17.11 Сельсины

Свое название сельсины получили от сокращения английских слов self-synehronifcing (самосинхронизирующийся). Они служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных валов. По исполнению сельсина делятся на контактные и бесконтактные.

У контактного сельсина имеются явно выраженные полюсы, на которых размещается однофазная сосредоточенная обмотка, включаемая в сеть переменного тока. Эта обмотка является обмоткой возбуждения. В пазах ротора укладываются три распределенные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. Эти обмотки соединяют звездой и три их вывода подсоединяют к контактным кольцам, по которым скользят неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью. Эти обмотки называются обмотками синхронизации. Пакеты статора и ротора собраны из листовой электротехнической стали, причем ротор выполнен со скошенными пазами для ослабления зубцовых гармоник в кривых ЭДС. Иногда находит применение обращенная конструкция сельсинов, когда явно выраженные полюсы с обмоткой возбуждения размещают на роторе, а обмотки синхронизации — в пазах статора.

В настоящее время широкое применение находят бесконтактные сельсины. У них отсутствуют скользящие контакты, что повышает надежность и точность их работы В таких сельсинах (рис. 17.21, а) обмотки синхронизации и возбуждения размещают на статоре, а ротор не имеет обмоток. Ротор состоит из двух пакетов 1 и 2, набранных из листовой стали, между которыми имеется косой промежуток 3, заполненный немагнитным материалом, вследствие этого полюсы ротора в магнитном отношении разделены. Листы пакетов ротора располагаются параллельно оси вала, как показано на рис. 17.21,б. Основной пакет статора 4 имеет обычную конструкцию и в его пазах 5 размещается обмотка синхронизации 6. Обмотка возбуждения 7 состоит из двух кольцевых катушек, оси которых совпадают с осью ротора.

Магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения 7, из полюса П1 в полюс П2 замыкается через боковые кольца 8 и пакет внешнего магнитопровода 9, набранного из полос электротехнической стали, а затем через зубцы и ярмо пакета статора.

Рис. 17.21. Бесконтактный сельсин

В зубцовом слое статора магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения, как и в контактном сельсине, будет сцепляться с обмоткой синхронизации.

В зависимости от назначения и режимов работы различают: сельсины, работающие в индикаторном режиме; сельсины, работающие в трансформаторном режиме, и дифференциальные сельсины.

Схема включения сельсинов в индикаторном режиме показана на рис. .17.22. Один из сельсинов (например, левый) называется датчиком, а другой (правый) приемником. Иногда один сельсин-датчик управляет несколькими приемниками.

Рис. 17.22. Схема включения сельсинов, работающих в индикаторном режиме

В индикаторном режиме осуществляется дистанционная передача угла. При этом внешний нагрузочный момент на валу сельсина-приемника практически отсутствует. Обычно вал сельсина-приемника поворачивает стрелку или шкалу измерительного прибора, движок реостата и т. п. Если углы поворота соответствующих обмоток фаз сельсина-датчика β_д и сельсина-приемника β_п по отношению к осям полюсов одинаковы (β_д=β_п), а обмотки возбуждения сельсинов В_д и В_п включены в одну и ту же сеть, то пульсирующие магнитные поля, созданные этими обмотками, наведут в соединенных друг с другом одноименных обмотках синхронизации одинаковые ЭДС:

Е_Ад=Е_Ап; Е_Вд=Е_Вп; Е_С,д=Е_С,п

Одноименные ЭДС сельсина-датчика и сельсина-приемника имеют встречное направление, поэтому в обмотках синхронизации не возникает токов и электромагнитные моменты сельсинов равны нулю.

Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика на какой-то угол Δβ₁ = β_д - β_п то одноименные «фазы» сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитным полям и их ЭДС не будут равны (Е_Ад≠Е_Ап ит,д.). Вследствие этого в обмотках синхронизации возникнут токи, которые, взаимодействуя с магнитными полями, создадут вращающие моменты. Моменты, действующие на роторы сельсина-датчика и сельсина-приемника, направлены в противоположные стороны и под их влиянием угол рассогласования Δβ₁ уменьшится. Если при повороте на Δβ₁ ротор сельсина-датчика будет закреплен, то ротор сельсина-приемника под действием возникшего момента также повернется на угол Apt и опять будет выполняться равенство β’_д = β’’_п

В реальных условиях сельсины всегда дают некоторые погрешности в передаче угла. Эти погрешности вызваны наличием трения в подшипниках и щетках, неточностью изготовления и др. В зависимости от класса точности сельсины позволяют осуществить передачу угла с погрешностью 0,25-2,50°.

Рис. 17.23. Схема включения сельсинов, работающих в трансформаторном режиме

Сельсины, работающие в трансформаторном режиме, конструктивно не отличаются от сельсинов, работающих в индикаторном режиме, и применяются в следящих системах. На рис. 17.23 показана схема включения сельсинов, работающих в трансформаторном режиме. Отличие этой схемы от схемы, показанной на рис. 17.22, состоит в том, что однофазная обмотка В_п сельсина-приемника С-П не включается в сеть переменного тока, а подключается к управляющему блоку усилителя У. При подаче питания в обмотку возбуждения В_д сельсина-датчика С-Д в обмотках синхронизации потечет ток, который в сельсине-приемнике создаст пульсирующий магнитный поток. В исходном положении ротор этого сельсина должен быть расположен так, чтобы его ось была ориентирована перпендикулярно оси пульсирующего магнитного потока, созданного обмотками синхронизации. В этом случае оси обмоток В_д и В_п будут сдвинуты в пространстве на 90° и напряжение на выводах обмотки В_п равно нулю. На усилитель У не будет подаваться сигнал и он не будет давать питание на исполнительный двигатель ИД. Система будет неподвижна. Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика С-Д на какой-либо угол α, то токи в обмотках синхронизации изменятся и ось магнитного потока в сельсине-приемнике С-П повернется на тот же угол. При этом появится напряжение на обмотке В_п, пропорциональное sin α На вход усилителя У поступит сигнал. Усиленный сигнал от усилителя У поступает на двигатель ИД, который приводит в действие исполнительный механизм ИМ и одновременно поворачивает ротор сельсина-приемника в такое положение, когда его обмотка В_п снова будет сдвинута на 90° относительна оси обмотки В_д. , В этом положении подача сигнала на усилитель прекращается и привод останавливаемся. Таким образом исполнительный механизм будет повторять повороты или вращение ротора сельсина-датчика (будет «следить» за поворотами ротора сельсина-датчика). ,

Дифференциальные сельсины применяются в тех случаях, когда требуется осуществлять управление из двух пунктов. Конструктивно они отличаются от обычных сельсинов тем, что у них как статор, так и ротор не имеет явно выраженных полюсов. Кроме того, в пазах статора и ротора располагаются по три сдвинутые на 120° обмотки, соединенные но схеме звезды. Эти обмотки включаются в рассечку проводов, соединяющих обмотки синхронизации обыкновенных сельсинов.