Попов / Попов билеты / 13

§7.7. ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ОДНОФАЗНЫХ СЕЛЬСИНОВ

Рассмотрим теорию однофазных сельсинов на примере контактных сельсинов с обмоткой возбуждения на статоре. Однако основные положения этой теории и полученные выводы в одинаковой мере можно распространить как на контактные сельсины с обмоткой возбуждения на роторе, так и на  бесконтактные.

Принцип действия. При работе сельсинов в трансформаторном режиме обмотка возбуждения В сельсина-датчика Д (рис. 7.14), механически связанного с ведущей осью О₁. подключена к сети однофазного тока, а обмотка возбуждения В сельсина-приемника П—к усилителю У, подающему питание на обмотку управления исполнительного двигателя ИД.Обмотки синхронизации обоих сельсинов соединены между собой  линией связи  ЛС.

Переменный ток, проходящий по обмотке возбуждения датчика, создает в нем пульсирующий магнитный поток, который индуцирует ЭДС в трех фазах обмотки синхронизации. Так как обмотки синхронизации датчика и приемника соединены между собой линией связи, то по ним проходит ток, вследствие чего в сельсине-приемнике создается пульсирующий магнитный поток. Если возникает рассогласование

Рис. 7.14. Схема включения сельсинов при работе в трансформаторном режиме

 

положений роторов датчика и приемника, то этот поток индуцирует в обмотке возбуждения некоторую ЭДС, и на ее зажимах появляется выходное напряжение. Это напряжение через усилитель подается на обмотку управления исполнительного двигателя, который поворачивает ведомую ось О₂ совместно с ротором приемника. При ликвидации рассогласования выходное напряжение становится равным нулю,  и вращение ведомой оси прекращается.

Электродвижущие силы и токи в обмотках синхронизации. Обмотка возбуждения датчика создает магнитный поток Ф_в, синусоидально распределенный по окружности статора и ротора и пульсирующий с частотой сети. Значение ЭДС, индуцируемой этим потоком в каждой фазе обмотки ротора датчики Д, зависит от ее положения относительно оси обмотки  возбуждения  (продольной  оси d—d)  (рис. 7.15, а).

Если ось первой фазы ротора расположенной в пазах ротора 1—1', совпадает с осью обмотки возбуждения, то дей-

Рис. 7.15. Ротор и статор сельсина-датчика при θд = θ (а) и θД = 60° (б)

 

 

ствующее    значение    ЭДС,    индуцируемой    в    этой    фазе, максимальное:

E_1Д = Е_2тах = 4,44f₁ w₂k_o62Ф_вm,                      (7.32)

а   ЭДС,   индуцируемые   в   других   фазах,   расположенных в   пазах   ротора   2—2' и 3—3',  равны:   Е_2Д = Е_2тахcos 120^е;

E_3д = E_2maxcos(-120°).

В общем случае, когда ось первой фазы ротора сдвинута относительно оси обмотки возбуждения на некоторый угол θ_Д (рис. 7.15,б),  получим

                                                                   (7.33)

Так как одноименные фазы роторов датчика и приемника соединены  последовательно,  то  проходящий  по  ним ток

                                      (7.34)

где I_2max ⁼ E_2max/Z₂ — наибольшее действующее значение тока в обмотке фазы ротора; Z₂ —общее сопротивление последовательно включенных фаз датчика и приемника.

Из (7.34) следует, что алгебраическая сумма токов I₁+I₂ + I_з ⁼ 0, вследствие чего линия связи может быть без нулевого  провода.

Магнитодвижущие силы ротора в датчике и приемнике. Ток, проходящий по фазам обмотки ротора датчика, создает в нем соответствующие МДС. Магнитодвижущие силы отдельных фаз распределены  в  пространстве синусоидально,  поэтому

                                                                         (7.35)

где F_2max = 0,91_2maxw₂k_o62— максимальное значение МДС, создаваемой одной фазой  обмотки  ротора.

