики зависимости и по табл. 1.

1. Измерить время успокоения сельсинов.

   1. Переключатель "Контроль" блока ИП установит в положение "U_к".

   2. Тумблер "U_к" блока ИП установить в положение "U_к".

   3. Ручкой "регулировка U_к" блока ИП установить U=5В по вольтметру блока ИП.

   4. Соединить клеммы U_вых|U_к| блока ИП и "U_к" блока ПУ.

   5. Тумблер "сек" блока ПУ поставить в положение "сек".

   6. Переключатель "Контроль реле" блока ПУ поставить в положение "ЭР1".

   7. Установить ручку "Ввод Y" блока ИМ1 в положение =0.

   8. Установить ручкой "Ввод ₀" угол ₀=180 и отпуская ручку "Ввод ₀", включить секундомер тумблером "U_к", блока ИП, поставив его в положение "Выкл.".

   9. Остановит секундомер по окончании переходного процесса при возвращении ротора СП в положение ₀=0, включив тумблер "U_к".

   10. Замер повторить 4 раза и записать в табл. 3. Вычислить среднее значение времени успокоения по формуле:

3. Снять характеристики сельсинов в трансформаторном режиме.

   1. Включить питание сельсинов, установив переключатель "Рег. U_с" блока ИП в положение "1".

   2. Установить ручкой "Ввод Y" блока ИМ1 угол =0.

   3. Переключатель "Сельсин" блока ПУ поставить а положение "трансф."

   4. Переключатель "Контроль С_с" блока ПУ поставить в положение "U_с".

   5. Изменяя значения ₀ через 30 от 0 до 360 по вольтметру блока ИП, измеряющего переменное напряжение, замерить действующее значение напряжения U_вых на выходе однофазной обмотки СП. Результаты занести в табл. 4.

   6. Установить ручкой "Ввод Y" блока ИМ1 угол =90. Повторить п.3.5. Результаты занести в табл. 4.

   7. Установить переключатель "Рег. U_с" в положение "2" для увеличения напряжения на однофазной обмотке СД.

   8. Повторить п.3.5 и п.3.6. Результаты занести в табл. 4.

   9. Построить на одном графике зависимости по табл. 4.

   10. Определить коэффициенты передачи сельсина при разных значениях напряжения на однофазной обмотке сельсина-датчика ("U_с"=1 и "U_с"=2) и угле =90 для линейных участков характеристик . Воспользоваться формулой 3.

3. Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Функции датчика и приемника в системах синхронной связи.

3. Электрическая принципиальная схема работы сельсинов в индикаторном режиме работы. (рис. 1).

4. Электрическая принципиальная схема работы сельсинов в трансформаторном режиме работы. (рис. 2).

5. Отличие трансформаторного режима работы от индикаторного.

6. Определение угла рассогласования сельсинов.

7. Определение коэффициента передачи сельсинов.

8. Таблицы 1, 3, 4.

9. Класс точности сельсинов.

10. Среднее время успокоения сельсинов.

11. Графики , , .

12. Коэффициенты передачи сельсинов в трансформаторном режиме работы.

13. Вывод о влиянии на коэффициент передачи сельсинов напряжения на однофазной обмотке СД.

При подготовке к лабораторной работе выполнить п.5.1.5.7, нарисовать табл. 1, 3,4.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.