16.1. Загальна характеристика, застосування та класифікація машин систем синхронної передачі

У промисловості та спеціальній техніці розповсюджені електричні системи синхронної передачі, які застосовуються в системах автоматичного регулювання.

Системою синхронної передачі називають сукупність пристроїв, призначених для вимірювання й передачі на відстань кутових переміщень механічно не з’єднаних осей.

Якщо синхронний зв'язок використовується для передачі кута, то основне значення має синфазність. В тому разі, коли цей зв'язок використовується для передачі синхронного обертання, основним показником є синхронність. При визначенні синфазності застосовується деяке початкове розташування осей, від якого відраховуються всі кути:

, (16.1)

. (16.2)

З виразів (16.1), (16.2) випливає, що синфазність передбачає синхронне обертання осей:

, (16.3)

. (16.4)

Формули (16.3), (16.4) свідчать про те, що синхронне обертання осей можливе й при швидкостях n≠const.

У загальному випадку синхронна система передачі складається з таких елементів: пристрій, який задає кут (датчик); лінія передачі (зв’язку); пристрій, який сприймає передану величину (приймач).

Синхронні системи передачі звичайно мають різні електричні машини й реле. В системах малої потужності переважно

розповсюджені індукційні (асинхронні) машини, які працюють в режимі подвоєного живлення. Ці машини, які за певних схем з’єднання можуть самосинхронізуватись, одержали назву сельсинів (від англійських слів self sinchroniring – «самосинхронізуючий»).

Індукційні системи синхронної передачі поділяють на однофазні й трифазні. Однофазні найчастіше застосовують в установках малої потужності. В потужних установках для синхронізації кількох обертових валів двигунів, які механічно не пов’язані між собою, застосовують трифазні системи синхронної передачі (приводи розвідних мостів, затворів шлюзів і т. і.).

Основними перевагами індукційних систем синхронної передачі є такі.

1. Відсутність іскрової комутації.

2. Висока точність (похибка в передачі кута не більша від 2,5º).

3. Плавність відпрацювання сигналу.

4. Можливість застосування безконтактної системи.

5. Однотипність датчиків та приймачів.

Однофазна індукційна система синхронної передачі може працювати в двох основних режимах: індикаторному й трансформаторному. В індикаторному режимі основною характеристикою є синхронізуючий момент, який з’являється внаслідок електромагнітних процесів у синхронній передачі, тому такий режим іноді називають режимом з внутрішньою синхронізацією. В трансформаторному режимі вихідна напруга приймача є основною характеристикою, у зв’язку з чим такий режим називають режимом із внутрішньою синхронізацією. У відповідності з цим індукційні системи синхронної передачі застосовують, як:

1. індикаторні й вимірювальні пристрої;

2. пристрої безпосереднього керування (приймач діє на керуючий орган: повзунок реостата, контакти і т. д.);

3. пристрої дистанційного керування (сигнал від приймача, який працює в трансформаторному режимі, подається на підсилювач).

Синхронні передачі, зокрема, сельсини в різних режимах роботи застосовуються в сучасних пристроях автоматики, телемеханіки, рахунково-вирішуючої техніки, автоматизованого електропривода, спецтехніки і т. д.

Трифазні сельсини застосовуються у відносно потужних системах електричного валу. При цьому потужність допоміжних двигунів-сельсинів беруть 10÷15% від потужності, яка передається валом. В такій передачі (паперовиробні машини, портальні крани і т. і.) кожна з машин виконує функції датчика та приймача, взаємно коригуючи положення обох валів. Машини, які працюють у такій передачі, найчастіше не називають сельсинами, хоча за будовою та принципом здійснення зв’язку вони від сельсинів нічим не відрізняються. Трифазні сельсини розташовуються на валах головних двигунів і звичайно вмикаються на обертання проти поля, тобто з ковзанням Ѕ≥1, для одержання більшого діапазону швидкостей та точності синхронізації.

В рахунково-вирішуючих пристроях, слідкуючому електроприводі, де повинен відпрацьовуватись кут, який дорівнює сумі або різниці двох заданих кутів (наприклад, уведення поправок на швидкість польоту), застосовується система синхронної передачі кута, в якій як один з елементів використовується диференціальний сельсин (сельсин-диференціал).

В літакових та інших пристроях для передачі кута на невеликі відстані при малих значеннях моменту опору застосування контактних та безконтактних сельсинів не завжди можливе. Це пояснюється необхідністю мінімальної маси та розмірів, а також тим, що момент тертя контактного сельсина в підшипниках та щітковому контакті й момент опору можуть бути величинами одного порядку, тобто виникає велика погрішність. Тому для цього застосовують магніто-електричний безконтактний сельсин – магнесин, який має мінімальну масу й габарити та простий за конструкцією.

Точність синхронної передачі визначається кутом непогодження θ між кутовими положеннями роторів приймача та датчика. Якщо ці ротори після відпрацювання сигналу приходять до фіксованого нерухомого стану, то такий режим називається режимом повороту, а кут θ – статичною похибкою системи. Якщо ж ротор обертається з деякою швидкістю, то такий режим називається динамічним (режимом обертання), а кут θ – динамічною похибкою системи.

До систем синхронної передачі ставляться такі основні вимоги.

1. Точність передачі кута.

2. Достатня величина питомого синхронізуючого моменту М_сп на валу приймача.

3. Великий максимальний синхронізуючий момент М_сmах при найбільшому куті непогодження θ_mах.

4. Максимальна допустима швидкість обертання.

5. Малий час установлення ротора приймача.

Сельсини, які використовуються в індукційних системах синхронного зв’язку, поділяються на трифазні силові та однофазні. За конструктивним виконанням вони можуть бути контактними і безконтактними.

За призначенням їх поділяють на датчики й приймачі.

За особливостями застосування вони поділяються на індикаторні, трансформаторні й диференціальні.

Безконтактні сельсини, в свою чергу, поділяються за способом збудження (електромагнітне й магнітоелектричне) та конструктивними особливостями (із Z-подібним ротором, з винесеним зовнішнім магнітним ланцюгом, з трансформаторним збудженням).

В залежності від конструкції, режиму роботи та призначення сельсини характеризуються різними показниками. В індикаторному режимі ККД сельсина має максимум при θ=90º, а в робочому режимі не перевищує 0,1. При θ=180º ККД дорівнює нулеві. Найбільше значення Cosφ виникає при θ=180º, а найменше – при θ=0º та θ=360º. При θ<5º Cosφ=0,25÷0,35. Питомий синхронізуючий момент М_сп=(0,1÷5,0)·10^-3 Н·м/град, а максимальний синхронізуючий момент М_сmах=(5÷30) 10^-3 Н·м/град.

Чутливість трансформаторних сельсинів визначається вихідною напругою при куті непогодження θ=1º. Звичайно ця напруга U_2п=0,5÷1,5 В/град.

Залишкова напруга трансформаторного сельсина (коли вісь ротора приймача становить 90º з віссю ротора датчика) не перевищує U_зл=0,2÷0,5 В.

Для магнесинів при номінальній напрузі живлення погрішність при слідкуванні не перевищує 2,5%, а при зниженій напрузі до 70% від номінальної – 5%.

Синхронізуючий момент для магнесинів звичайно дорівнює М_с=0,1 мГ·см.

Промисловістю випускаються сельсини, які працюють в широкому діапазоні температур: -60ºС ÷ +50ºС з відносною вологістю повітря до 98%, в умовах висотності й підвищених вібрацій.