2. Робота сельсинів в трансформаторному режимі

Найпростіша трансформаторна система синхронноuj зв'язку (рис. 4.28) складається з двох сельсинів - приймача і датчика, з'єднаних лінією зв'язку, підсилювача (У) та виконавчого двигуна (ВД), вал якого механічно з'єднаний з валом ротора сельсина-приймача (зворотний механічний зв'язок).

Рисунок 4.28 – Трансформаторна схема синхронного зв’язку

Однофазна обмотка сельсина-датчика ОВ_Д підключається до мережі змінного струму. Струм цієї обмотки створює пульсуючий магнітний потік Ф_ВД, який, зчепляється з обмоткою синхронізації і наводить у її фазах наступні ЕРС:

(4.19)

де Е_Фмах - максимальна ЕРС, що наводяться магнітним потоком в однофазної обмотці збудження датчика.

Значення цих ЕРС залежать від розташування фаз обмотки синхронізації щодо обмотки збудження.

Під дією ЕРС Ε_АД, Е_ВД, E_CД (Е_ФД) в з'єднаних між собою однойменних фазах обмоток синхронізації датчика і приймача, а також в лінії зв'язку виникають струми І_А, І_В, І_С (І_Ф), які визначаються значеннями відповідних ЕРС, а також повними опорами фаз датчика z_ФД, приймача z_ФΠ та лінії зв'язку z_Л:

Вважаючи, що фази обмоток синхронізації датчика та приймача мають однакові опори і включають в себе кожна по половині опіру лінії, т. є. z_ФД +z_Л/2 = z_ФП + z_Л /2 = z_Ф отримаємо

(4.20)

Підставивши у вираз (4.20) значення ЕРС відповідних фаз з формули (4.19), можна знайти струми І_А, І_В, І_С. Ці струми, протікаючи по фазах обмотки синхронізації приймача, створюють пульсуючі магнітні потоки Ф_АП, Ф_ВП, Ф_СП, пропорційні магніторушійним силам фаз F_AП, F_ВП, F_СП і спрямовані за їх осями.

У двополюсному сельсині магніторушійна сила (МРС) фази (амплітуда її першої гармоніки) може бути знайдена за формулою

де w - число витків в обмотці фази; k_w - коефіцієнт, що залежить від конструкції

обмотки.

МДС фаз легко визначити, підставивши в останню рівність струми І_А, І_В, І_С з формули (4.20) з урахуванням формули (4.19).

Потоки фаз приймача Ф_АП, Ф_ВП, Ф_СП складаючись, утворюють результуючий магнітний потік Ф_П обмотки синхронізації приймача, спрямований під деяким (залежних від кута розузгодження) кутом до вихідної однофазної обмотки приймача (В_ОП).

Потік Ф_П, пульсуючи з частотою мережі, наводить у вихідній однофазній обмотці приймача ЕРС, що є вихідною напругою приймача U_BИХ.

Узгодженим становищем сельсинів в трансформаторній системі синхронного зв'язку називається такий стан роторів, при якому вихідна напруга приймача U_BИX дорівнює нулю. На відміну від узгодженого положення сельсинів в індикаторної системі в цьому випадку поворот ротора сельсина-приймача становить 90°. Внаслідок цього за початок відліку кутів у сельсині-приймачі приймається точка на осі, перпендикулярної осі однофазної вихідної обмотки (див. рис. 4.28).

Сельсин-приймач в трансформаторній системі синхронного зв'язку самостійно не відпрацьовує заданий датчиком кут _Д, а лише виробляє ЕРС вихідної обмотки, що змінюється за законом синуса залежно від кута розузгодження . Відпрацювання заданого датчиком кута - поворот ротора сельсина-приймача на кут _П = _Д - здійснюється за допомогою виконавчого двигуна.

Принцип дії трансформаторної системи синхронної зв'язку (див. рис. 4.28) полягає в наступному. При виведенні ротора сельсина-датчика з узгодженого положення (повороті на деякий кут _Д = ) на вихідний обмотці сельсина-приймача з'являється напруга U_ВИХ. Ця напруга подається на вхід підсилювача, а потім на обмотку управління виконавчого двигуна.

