Попов / Попов билеты / 9

§7.6. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО СЕЛЬСИНОВ

Электрические машины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых, электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами (от слов self sinchroniring — самосинхронизирующийся). Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя),— приемником.

Система синхронной связи работает так, что при повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол θ_д ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же угол θ_П. Следовательно, система стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования θ = θ_Д-θ_П, и в идеальном случае свести угол θ к нулю.

Системы синхронной связи подразделяют на два основных вида: синхронного поворота (передачи угла) и синхронного вращения  (электрического вала).

Режимы работы. Различают два основных режима работы сельсинов:  индикаторный и трансформаторный.

При индикаторном режиме ротор сельсина-приемника соединяют непосредственно с ведомой осью. Его применяют при малом значении тормозного момента на ведомой оси, обычно в тех случаях, когда на оси укреплена хорошо уравновешенная стрелка индикатора (отсюда название — индикаторный).

При трансформаторном режиме сигнал о наличии рассогласования между положениями роторов датчика и приемника подается через усилитель на исполнительный двигатель, который поворачивает ведомую ось и ротор сельсина-приемника, ликвидируя рассогласование. При этом режиме выходной сигнал приемника пропорционален синусу угла рассогласования аналогично тому, как во вращающемся трансформаторе, поэтому такой режим работы сельсина получил название трансформаторного. Трансформаторный режим применяют в тех случаях, когда к ведомой оси приложен значительный тормозной момент, т. е. когда приходится поворачивать какой-либо  механизм.

Устройство сельсинов. Сельсины имеют две обмотки: первичную,   или   обмотку   возбуждения,   и   вторичную,   или

 

Рис. 7.10.  Схемы  магнитной системы  однофазных  контактных сельсинов: 1— статор; 2 — обмотка синхронизации; 3 — ротор;  4 — обмотка возбуждения

 

 

 

 

обмотку синхронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины; обмотку синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной.

Трехфазные сельсины имеют такую же конструкцию, как трехфазные асинхронные двигатели с контактными кольцами на роторе; их применяют только в системах электрического вала. В системах автоматики используют однофазные контактные  и  бесконтактные  сельсины.

Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения — на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы).

Однофазные контактные сельсины аналогичны асинхронным машинам малой мощности. Они могут быть явно полюсными (индикаторными) и неявнополюсными (трансформаторными). В явно полюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения сосредоточенная; она расположена на явно выраженных полюсах ротора (рис. 7.10,а) или статора (рис. 7.10,б). В неявнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения распределенная (рис. 7.10, в); она расположена в полузакрытых пазах ротора (или статора). Обмотку синхронизации всегда выполняют распределенной и размещают в пазах соответственно статора или ротора; фазы ее соединяют по схеме Y. Для приближения формы кривой поля к синусоиде воздушный зазор в явно полюсных сельсинах выполняют неравномерным — увеличенным на краях полюсного наконечника. Для ослабления зубцовых гармонических делают скос пазов статора или ротора на одно зубцовое деление.

Сельсины выполняют обычно двухполюсными. Так как магнитное поле в сельсинах переменное, то статор и ротор собирают    из    изолированных    листов    электротехнической

Рис. 7.11.  Устройство  контактного  сельсина: 1—статор; 2 — ротор;  3— контактные  кольца

 

 

 

стали (рис. 7.11). Для увеличения надежности контакта и уменьшения его переходного сопротивления кольца и щетки, к которым подключают обмотку ротора, изготовляют из сплавов серебра. Число контактных колец и щеток зависит от места расположения обмоток: сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют два контактных кольца; с обмоткой возбуждения на статоре — три контактных кольца. В некоторых типах сельсинов-приемников на явно полюсном роторе по поперечной оси размещают короткозамкнутую демпферную обмотку, обеспечивающую быстрое затухание собственных колебаний ротора при переходе, его из одного положения в другое. При отсутствии электрического демпфера на валу ротора сельсина-приемника устанавливают механические демпферы (фрикционные, пружинные или жидкостные—ртутные).

Большим недостатком контактных сельсинов является наличие скользящих контактов, переходное сопротивление которых может изменяться. Это снижает надежность работы синхронной связи и приводит к увеличению погрешностей. В настоящее время широко применяют явно полюсные и неявнополюсные бесконтактные сельсины, не имеющие скользящих  контактов.

В явнополюсном бесконтактном сельсине (рис. 7.12) на статоре расположены трехфазная распределенная обмотка синхронизации, два боковых кольца (тороиды), две тороидальные катушки однофазной обмотки возбуждения и внешний магнитопровод. Стальной пакет, в котором размещена обмотка синхронизации и тороиды, собран из листов, расположенных перпендикулярно оси вала, а внешний магнитопровод— из листов, расположенных параллельно оси вала. На роторе имеются два стальных пакета, разделенных немагнитным материалом (обычно сплавом алюминия). Пакеты ротора собраны из стальных листов, размещенных в плоскости, параллельной оси вала. Следовательно, во всех

Рис. 7.12. Электромагнитная схема бесконтактного сельсина: 1—тороиды; 2 — обмотка возбуждения; 3— внешний магнитопровод; 4 — пакет статора; 5 — обмотка синхронизации; 6 — пакеты ротора; 7—промежуток из немагнитного  материала

 

 

 

элементах магнитной системы плоскость листов параллельна направлению силовых магнитных линий. Тороидальные катушки обмотки возбуждения включают так, чтобы направление тока в них  в любой момент времени  было согласованным.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается в каждом элементе магнитной системы сельсина по пути, показанному на рис. 7.12 стрелками. Из первого пакета ротора он проходит через небольшой воздушный зазор, а затем по статору переходит во второй пакет, охватывая проводники обмотки синхронизации. Непосредственному переходу потока из одного пакета ротора в другой препятствует косой промежуток, заполненный немагнитным материалом. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый. При повороте ротора изменяется положение оси потока относительно обмоток синхронизации, поэтому ЭДС, индуцируемая в обмотках фаз синхронизации, зависит от угла поворота ротора, так же как и в контактных сельсинах, вследствие чего принцип действия этих видов сельсинов одинаков. Устройство  бесконтактного сельсина показано на рис. 7.13, а.

Недостаток бесконтактных сельсинов — худшее использование материалов, чем в контактных, из-за больших потоков рассеяния и увеличенного тока холостого хода. При одинаковом удельном синхронизирующем моменте масса бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.

В системах синхронной связи, работающих при повышенной частоте (400... 1000 Гц), применяют неявнополюсные бесконтактные сельсины с кольцевым трансформатором (рис. 7.13,б). В этих сельсинах обмотка синхронизации расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения — в пазах или на явно выраженных полюсах ротора. Питание к обмотке возбуждения подается посредством кольцевого трансформатора, смонтированного в общем корпусе с сельсином.

Такой сельсин по своей конструкции подобен контактному сельсину,   но   вместо   колец   и   щеток   в   нем   применен

 

Рис. 7.13. Устройство бесконтактного сельсина с кольцевым трансформатором: 1 — корпус; 2 и 9 — тороиды; 3 и  7 — обмотка возбуждения; 4 — обмотка синхронизации; 5—немагнитный промежуток; 6 — статор; 8 — ротор;  10 — кольцевой трансформатор

 

 

 

 

 

 

кольцевой трансформатор. Первичная обмотка трансформатора расположена на статоре, вторичная — на роторе, а магнитопровод состоит из торцовых колец, собранных из листов электротехнической стали, и внешнего и внутреннего колец,  выполненных из  металлокерамики.