Информационные микромашины

Информационные электрические микромашины предназна­чены для преобразования угла поворота, угловой скорости или ускоре­ния в электрический сигнал. К информационным микромашинам можно отнести: поворотные трансформаторы; сельсины.

Поворотные трансформаторы относятся к электрическим машинам переменного тока. Поворотные трансформаторы изготовля­ются для частоты тока 400 Гц и выше.

Поворотный трансформатор — это такая машина, которая преобразует угол поворота вала в напряжение, пропорциональное этому углу либо его функции (косинусу или синусу).

Поворотные трансформаторы распространены в автоматических и вы­числительных устройствах, в системах автоматического регулирования для измерения рассогласования. Они также используются в устройствах для решения геометрических и тригонометрических задач, связанных с построением треугольников, преобразованием координат и т. п.

Конструкция поворотных трансформаторов позволяет использовать несколько схем их включения. В зависимости от схемы включения раз­личаются несколько режимов работы поворотных трансформаторов:

а) синусно-косинусные поворотные трансформаторы обеспечивают напряжение, на одной выходной обмотке пропорциональное синусу, а на другой — пропорциональное косинусу угла поворота;

б) линейный поворотный трансформатор обеспечивает выходное на­пряжение, пропорциональное углу поворота вала;

в) построитель—это поворотный трансформатор, на две вход­ные обмотки которого подаются сигналы, пропорциональные состав­ляющим вектора в прямоугольных координатах, а на выходе снимают­ся напряжение и угол, которые характеризуют его модуль и аргумент;

г) масштабные поворотные трансформаторы на выходе выдают напряжение, пропорциональное входному, а коэффициент пропорцио­нальности определяется углом поворота.

По конструкции скользящего контакта поворотные трансфор­маторы могут быть контактные и бесконтактные.

Контактные поворотные трансформаторы имеют контактные коль­ца на роторе, аналогичные кольцам асинхронного двигателя с фазным ротором. В бесконтактных поворотных трансформаторах напряжение с обмоток ротора снимается либо с помощью спиральных пружин, либо магнитной связью.

Поворотный трансформатор состоит из статора и ротора. Статор имеет сердечник из материала, обладающего малым магнит­ным сопротивлением (или шихтованный сердечник из электротехни­ческой стали либо из пермаллоя). Статор имеет две взаимноперпендикулярные обмотки.

Ротор также имеет ферромагнитный сердечник и две взаимноперпендикулярные обмотки (рис. 3.28).

Рис. 3.28 Рис. 3.29

В любом случае обмотка возбуждения статора В включается в сеть переменного тока и индуцирует в машине магнитный поток. Этот поток, в свою очередь, индуцирует ЭДС в обмотках ротора. Частота этой ЭДС равна частоте тока в сети, а действующее значение зави­сит от расположения ротора относительно статора.

Если использовать как рабочую обмотку S ротора (синусную), то ЭДС этой обмотки будет пропорцио­нальна синусу угла поворота вала. Такой поворотный трансформатор называется синусным.

Если за рабочую взять обмотку С ротора (косинусную), то ЭДС этой обмотки будет пропорциональна косинусу угла поворота вала. Это — косинусный поворотный трансформатор.

При использовании обоих обмоток ротора (в пределах коэффициен­та трансформации к = 0,52...0,56) можно получить линейную зависи­мость выходного напряжения от угла поворота вала. Такой поворот­ный трансформатор называется линейным.

В обмотках ротора поворотного трансформатора протекает ток, т. е. имеет место явление реакции ротора. Компенсация этой реак­ции называется симметрированием поворотного трансформатора. Сим­метрирование дает возможность значительно уменьшить погрешности трансформатора.

Симметрирование бывает: первичное (со стороны статора) и вторичное (со стороны ротора).

Первичное симметрирование состоит в том, что обмотка статора К (компенсационная) включается на сопротивление Z_К или накоротко. Нагрузка включается на одну обмотку ротора (синусную или косинусную).

При вторичном симметрировании (на­пример, линейного поворотного трансфор­матора) компенсационная обмотка и обмотка синуса соединяются последовательно и включаются на нагрузку Z₁. Напряжение на этом сопротивлении является выходным на­пряжением трансформатора. Сопротивление нагрузки косинусной обмотки Z₂ подбирает­ся из условия постоянного выходного сопро­тивления. Схема линейного поворотного трансформатора с вторичным симметриро­ванием приведена на рис. 3.29.

Трансформатор-построитель используют для определения гипотенузы прямоугольного треугольника по двум кате­там, для преобразования координат из пря­моугольной системы в полярную и др.

Масштабные поворотные трансформаторы применяют для согласования масштабов отдельных узлов схем.

Сельсины. Электрические микромашины синхронной связи называются сельсинами. Сельсины обеспечивают синхронный и синфазный поворот или враще­ние двух или нескольких осей, не связанных механически между со­бой. В простейшем случае синхронная связь осуществляется с помо­щью двух сельсинов, связанных между собой электрически.

Сельсин, механически соединенный с ведущей осью, называется датчиком. Второй сельсин соединяется с ведомой осью и называется приемником.

При повороте ротора сельсина-датчика на угол ротор сельсина-приемника должен повернуться на такой же угол т. е. система стре­мится ликвидировать рассогласование между положением роторов дат­чика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования . В идеальном случае система обеспечивает .

Системы синхронной связи обеспечивают:

• синхронность поворота (передача угла);

• синхронность вращения (электрический вал).

Различают два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. В индикаторном режиме сельсин-датчик задает угол поворота. У сельсина-приемника нет момента сопротивления на валу, он имеет обыч­но только индикаторную стрелку. Между сельсинами есть лишь электри­ческая связь. Стрелка отклоняется на угол, отвечающий углу .

В трансформаторном режиме на вал сельсина-приемника действу­ет момент сопротивления, т. е. ротор приемника поворачивает какой-то механизм. В этом случае сигнал рассогласования усиливается и подает­ся на исполнительный механизм.

Сельсины по количеству фаз бывают однофазные и трехфазные.

По конструкции контактов сельсины разделяются на две группы – контактные и бесконтактные.

Работа контактных сельсинов в системах синхронной связи принципиально не отличается от работы бесконтактных сельсинов.

Устройство сельсина напоминает конструкцию асинхронного дви­гателя с фазным ротором.

Сельсин имеет статор и ротор.

Две обмотки (возбуждения и синхронизации) могут располагаться как на статоре, так и на роторе. Обмотка возбуждения всегда включает­ся в сеть переменного тока и создает пульсирующий магнитный поток. Обмотку синхронизации всегда выполняют из трех катушек, соединенных звездой. Если обмотка возбуждения расположена на роторе, то сельсин имеет два контактных кольца. Если на роторе находится обмотка синхронизации, то у сельсина три контактных кольца.

Некоторые сельсины имеют короткозамкнутую демпферную обмот­ку или механические демпферы.