Ротор двигуна починає обертатися, повертаючи при цьому ротор сельсина-приймача, з яким він механічно пов'язаний. Разом з ротором приймача повертається у просторі і його магнітний потік Ф_П; при цьому змінюються потокозчеплення з вихідною обмоткою та її ЕРС (вихідна напруга U_ВИХ). Ротори двигуна і сельсина-приймача повертаються до тих пір, поки ротор сельсина-приймача не повернеться на заданий датчиком кут _П = _Д і сельсини не займуть узгоджене положення, в якому потік Ф_П перпендикулярний осі вихідної обмотки ВО_П і вихідна напруга сельсина-приймача U_ВИХ, а отже, і напруга на підсилювачі і обмотці управління виконавчого двигуна, дорівнюють нулю.

На відміну від індикаторної системи синхронного зв'язку за проводами лінії зв'язку трансформаторної системи завжди, навіть в узгодженому положенні, протікають струми. Сельсини-приймачі в трансформаторній системі живляться не від мережі (як це має місце в індикаторної системі), а від обмотки синхронізації датчика.

3. Поворотні трансформатори

1. Загальні відомості

Поворотні трансформатори - це невеликі індукційні електричні машини, призначені для перетворення механічного переміщення (кута повороту ротора ) в електричний сигнал - вихідну напругу U, амплітуда якого знаходиться у певній функціональній залежності від кута повороту ротора.

Конструктивно поворотні трансформатори вельми різноманітні, проте в даний час найбільшого поширення набули двополюсні поворотні трансформатори, виготовлені аналогічно двофазним асинхронним двигунам з контактними кільцями. Пакети статора і ротора таких поворотних трансформаторів (ПТ) виготовляють з ретельно ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі, отриманих на штампах високої точності. У напівзакритих пазах статора і ротора розташовуються двофазні обмотки, осі яких зсунуті на 90 ° відносно одна одної (рис. 4.29). Зазвичай обидві обмотки S і К статора мають однакове число витків (w_S = w_K) та однакові активні R і реактивні опори X. Обмотки ротора А і В також виконуються однаковими (w_A = w_B; R_A = R_B; Х_А = X_B).

Рисунок 4.29 – Загальний вигляд (а) та схеми обмоток (б) поворотного трансформатора

У більшості поворотних трансформаторів кінці обмоток ротора виводяться до контактних кілець, за якими ковзають щітки. Кільця та щітки звичайно виготовляються із сплавів срібла. У деяких поворотних трансформаторах, призначених для роботи з обмеженим кутом повороту ротора, кільця та щітки замінюються гнучкими спіральними пружинами з латуні (на зразок струмознімачів вимірювальних приладів).

Особливістю обертових трансформаторів є те, що у них взаємоіндуктивність між первинними (статора) та вторинними (ротора) обмотками при повороті ротора на кут α змінюється строго за синусоїдальному (або косинусоїдальному) закону в залежності від кута , що за певних умов забезпечує такий ж закон зміни амплітуди ЕРС вторинних обмоток.

Залежно від того, якою функцією кута повороту ротора є вихідна напруга U, розрізняють наступні поворотні трансформатори:

• синусні (СПТ) – U = U_maxsin, де U_max - максимальне вихідна напруга.

• синусно-косинусні (СКПТ) – U_A = U_maxsin; U_B = U_maxcos;

• лінійні (ЛПТ) – U = k, де k = const.

Чотирьохобмоточні поворотні трансформатори, що мають по дві обмотки на статорі і роторі, в автоматиці та обчислювальній техніці при певних схемах з'єднання обмоток використовуються у вигляді:

• розбудовників, що дозволяють виробляти перетворення координат, визначати (будувати) вектор за його складовими;

• приладів для узгодження (масштабування) напруг окремих каскадів - масштабних ПТ (МПТ);

• трансформаторних сельсинів в системах синхронної зв'язку;

• фазозсувач.

Один і той же поворотний трансформатор практично може виконувати різні функції. Його вихідні характеристики залежать від схем з'єднання і живлення обмоток.