16.9. Погрішності в сельсинах та способи їх зменшення

Погрішності синхронних передач кута з сельсинами можливо поділити на три групи: технологічні, конструктивні та експлуатаційні.

Технологічні погрішності визначаються недоліками у виготовленні сельсина. Це неточність статичного й динамічного балансування, перекіс ротора, нерівномірність повітряного зазору машини; неоднаковість магнітних властивостей сталі машини в різних радіальних напрямах; різні опори обмоток; наявність короткозамкнених витків.

Майже всі похибки сельсинів при повороті ротора змінюються періодично. Для різних видів похибок число періодів за один оберт різне. Від неточності балансування ротора – один період, за рахунок неточностей у виготовленні – два періоди і т. д.

В динамічному режимі роботи індикаторних сельсинів при неточному балансуванні ротора внаслідок періодичної дії сил ваги виникають вимушені коливання ротора.

При критичних швидкостях обертання частота вимушених коливань дорівнює власній частоті коливань ротора. Тому похибка передачі так зростає, що може призвести до порушення нормальної роботи передачі.

За нерівності параметрів променів обмотки синхронізації похибки зменшують вмиканням додаткових активних, індуктивних та ємнісних опорів.

Погрішності, які викликані конструктивними обмеженнями, виникають внаслідок несинусоїдності просторової кривої МРС (недосконалість обмоток та зубчаста будова статора й ротора; насичення магнітного ланцюга; інерційності ротора; наявності тертя в ковзних контактах, підшипниках і т. д.; у зв’язку з наявністю зовнішнього демпфера).

Внаслідок наявності зубцевих гармонік поля періодичність похибки за один оберт становить z±1, де z – число пазів ротора.

Похибки від несинусоїдності МРС в індикаторних сельсинах виявляються менше, ніж в трансформаторних, внаслідок двостороннього живлення. Для зменшення цих похибок застосовують скорочення кроку обмотки, скіс пазів ротора й статора. Наявність демпферної обмотки в трансформаторному сельсині екранує поперечний магнітний потік та підвищує точність роботи.

Квадратична залежність М_стах(U), яка визначена формулою (16.49), справедлива лише при ненасиченому магнітному ланцюзі машини. Якщо магнітний ланцюг насичений, то у зв’язку з не однаковим магнітним станом сельсинів виникає різний ступінь залежності М_стах(U) у індикаторних та Е(U) у трансформаторних сельсинів. Це призводить до появи додаткової кутової або потенціальної похибки.

Тому сельсини виконують з ненасиченим магнітним ланцюгом, а для трансформаторних сельсинів застосовують як магнітний матеріал пермалой. В динамічному режимі виникає похибка, яка обумовлена моментом інерції ротора. Вона визначається коефіцієнтом динамічної добротності, який визначається формулою (12.3).

Як в статиці, так і в динаміці виявляється момент тертя в підшипниках, ковзних контактах і т. д. При цьому похибка визначається статичним коефіцієнтом добротності, який визначається формулою (12.2).

Наявність зовнішнього демпфера створює навантаження на валу сельсина-приймача. Тому виникає додатковий кут непогодженості (похибка).

В трансформаторному режимі, особливо при обертанні сельсинів, на вихідній обмотці сельсина-приймача з’являється напруга, яка не зникає навіть при θ=0 (нульовий сигнал). У загальному вигляді нульовий сигнал не співпадає за фазою з вихідною напругою Е (рис.16.9) і може бути розкладений на складові: яка співпадає за фазою з Е (напруга похибки) та зсунуту відносно Е на 90º (залишкова напруга за основною гармонікою). Крім того, виникають залишкові ЕРС вищих часових гармонік. Основні причини появи нульового сигналу – конструктивні та технологічні обмеження у виготовленні. Зкомпенсувати нульовий сигнал можливо підбираючи та встановлюючи додаткові опори в ланцюзі обмоток синхронізації.

Експлуатаційні погрішності виникають внаслідок коливань мережевих напруг та частоти, змін температури обмоток та оточуючого середовища, нерівномірної швидкості обертання ротора сельсина, великої швидкості обертання (швидкісна похибка), відносно великих струмів навантаження в трансформаторних та моменту навантаження в індикаторних сельсинах. Коливання мережевої напруги, у зв’язку із залежністю М_стах від U², допускаються не більше, ніж ±10% від U_н.

Розглянемо вплив на погрішності змін частоти мережевої напруги. ЕРС, яка індукується в обмотці А₁ (рис.16.5) при θ=0:

,

тобто

. (16.100)

З іншого боку:

. (16.101)

Синхронізуючий момент:

. (16.102)

Враховуючи у (16.102) формули (16.100), (16.101), одержимо:

. (16.103)

Оскільки в формулі (16.101) вважалось, що r≈0, у залежності (16.103) одержано ƒ². В дійсності r має такий же порядок, як і х. Тому степінь ƒ буде дещо меншим від двох.

Якщо зі змінною частотою f величина E_m остається незмінною (U=const), то М_с змінюється зворотнопропорційно ƒ². Якщо ж зі зміною ƒ змінюється U, то М_с змінюється в малих межах. Звичайно ƒ коливається в межах ±5%.

Зі зміною температури обмоток змінюється їх опір, тому змінюється й М_с.

Нерівномірна швидкість обертання створює додаткові динамічні похибки внаслідок впливу моменту інерції ротора приймача.

З формули (16.51) можливо зробити висновок про те, що зі збільшенням відносної швидкості ν зменшується динамічний момент М_Д. Тому зростає швидкісна динамічна похибка синхронної передачі. Тому при даній дійсній швидкості обертання величину ν зменшують за рахунок підвищення синхронної швидкості ω_с, тобто підвищенням частоти до 400÷500 Гц.

Якщо сельсин-трансформатор живить вхід електронного або напівпровідникового підсилювача, то струмом в обмотці можливо знехтувати, вважаючи U_вих=Е. Якщо ж z_н малий (вхід магнітного підсилювача), то створюється погрішність, яка залежить від z_н:

. (16.104)

Крім того, внаслідок впливу реакції якоря змінюються магнітний потік Ф та ЕРС Е_тах, що призводить до додаткових погрішностей.

В залежності від допустимих погрішностей сельсини поділяються на класи точності. Для індикаторних сельсинів існує три класи точності:

Клас точності	1	2	3
Δθтах в градусах	0.5	1.0	1.5

Трансформаторні сельсини поділяють на шість класів:

Клас точності	1	2	3	4	5	6
Δθтах в мінутах	±1	±2	±5	±10	±20	±30

Якщо використовувати сельсини-трансформатори в індикаторному режимі, то внаслідок малої крутості початкової частини характеристики М(θ) передача буде виконуватись зі значними похибками.

Для визначення похибок в індикаторних сельсинах відхиляють вал датчика послідовно на кути 10º, 20º і т. д. до 360º. При цьому вимірюють положення валу приймача в погодженому положенні. Дослід проводиться для двох напрямів та будується крива Δθ(θ_д). Максимальна середня статична похибка, яка визначає клас точності сельсина, визначається, як

. (16.105)

Точність трансформаторних сельсинів визначається аналогічно, причому погодженим вважається положення, при якому Е=Е_тіп. За числом періодів зміни похибок можливо визначити їх природу.