Тема №7. Электрические машины систем синхронной связи-сельсины

Лекция №19

19.1 Работа сельсинов в трансформаторной схеме

Простейшая трансформаторная схема синхронной связи (рис. 19.1) состоит: из двух сельсинов — приемника П и датчика D, соединенных линией связи; усилителя У и исполнительного двигателя ИД механически связанного с осью ротора сельсина-приемника (обратная механическая связь).

Рис. 19.1. Трансформаторная схема синхронной связи

Однофазная обмотка возбуждения сельсина-датчика ОВд подключается в сети переменного тока. Ток этой обмотки создает пульсирующее магнитное поле, которое, сцепляясь с обмоткой синхронизации, наводит в ее фазах ЭДС:

)

(19.1)

величины которых зависят от положения фаз обмотки синхронизации относительно обмотки возбуждения.

Под действием ЭДС в соединенных между собой одноименных фазах обмоток синхронизации датчика и приемника, а также линии связи возникают токи , величины которых определяются величинами соответствующих ЭДС, полными сопротивлениями фаз датчика Z_{ф д}, приемника Z_{ф п}, и линии связи Z_л:

Эти токи, протекая по фазам обмотки синхронизации приемника, создают пульсирующие магнитные потоки Ф_{А п}, Ф_{B п}, Ф_{С п}, пропорциональные МДС фаз и направленные по их осям.

Потоки фаз приемника Ф_{А п}, Ф_{B п}, Ф_{С п}, складываясь, образуют результирующий магнитный поток Ф_п обмотки синхронизации приемника, направленный под углом, зависящим от рассогласования, к однофазной обмотке приемника ВО_П.

Поток Ф_п, пульсируя с частотой сети, наводит в однофазной (выходной) обмотке приемника ЭДС — выходное напряжение приемника U_вых.

Согласованным положением сельсинов в трансформаторной схеме синхронной связи называется такое положение роторов, при котором выходное напряжение приемника U_вых равно нулю. Это положение отличается от согласованного положения сельсинов индикаторной схемы поворотом ротора сельсина-приемника на угол 90°. Вследствие этого за начало отсчета углов в сельсине-приемнике примем ось, перпендикулярную оси однофазной выходной обмотки (рис. 19.1).

В согласованном положении напряжение выходной обмотки теоретически должно быть равно нулю. Практически этого не наблюдается. Это небольшое (0,1÷0,3 В) напряжение называют остаточным — U_ост. Наличие U_ост нежелательно, поэтому его стараются свести до минимума различными методами, но главным образом, за счет качества изготовления сельсинов.

Если затормозить ротор приемника и поворачивать ротор датчика, изменяя угол рассогласования , то магнитный поток приемника Ф_п, оставаясь достоянным по величине, будет поворачиваться в пространстве аналогично ротору датчика, только в противоположном направлении.

Если затормозить ротор датчика и поворачивать ротор приемника, то поток Ф_п будет поворачиваться в пространстве вместе с обмоткой синхронизации в том же направлении.

И в том и в другом случае выходная ЭДС Е_вых будет изменяться от угла рассогласования по синусоидальному закону:

. (19.2)

В трансформаторной схеме синхронной связи сельсин-приемник самостоятельно не отрабатывает задаваемый датчиком угол , а лишь вырабатывает ЭДС Е_вых, изменяющуюся по синусоидальному закону от угла рассогласования . Отработка задаваемого угла — поворот ротора сельсина приемника на угол — осуществляется с помощью исполнительного двигателя.

Принцип действия трансформаторной схемы синхронной связи (рис. 19.1). При выведении ротора сельсина-датчика D из согласованного положения (его повороте на некоторый угол ) на выходной обмотке сельсина-приемника П появляется напряжение U_вых-. Это напряжение подается на вход усилителя У и после преобразования его усилителем поступает на обмотку управления исполнительного двигателя ИД. Ротор двигателя начинает вращаться, поворачивая при этом ротор сельсина-приемника, с которым он жестко связан. Вместе с ротором приемника поворачивается в пространстве и его магнитный поток Ф_п, изменяется потокосцепление с выходной обмоткой и ее ЭДС (выходное напряжение U_вых). Роторы двигателя и сельсина-приемника вращаются до тех пор, пока ротор сельсина-приемника не повернется на заданный датчиком угол , и сельсины не придут в согласованное положение (поток Ф_п станет перпендикулярен оси обмотки ОВ_п), при котором выходное напряжение сельсина-приемника U_вых, а, следовательно, напряжение на усилителе и напряжение на обмотке управления исполнительного двигателя станут равными нулю, и вся система придет в равновесие.

Качество работы сельсинов в трансформаторной схеме синхронной связи зависит от ряда факторов:

1) величины остаточного напряжения — напряжения на выходной обмотке сельсина-приемника, находящегося в согласованном положении, когда магнитный поток Ф_п перпендикулярен оси выходной обмотки;

2) удельного выходного напряжения U_уд — напряжения при угле рассогласования в 1°;

3) удельной выходной мощности P_уд — мощности, которую может отдать выходная обмотка приемника при угле рассогласования на 1°;

4) электрической и магнитной несимметрии;

5) электрического сопротивления линии связи;

6) количества приемников, работающих от одного датчика.

Удельное выходное напряжение сельсина-приемника определ яет чувствительность всей системы. Его величина может быть повышена увеличением числа витков выходной обмотки, т. е. обмотки возбуждения приемника :

Однако последнее не всегда целесообразно, так как ведет к увеличению собственного сопротивления этой обмотки, а следовательно, и внутреннего падения напряжения, т. е. к уменьшению удельной выходной мощности P_уд. Уменьшение же P_уд приводит к необходимости повышения коэффициента усиления усилителя, а следовательно, и его габаритов, что нежелательно.

Точность сельсинов-приемников, предназначенных для работы в трансформаторных схемах синхронной связи, определяется так же, как и точность сельсинов-датчиков индикаторных схем, т. е. по величине ошибки асимметрии. В зависимости от величины ошибки сельсины-приемники делятся на классы точности (см. л.№18).

В отличие от индикаторной схемы по линии связи трансформаторной схемы всегда, даже в согласованном положении, протекают токи. Сельсины-приемники в трансформаторной схеме питаются не от сети (как это имеет место в индикаторной схеме), а от обмотки синхронизации датчика. Последнее значительно ограничивает число приемников, которые могут быть подключены к одному датчику в трансформаторной схеме, так как вся мощность, потребляемая приемником, проходит через датчик. При значительном увеличении количества приемников в трансформаторной схеме датчик перегревается.

На практике в качестве трансформаторных сельсинов-приемников обычно используются сельсины с неявно выраженными полюсами. Это обусловлено тем, что сельсины-приемники с явно выраженными полюсами обладают реактивным моментом, который стремится вывести ротор приемника из согласованного положения — повернуть его на 90⁰ в положение, при котором поток обмотки синхронизации совпадает с осью полюсов. Наличие реактивного момента нежелательно, так как приводит к увеличению погрешности передачи, а также к необходимости повышения мощности исполнительного двигателя