18.2 Работа сельсинов в индикаторной схеме

Простейшая индикаторная схема синхронной связи для дистан­ционной передачи угла состоит из двух одинаковых сельсинов (приемника и датчика) и линии связи (рис. 18.3).

Рис. 18.3. Индикаторная схема синхронной связи

Обмотки возбуждения ОВ обоих сельсинов подключаются к однофазной сети переменного тока. Концы фаз обмотки синхронизации приемника соединяются линией связи с концами фаз обмотки синхронизации датчика.

Обмотки возбуждения ОВ обоих сельсинов подключаются к однофазной сети переменного тока. Концы фаз обмотки синхронизации приемника соединяются линией связи с концами фаз обмотки синхронизации датчика.

Переменный ток обмоток возбуждения сельсинов создает магнитный поток, который индуктирует в обмотках синхронизации сельсинов ЭДС. Величина ЭДС той или иной фазы обмотки синхронизации зависит от ее пространственного расположения относительно обмотки возбуждения.

Если фазы обмоток синхронизации датчика и приемника расположены одинаково относительно соответствующих обмоток возбуждения (α_д=α_п), то в соединенных линией связи фазах обмоток синхронизации индуктируются одинаковые и встречно направленные ЭДС. Эти ЭДС уравновешивают друг друга, и в цепи обмоток синхронизации ток отсутствует. Такое положение роторов сельсинов называется согласованным.

Если ротор датчика поворотом на некоторый угол вывести из согласованного положения, то равновесие ЭДС, индуктируемых в фазах обмоток синхронизации, нарушится. При этом в обмотках синхронизации и линии связи появятся уравнительные токи. В результате взаимодействия этих токов с потоком обмотки возбуждения сельсина-приемника возникает вращающий (синхронизирующий) момент, который будет поворачивать ротор приемника до тех пор, пока он не придет в согласованное с ротором датчика положение.

Величина синхронизирующего момента, развиваемого сельсином-приемником, зависит от угла рассогласования и параметров сельсинов, входящих в схему:

(18.1)

где - максимальный синхронизирующий момент;

с₁ – постоянная величина;

f₁ – частота питающей сети;

Е_{ф max} – максимальное значение ЭДС фазы обмотки синхронизации;

и - активное и индуктивное сопротивление фазы обмотки синхронизации по поперечной оси;

θ – угол рассогласования.

Из выражения (18.1) следует, что синхронизирующий момент при постоянных параметрах и изменяется по закону синуса от угла рассогласования. При больших углах рассогласования нельзя не считаться с размагничивающим действием продольной составляющей МДС обмотки синхронизации, а также нельзя считать сопротивления и постоянными. Из-за влияния этих факторов реальная кривая синхронизирующего момента при больших углах рассогласования значительно отклоняется от синусоиды. На рис. 15.4 представлены зависимости для различных сельсинов: 1 — явнополюсного, 2 — неявнополюсного.

Рис. 18.4. Кривые синхронизирующих моментов M=f(θ) явнополюсного и неявнополюсного сельсинов

Точность работы сельсинов в индикаторном режиме определяется не величиной максимального момента М_max, а величиной удельного синхронизирующего момента М_уд — момента, приходящего на 1° угла рассогласования.

Выражение М_уд можно получить путем, подстановки в (18.1) угла θ=1°:

(18.2)

Чем больше М_уд, тем круче кривая синхронизирующего момента в начальной части, а это значит, что сельсин имеет меньшую погрешность — угол рассогласования θ. В последнем можно убедиться, рассматривая рис. 18.5, где показаны кривые для двух сельсинов-приемников (1 и 2). При одинаковом моменте сопротивления, на валу сельсина-приемника М_с.п погрешность первого сельсина θ₁ меньше, чем второго θ₂.

Рис. 18.5. Влияние удельного синхронизирующего момента на величину погрешности сельсина-приемника

Удельный синхронизирующий момент сельсина зависит от Е²_{ф max}. В свою очередь Е²_{ф max}≡U²₁, где U₁ — напряжение сети. Следовательно, удельный синхронизирующий момент пропорционален квадрату напряжения сети: М_уд≡U²₁.

Учитывая, что ≡f₁, нетрудно сделать вывод: М_уд при U₁=const примерно обратно пропорционален квадрату частоты: .

В схемах автоматики очень часто от одного сельсина-датчика работают несколько (до 30 и более) сельсинов-приемников. Удельный синхронизирующий момент сельсинов уменьшается с увеличением числа приемников N примерно по гиперболическому закону (рис. 15.6):

Рис. 18.6. Зависимость M_уд =f(N)

. (15.3)

Здесь — удельный момент каждого из N сельсинов-приемников, работающих от одного датчика;

— удельный момент при работе от датчика одного приемника.

Для увеличения удельного синхронизирующего момента приемников, а следовательно, и повышения точности передачи при работе нескольких приемников (N>1) в качестве датчика обычно используют более мощный сельсин.

