§ 5.6. Работа сельсинов в трансформаторном режиме

Простейшая схема работы сельсинов в трансформаторном режиме показана рис. 5.11.

Рис. 5.11. Трансформаторная схема "передачи угла". УПУ – усилительно-преобразовательной устройство; СД – силовой двигатель; О – объект управления

Однофазная обмотка возбуждения сельсина-датчика создает пульсирующий магнитный поток Ф_вд, который индуцирует в обмотках синхронизации ЭДС:

Под действием ЭДС по обмоткам и линиям связи протекают токи, обобщенное выражение которых будет I_ф= E_ф/2Z_ф. Здесь индекс "ф" означает ток, ЭДС и полное сопротивление фазы ротора плюс половину сопротивления линии. Токи, протекая по фазам приемника, создают результирующую НС приемника F_рп. Ее пространственное положение зависит от положения обмоток синхронизации датчика и приемника относительно своих обмоток возбуждения. За исходное принимается такое положение, при котором эта НС будет перпендикулярна обмотке возбуждения приемника.

При повороте датчика на какой-то уголa_дна такой же угол, но в обратную сторону повернется результирующая НС приемника. Продольная составляющая этой НС F_рпd наведет в обмотке возбуждения приемника ЭДС, которая через усилительно-преобразовательное устройство (УПУ) будет воздействовать на силовой двигатель (СД). Тот придет во вращение и начнет поворачивать объект управления (О), а вместе с ним и ротор сельсина-приемника до тех пор, пока результирующая НС F_рп не повернется на заданный угол, т.е. снова не станет перпендикулярной оси обмотки возбуждения приемника, ибо только в этом положении в ней не будет ЭДС и двигатель перестанет вращаться.

На первый взгляд поворот результирующей НС приемника в сторону, противоположную датчику, кажется странным. Однако рис. 5.12 поясняет это обстоятельство. При этом нужно иметь в виду, что НС датчика всегда направлена встречно НС возбуждения (принцип Ленца), а токи в одноименных фазах датчика и приемника протекают в противоположных направлениях.

Рис. 5.12. К вопросу о повороте НС сельсина приемника в трансформаторной схеме "передачи угла"

Найдем величину и закон изменения ЭДС в обмотке возбуждения сельсина-приемника. Для чего сначала спроектируем НС отдельных фаз приемника на оси d и q

С учетом значений ЭДС, обобщенного значения токов и НС фаз

Результирующая НС

т.е. результирующая НС обмоток синхронизации сельсина-приемника не зависит от угла рассогласования и всегда в 1, 5 раза превышает амплитуду НС одной фазы.

Намагничивающая сила F_d создает магнитный поток Ф_d, который наводит в обмотке возбуждения датчика ЭДС

т.е. выходная ЭДС является гармонической функцией угла рассогласования датчика и приемника. Поскольку в неявнополюсных сельсинах такую зависимость реализовать проще, чем в явнополюсных, трансформаторные сельсины целесообразнее выполнять неявнополюсной конструкции.

Точность трансформаторных сельсинов-приемниковопределяется так же, как и точность индикаторных сельсинов-датчиков, т.е. ошибкой асимметрии, в зависимости от которой трансформаторные сельсины-приемники делятся на семь классов точности.

Качество работы трансформаторной схемы зависит от ряда факторов: 1) удельного выходного напряжения - U_у; 2) остаточного выходного напряжения - U_О; 3) удельной выходной мощности - Р_у.

Удельное выходное напряжение - напряжение при q = 1⁰, определяет чувствительность всей системы. Повысить его значение можно путем увеличения числа витков обмотки возбуждения, разумеется, до определенных пределов, ибо при чрезмерном увеличении W_в возрастает внутреннее сопротивление обмотки, увеличивается внутреннее падение напряжения и снижается выходная мощность сельсина. Кроме неявнополюсной конструкции, трансформаторные сельсины отличаются от индикаторных еще и большим числом витков обмотки возбуждения.

Остаточное напряжение - напряжение на обмотке возбуждения при отсутствии угла рассогласования. Оно обуславливается магнитной связью результирующей НС приемника и перпендикулярной ей обмоткой возбуждения, которая возникает вследствие погрешностей изготовления, наличия потоков рассеяния и других причин, главным образом технологического характера. Обычно U₀ = 0,2 – 0,5 В.

Удельная выходная мощность - мощность приq = 1⁰. Чем выше этот показатель, тем раньше начинает работать усилитель, тем выше становиться чувствительность системы.

§ 5.7. Некоторые особенности конструкции сельсинов

Все сельсины (индикаторные и трансформаторные) выпускаются только двухполюсными. Почему? Ответ на вопрос смотрите на рис. 5.13, где показано два положения обмоток синхронизации четырехполюсного сельсина: одно сплошными линиями, другое, повернутое на 180⁰, - пунктирными линиями. Легко убедиться, что магнитные условия в этих положения совершенно одинаковые, а это значит, что в индикаторном режиме сельсин будет иметь два устойчивых положения в пределах одного оборота. Ясно, что это недопустимо. Сельсин должен иметь только одно устойчивое положение в пределах одного оборота, что возможно только в двухполюсном исполнении.

Рис. 5.13. К вопросу о числе полюсов сельсинов

Большинство сельсинов выпускается с тремя обмотками синхронизации. Почему? На рис. 5.14 показана индикаторная схема с сельсинами, имеющими по одной обмотке синхронизации (такие сельсины называются одоосными). Очевидно, что при повороте датчика на угол a_д приемник повернется на такой же угол, но может как согласно с датчиком, так и противоположно ему, ибо магнитные условия при +a_пи -a_п совершенно одинаковые. Поэтому одноосные сельсины могут применяться только в установках, в которых направление поворота приемной оси заранее однозначно определено.

§ 5.8. Дифференциальный сельсин

Дифференциальные сельсины (ДС) применяются в тех случаях, когда приемная ось должна поворачиваться на угол, равный сумме или разности углов поворота двух задающих осей. На рис.5.15 представлена схема индикаторной связи с использованием в качестве приемника дифференциального сельсин.

Конструктивно дифференциальный сельсин не отличается от асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 5.15. Система синхронной связи с дифференциальным сельсином

Магнитные потоки возбуждения первого и второго датчиков Ф_в1, Ф_в2 индуцируют в обмотках синхронизации ЭДС, под действием которых протекают токи и возникают магнитные потоки статора и ротора дифференциального сельсина Ф_с, Ф_р. В согласованном положении (a_д1 = 0, a_д2 = 0) эти потоки совпадают и момент ДС равен нулю (рис. 5.16, а).

Рис. 5.16. К вопросу о работе дифференциального сельсина

При повороте датчиков на углы a_д1 и a_д2на такие же углы, но в обратном направлении (см. § 5.6) повернутся магнитные потоки статора и ротора ДС. Между ними образуется уголq в данном случае равныйсумме углов a_д1 и a_д2(рис.5.16 б). Стремление потоков Ф_с, