ЭЛементы систем автоматики

Лабораторная работа № 3а

Исследование сельсинного датчика угла поворота

Цель работы: изучение конструкций датчиков угла поворота, схем их включения и статических характеристик, связывающих выходной сигнал с входным углом перемещения.

Краткие теоретические сведения

Датчики угла поворота нашли широкое применение во многих отраслях промышленности, в том числе и в горной, для определения углов поворота, например, режущих органов добычных и проходческих машин, барабанов для навивки тросов скиповых и клетьевых подъемных машин и т.д.

В данной работе исследуется сельсинный датчик угловых перемещении. Сельсинный датчик является разновидностью электрической микромашины, предназначенной для использования в дистанционных системах передачи угла. Для реализации дистанционной передачи необходимо, как минимум, две микромашины, называемые сельсин-датчиком (СД) и сельсин-приемником (СП).

По конструкции СД и СП совершенно идентичны. Они имеют однофазную обмотку на статоре и трехфазную обмотку на роторе. Для подвода тока к роторной обмотке используются контактное кольцо и щетки (это самый большой недостаток контактных сельсинов). Известны также бесконтактные сельсины. Они имеют сложную конструкцию и бывают двух модификаций: с тороидальным трансформатором и конструкции Иосифьяна-Свечарника.

В лабораторной работе используются контактные сельсины типа ДИД-101ТВ. Их основные технические данные представлены в табл.1

Т а б л и ц а 1

Тип сельсина	Uном, В	fном, Гц	Iном, А	Погрешность следования , мин	Масса, кг
ДИД-101ТВ	50	50	0,15	45	0,8

При подаче на статорную обмотку (обмотку возбуждения) сельсина однофазного напряжения (см. рис. на лицевой панели щита лабораторной работы) в его возбужденном зазоре создается пульсирующий магнитный поток Ф, индуктирующий в фазах обмотки ротора (обмотки синхронизации) трансформаторные эдс, амплитуды которых пропорциональны косинусу угла между осью соответствующей фазы обмотки и направлением магнитного потока.

;

; (1)

,

где E_ф – эдс фазы при  = 0.

Существует две схемы включения сельсинов для работы в режиме дистанционной передачи угла: индикаторная и трансформаторная. Схема индикаторной синхронной передачи угла представлена на рис. 1. Угол поворота  задается СД. При этом между соответствующими точками роторной обмотки СД появится разность потенциалов

;

; (2)

,

которая вызовет в цепи роторов СД и СП уравнительные токи I₁, I₂, I₃. При взаимодействии этих токов с потоком обмотки возбуждения ОВ СП возникает синхронизирующий вращающий момент, благодаря которому ротор СП поворачивается в согласованное с ротором СД положение.

Ошибка рассогласования сельсинной передачи зависит от качества машин и определяется главным образом трением в подшипниках и контактных кольцах. По величине ошибки рассогласования  сельсины делятся на три класса: 1-й класс –  до 0,75⁰; 2-й класс –  до 1,5⁰; 3-й класс –  до 2,5⁰.

Схема трансформаторной синхронной передачи угла проставлена на рис. 2.

В этом режиме ротор сельсин-приемника СП механически затормаживается, а к обмотке возбуждения 0В подключается вольтметр переменного тока. Если поворачивать ротор СД, то на зажимах "а, б" обмотки 0В СП напряжение будет изменяться в соответствии с выражением

, (3)

где U_m - амплитудное значение напряжения при  = 0.

Для суммирования углов поворота от 2-х датчиков или изменения нулевого положения сельсин-приемника применяются дифференциальные сельсины. Эти микромашины имеют трехфазные обмотки как на роторе, так и на статоре. В работе используется дифференциальный сельсин СПД типа НЭД-101ТВ. Его технические данные аналогичны приведенным в табл. 1.

Дифференциальная схема включения сельсинов представлена на рис. 3.

Ротор СПД не изменяет своего нулевого положения, если роторы СП и СД находятся в нулевых положениях, т.е. углы ₁ и ₂ равны 0. При повороте только ротора СД или только ротора СП ротор СДД поворачивается на тот же угол в соответствующую сторону и, таким образом, дифференциальный сельсин может производить суммирование или вычитание двух угловых величин ₁ и ₂.