На величину удельного синхронизирующего момента сельсина-приемника кроме напряжения U₁, частоты f₁ и числа приемников N большое влияние оказывает электрическое сопротивление линии связи: чем больше сопротивление линии связи, тем меньше уравнительный ток, а следовательно, меньше удельный синхронизирующий момент.

Синхронизирующий момент в индикаторной схеме синхронной связи действует как на ротор сельсина-приемника, так и на ротор сельсина-датчика.

В простейшей схеме синхронной связи, состоящей из двух одинаковых сельсинов, включенных в общую сеть, момент на валу датчика всегда равен моменту на валу приемника, но направлен в противоположную сторону (оба сельсина стремятся прийти в согласованное положение).

Наличие момента сопротивления на валу датчика далеко не всегда желательно, поэтому его стремятся уменьшить. Последнее может быть достигнуто путем сдвига во времени напряжения возбуждения датчика по отношению к напряжению возбуждения приемника в сторону отставания — включением конденсатора последовательно с обмоткой возбуждения приемника. При определенных условиях за счет сдвига напряжений возбуждения можно добиться, чтобы М_д=0.

Основным требованием, которое предъявляется к сельсинам, работающим в индикаторной схеме, является требование точности. Точность передачи заданного датчиком угла определяется рядом факторов, основными из которых являются следующие:

1. удельный синхронизирующий момент; на величину его влияют: величина и частота напряжения питания; сопротивление линии связи; число приемников, работающих от одного датчика; параметры сельсина ( и );

2. м омент сопротивления на валу приемника М_с.п — обычно это момент трения самого приемника: М_с.п=М₀;

3. добротность сельсина — отношение удельного синхронизирующего момента к моменту трения:

; (15.4)

4. магнитная и электрическая несимметрия;

5. небаланс ротора;

6) время успокоения — время, в течение которого успокаивается (устанавливается) ротор приемника после рассогласования на ±179°.

Для обеспечения нужной динамической устойчивости сельсинов — предотвращения произвольного вращения (асинхронного хода) ротора сельсина-приемника при резких рассогласованиях на большие углы, а также для уменьшения времени успокоения все сельсины-приемники снабжаются электрическими или механическими демпферами (успокоителями). Сельсин-приемник отличается от сельсина-датчика наличием демпфера.

Точность сельсинов-приемников в статическом режиме определяется погрешностью Δθ, которая представляет собой полусумму максимального положительного θ_max1 и максимального отрицательного θ_max2 отклонений (ошибок) при различных положениях ротора:

. (18.5)

Погрешность сельсина-приемника в статическом режиме определяют следующим образом: поворачивают ротор датчика на 360° сначала по часовой, а затем против часовой стрелки, измеряя через каждые 10° угол рассогласования (ошибку). При этом определяют θ_max1 и θ_max2 . Затем по (18.5) находят Δθ.

В зависимости от погрешности сельсинов-приемников в статическом режиме при работе в схеме «один датчик на один приемник» они подразделяются на четыре класса точности:

Классы точности сельсинов-приемников . I II III IV

Погрешность Δθ, град, не более ±0,5 ±0,75 ±1,0 ±1,5

Точность сельсинов-датчиков определяется иначе, чем сельсинов-приемников. За ошибку датчика принимается его ошибка асимметрии — отклонение фактических положений ротора, в которых ЭДС фаз обмотки синхронизации равны нулю, от теоретических (отстоящих друг от друга на 180°). Ошибки определяются для каждой из трех фаз.

Погрешность здесь также подсчитывается как полусумма максимальных положительных и отрицательных отклонений. Сельсины-датчики в зависимости от величины погрешности делятся на семь классов точности:

Классы точности сельсинов-датчиков I II III IV V VI VII Погрешность Δθ, мин, не более ±1 ±2 ±3 ±5 ±10 ±20 ±30

Иногда ротор сельсина-датчика не поворачивается на некоторый угол, как это происходит в статическом режиме работы, а непрерывно вращается с постоянной или переменной частотой вращения. Ротор сельсина-приемника при этом следует за ротором датчика. Такой режим работы индикаторной схемы называется динамическим.

В динамическом режиме работы в обмотках синхронизации сельсинов кроме ЭДС трансформации наводятся ЭДС вращения за счет пересечения вращающимися обмотками фаз магнитного поля возбуждения. ЭДС вращения вызывают свои токи, которые отрицательно влияют на точность работы сельсинов, уменьшая их синхронизирующие моменты. Отрицательное влияние ЭДС вращения возрастает с увеличением частоты вращения и углов рассогласования.

Точность работы сельсинов в динамическом режиме меньше, чем в статическом. Удельный синхронизирующий момент сельсинов в динамическом режиме при частотах вращения, не превосходящих 20% от синхронной частоты вращения , с достаточной степенью точности может быть подсчитан по эмпирической формуле Э. И. Эллера

,

где — удельный синхронизирующий момент в статическом режиме;

— относительная частота вращения (n — действительная частота вращения).