Определим результирующую МДС всех фаз датчика, для чего сложим составляющие МДСF_Дd и F_Дq по продольной оси d-d (оси обмотки возбуждения) и поперечной оси q-q. При  этом

 

                               (7.36)

+ соs(θ_д-12О°)sin(θ_д-12О^о)] = О,5F_2mах[sin2θ_д +

+ sin 2 (θ_Д +120°) + sin 2 (θ_д -120°)] = 0.           (7.36а)

Таким образом, результирующую МДС ротора датчика можно представить пространственным вектором_д, который при любом угле θ_Д направлен по продольной оси и имеет постоянную  величину,  равную l,5F_2max  (см.  рис. 7.15,а).

Магнитодвижущие силы соответствующих фаз ротора приемника п отличаются от МДС фаз ротора датчика толь­ко знаком, так как ток в фазах обмотки ротора приемника направлен противоположно току в фазах обмотки ротора датчика. Следовательно, результирующую МДС приемника также можно представить пространственным вектором_п, величина которого не зависит от угла поворота роторов датчика и приемника и всегда равна — l,5F_2max. Ее продоль­ная  и  поперечная составляющие

                      F_nд=-F_1дcosθ_n-F_2дcos(θ_n+120^o)-F_3д,cos(θ_n-120^o)=

                                               = -l,5F_2maxcosθ;                            (7.37)

                      F_nq= -F_lдsinθ_n-F_2дsin(θ_n+120°)-F_3дsin(θ_n-120^o) =

                                               = -l,5F_2maxsinθ.                             (7.38)

Знак « —» в (7.36) и (7.37) показывает, что вектор резуль­тирующей МДС _дповорачивается в противоположную сторону относительно результирующей МДС_д. Так, напри­мер, если установить ротор приемника в положение θ_π = 0 и повернуть ротор датчика на угол θ =60° по часовой стрелке (рис. 7.16, а), то вектор МДС _п повернется относительно ротора приемника на угол θ = θ_Д — θ_π = 60°, но в противоположном направлении, т. е. против часовой стрелки  (рис. 7.16,б).

Рис. 7.16.   Векторы   МДС  ротора  в  датчике  (а)  и  приемнике  (б)  при повороте ротора датчика  на  угол θ = 60°

 

 

Выходное напряжение сельсина-приемника.Продольная составляющая МДС ротора в датчике F_Дd компенсируется МДС, создаваемой компенсационным током, который поступает из сети в обмотку возбуждения (аналогично трансформатору). В приемнике МДС ротора создает пульсирующий магнитный поток, продольная составляющая которого Φ_πd индуцирует в выходной обмотке (обмотке возбуждения) ЭДС

                              E_вых = 4,44f₁w₁ k_об1Ф_пdm cos θ = E_1max cos θ,          (7.39)

где w₁ и k_об1—число витков и обмоточный коэффициент обмотки статора сельсина; F_1mах—действующее значение ЭДС в выходной обмотке в случае, когда МДС F_2max совпадает с  осью этой  обмотки.

При согласованном положении приемника и датчика на выходе целесообразно иметь нулевой сигнал. Поэтому ротор или статор приемника при согласованном положении ведущей и ведомой осей предварительно смещают на 90° относительно ротора или статора датчика.

При этом  выходной сигнал изменяется по закону

                                 U_BЫXE_BblХ = E_lmaxcos(90°-θ) = E_lmaxsinθ.            (7.40)

При выборе сельсина для определенного режима работы необходимо знать удельное выходное напряжение, т. е. значение  U_вых,  приходящееся на   1°  угла рассогласования:

                                       U_УД = E_lmaxsin1° = 0,0175E_lmax.                      (7.41)

Это значение обычно приводится в паспорте сельсина. Чтобы зависимость выходного сигнала U_вых от угла рассогласования была по возможности близкой к синусоидальной,сельсины, предназначенные для работы в трансформаторном режиме, выполняют с неявно выраженными полюсами. Этим достигаются существенное уменьшение высших гармонических в кривой ЭДС и повышение точности при передаче угла.