Лабораторная работа №3 «иследование сельсинов»

1. Ведение

При управлении производственными процессами часто воз­никает необходимость передачи на расстояния угловых переме­щений без механических связей. Для этих целей используется сельсинная система передачи угла, которая позволяет переда­вать неограниченный диапазон рабочих углов на значительные расстояния.

Основными элементами дистанционной передачи угла являет­ся датчик, воспринимающий передаваемый угол, линия связи и приёмник, воспроизводящий передаваемой угол. В сельсинной системе дистанционной передачи угла используется принцип перераспределения переменных Э.Д.С., индуктируемых в трёхфазных обмотках сельсина.

2. Конструктивные особенности и принцип действия сельсинов

Сельсины представляют собой индукционные электрические машины переменного тока либо с трехфазной обмоткой на роторе и однофазной – на статоре, либо с трёхфазной обмоткой на статоре и однофазной – на роторе. Фазы трёхфазной обмот­ки сдвинуты относительно друг друга на 120° и соединены по схеме “звезда”.

По конструктивному исполнению сельсины делятся на кон­тактные и бесконтактные. В контактных сельсинах подвод пи­тания осуществляется через контактные кольца и щётки. В бесконтактных сельсинах вращающийся электрический контакт заменен вращающимся "магнитным контактом". Трёхфазная об­мотка располагается на статоре. Ротор (Рисунок 1) разделён на две магнитно – изолированные части, образующие два полюса.

В каждую из половин ротора через торцовые зазоры проходит переменный магнитной поток, создаваемый двумя неподвижными обмотками возбуждения, вынесенными вне рото­ра.

Рисунок 1

На Рисунке 1 показан путь магнитного потока возбуждения. По сравнению с контактными бесконтактные сельсины обла­дают меньшим трением, большей надёжностью, но имеют меньший КПД.

Сельсины всегда работают в паре: датчик – приёмник. Если взять два одинаковых в конструктивном отношении сельсина и подключить их однофазные роторные обмотки к сети однофазного переменного напряжения, а вторичные трёхфазные статорные обмотки, расположенные в пространстве под углом 120°и соединенные по схеме "звезда", соединить между собой, то они окажутся включенными навстречу друг другу. Получится простейшая система синхронной передачи угла. Такой режим включения сельсинов называется индикаторным.

Однофазный переменный ток создает в магнитной цепи каждого сельсина переменный магнитный поток, который индуктирует во вторичных обмотках э. д. с. переменного тока, имеющие частоту питающего тока. При одинаковых положениях роторов датчика и приемника относительно осей фаз трёхфазной обмотки вследствие того, что угол рассог­ласования θ между роторами равен нулю, т.е. α - β = θ =0 (α и β соответственно углы поворотов роторов сельсин – датчика и сельсин - приёмника), э.д.с. в соответствующих фазах датчика и приёмника равны и направлены друг другу навстречу (разность между ними равна нулю), поэтому во вторичной цепи уравнительный ток отсутствует.

При по­вороте ротора датчика на некоторый угол, э.д.с. в соответствующих обмотках датчика и приёмника окажутся различными по величине, т.е. роторы занимают уже неодинаковые положения (т.е. θ ≠ U) по отношению к осям обмоток статора. В этом случае, э.д.с. в соответствующих обмотках не будут равны, вследствие чего возникнет разность э.д.с. и в их цепях потекут уравнительные токи, потоки которых взаимодействуя с потоками однофазной обмотки образуют синхронизирующие моменты, стремящиеся согласовать положение роторов сельсина-датчика и сельсина- приёмника.

Рисунок 2

Э.д.с., наводимые в фазовых обмотках статора датчика, пропорциональны косинусам углов между их осями и осью обмотки ротора:

Е_1g = Е_max∙ сosα

Е_2g = Е_max∙ сos(α+120º)

Е_3g = Е_max∙ сos(α+240º),

где Е_1g, Е_2g, Е_3g – э.д.с. в фазовых обмотках статора сельсин – датчика;

Е_max – максимальное значение э.д.с. в фазовой обмотке (при совпадении её оси с осью ротора).

Токи в фазовых обмотках обоих сельсинов могут быть записаны в виде:

,

,

где Z – суммарное сопротивление фазовой обмотки датчика и приёмника.

В результате магнитодвижущих сил м.д.с. (I₁, I₂ω, I₃ω), создаваемых статорными обмотками приёмника появляется суммарный магнитный поток.

График м.д.с. дан на Рисунке 3

Суммарная м.д.с. статора приёмника имеет величину:

и расположена в пространстве под углом, тангенс которого равен отношению:

.

Значит, поле в расточке статора приемника оказывается постоянным по амплитуде и ориентировано так же, как ротор сельсин – датчика. Так как ротор сельсин – приёмника питается от той же сети, что и ротор датчика, то он представляет собой электромагнит переменного тока и поэтому будет стремиться занять положение, при котором поле, создаваемое ротором приемника, совпадает с направлением суммарного поля в статоре датчика. Поскольку это поле повторяет положение ротора датчика то, следовательно, ротор сельсин – приёмника всегда стремится занять положение, согласованное с положением ротора датчика.

Все приведенное рассуждения о воздействии сельсин – датчика на сельсин –приемник будут так же справедливы, если мы будем рассматривать зависимость положения ротора датчика от ротора приёмника. Это значит, что сельсин – приёмник и сельсин – приёмник обратимы.

Рисунок 4

Рисунок 3

Рисунок 5

Уравнительные токи в соответствующих вторичных обмотках датчика и приёмника противоположны, и следовательно, синхронизирующие моменты на валу датчика и приёмника имеют противоположные направления. Если ротор сельсин – приёмника не заторможен, то возникающий момент стремится поворачивать его до тех пор, пока не займёт такое же угловое положение относительно оси трёхфазной обмотки статора, как и у ротора датчика.

Статически синхронизирующий момент сельсинов, включённых в индикаторном режиме, выражается формулой

М_СТ = M_max∙ sinθ ,

где M_max – максимальное значение синхронизирующего момента, при θ = 90º.

Показатели, характеризующие работу синхронной передачи угла являются:

а) удельный синхронизирующий момент

б) добротность γ, оценивающая точность работы системы

,

где M_Тр – момент трения на оси ротора сельсина – приёмника

в) обратная величина добротности – статическая ошибка θ_ст

_.

θ _СТ является чувствительностью дистанционной передачи и показывает начальный угол рассогласования, при которой возникает синхронизирующий момент, достаточный для преодоления трения на оси сельсина – приёмника. В зависимости от величины ошибки θ_СТ сельсины делятся на 3 класса (Таб. №1).

Таблица.1

Класс точности	Максимально возможная средняя ошибка
1	± 0,75°
2	± 1,5°
3	± 2,5°

Если на оси приёмника требуется преодолеть значитель­ный момент сопротивления или обеспечить высокую точность, то сельсинная пара дополняется усилителями к устройство в целом называется следящей системой. В этом случае сель­сины включаются по схеме Рисунок 4. Такой режим работы сель­синов называется трансформаторным.

К однофазной обмотке сельсин – датчик (СД) подведено переменное напряжение U. В трехфазных обмотках замкну­тых контуров потекут токи, определяемые формулами (2). Благодаря этому в однофазной обмотка сельсина – приёмника (СП) индуктируется э.д.с., амплитуда которой зависит от величины тока и взаимного расположения статорной и ро­торной обмоток. Форма этой зависимости определяется урав­нением: e = К∙U∙сosθ, где К = Сonst, наводимая в однофазной обмотке СП э.д.с. зависит от угла рассогласования θ.