Сельсинные измерительные преобразователи

Сельсином называется индукционная электрическая микромашина, обладающая способностью синхронизации.

Особенность применения в САУ - использование их в паре: сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП).

Сельсинная пара может работать в следующих режимах:

- индикатором – для дистанционной передачи команд или управляющих сигналов.

- трансформаторном –при измерении разности между угловыми положениями механически не связанных валов

- алгебраического суммирования угловых перемещений двух механических не связанных между собой валов.

Классификация сельсинов:

1) по выполненным функциям в паре: сельсин – датчик; сельсин – приемник;

2) по числу фаз питающего напряжения: однофазные (для 1 и 2-го режима), трёхфазные (машины сравнительно большой мощности, использующиеся в качестве силовых синхронных передач).

3) по конструктивному исполнению однофазные сельсины: машины с явно выраженными полюсами статора, с явно выраженными полюсами ротора

4) по точности: сельсины первого, второго и третьего классов точности.

5) по характеру токоподвода: контактные, бесконтактные

У контактных сельсинов на полюсах (статора или ротора) располагается однофазная обмотка возбуждения. Трехфазная обмотка синхронизации укладывается в пазах (ротора или статора). Преимуществом этой конструкции является удобство балансировки ротора. Если на полюсах ротора размещают обмотку возбуждения, это уменьшает трение, и позволяет использовать сельсины в маломощных дистанционных передачах. Напряжение питания подводится к однофазной обмотке возбуждения.

Бесконтактный сельсин также имеет две обмотки. Обмотку возбуждения располагают между статором и торцевыми магнитопроводами, обмотка синхронизации укладывается в пазах статора. Ротор набирается из листов электротехнической стали.

Принцип действия однофазного контактного сельсина состоит в изменении взаимоиндукции между обмотками ротора и статора, при повороте вала ротора относительно исходного положения. В исходном положении магнитная связь между обмоткой возбуждения и первой катушкой обмотки синхронизации будет максимальна.

При повороте ротора на угол магнитный поток возбуждения будет пронизывать проводники обмотки первой катушки под углом , проводники обмотки второй катушки соответственно под углом +120⁰, третьей - 240⁰+.

ЭДС, индуктируемые в этих катушках: E₁=E_max cos=4,44fW₁Ф_mcos,

E₂=E_maxcos(+120), E₃= E_maxcos(+240).

Вал ВС сельсин-датчика жестко соединен с валом рабочего механизма РМ. На вал ротора сельсин-приемника установлена индикаторная стрелка, регистрирующая положение вала РМ. СД преобразует угловое положение оси РМ в группу напряжений, которые преобразуются сельсин - приемником в угловое положение своего ротора. Если углы и поворота осей СД и СП равны, то ЭДС, возникающие в обмотках равны и направлены встречно, следовательно, токи в соединённых проводах отсутствуют.

Индикаторный режим работы сельсинов.

При наличии рассогласования между валами сельсинов () в соединительных проводах и обмотках потекут токи, создающие магнитные потоки, взаимодействующие с магнитным потоком возбуждения. В результате этого взаимодействия на валах сельсинов появляются синхронизированные моменты, равные по величине и противоположны по направлению. Равенство этих моментов объясняется идентичностью конструкций CД и CП и тем, что токи в обмотках одинаковы по величине, но противоположны по направлению. Вал ВЕ ротора СП под действием синхронизирующего момента будет поворачиваться до полной компенсации угла рассогласования.

Статической характеристикой сельсинов в данном режиме является зависимость синхронизирующего момента от угла рассогласования.

Трансформаторный режим работы сельсинов.

Вал ВС ротора сельсин-датчика связан с валом рабочего механизма РМ1.

Вал ВЕ ротора сельсин-приемника связан с валом РМ2. Трехфазные обмотки соединены трехпроходной линией связи. Обмотки возбуждения питаются переменным током постоянной амплитуды и частоты.

Магнитный поток возбуждения Фв индуктирует в катушках трехфазной обмотки ВС ЭДС, под действием которой по соединительным проводам и обмоткам потекут токи , создающие магнитодвижущую сил.

В обмотках ВЕ протекают токи равные по величине токам в обмотке ВС, но противоположные по направлению. МДC, созданная этими токами, будет иметь линию действия, направленную под углом к оси первой катушки. Направление вектора МДC ВЕ будет противоположно к МДС сельсин-датчика (ВС).

Магнитодвижущая сила в расточке статора ВЕ создает переменный магнитный поток, который индуктирует ЭДС в однофазной обмотке, являющуюся выходным сигналом.

При равенстве углов и линии МДС ВС и ВЕ будут совпадать с осями однофазных обмоток, следовательно, переменный магнитный поток будет иметь максимальное значение.

Рассогласование валов РМ1 и РМ2 приведет к тому, что линия действия МДС ВЕ будет направлена под углом Θ=α-β к продольной оси выходной обмотки, следовательно, его значения будут определяться:Ф=Фcos. Статическая характеристика - зависимость выходного напряжения Uвых =4,44W_of₁ Фсos .

Режим алгебраического суммирования угловых перемещений двух механических не связанных между собой валов.

Между двумя СД, роторы которых механически соединены с рабочими механизмами РМ1 и РМ2, включен дифференциальный сельсин В, конструктивно выполненный как СД. Выходным (исполнительным) является вал ротора дифференциального сельсина.

В исходном положении имеет место согласованное положение входных валов сельсин-датчиков и выходного вала дифференциального сельсина. Векторы магнитных потоков Ф статора Фротора дифференциального сельсина совпадают по направлению и ротор его неподвижен.

При повороте ротора ВС1 (по часовой стрелке) на угол результирующий магнитный поток статора Ф дифференциального сельсина повернется на угол , но в противоположную сторону (против часовой стрелки). Поворот ротора ВС на угол приведет к повороту магнитного потока ротора Ф дифференциального сельсина на угол , но в противоположную сторону. Так как магнитные потоки Ф и Ф оказываются направленными под углом =- друг к другу, то в расточке статора дифференциального сельсина возникает синхронизирующий момент, стремящийся развернуть его ротор на угол, соответствующий согласованному положению валов, при котором Ф и Ф сонаправлены. Этот угол оказывается равным разности углов входных валов.

Погрешности сельсинов:

1) производственные, вызванные несбалансированностью ротора, не идентичностью пары, неравномерностью магнитной проводимости ротора и статора из-за наличия пазов;

2) эксплуатационные, вызванные изменением момента трения, частоты питающего напряжения, различной длиной линий связи от источника питания к обмоткам возбуждения сельсин-датчика и сельсин-приемника.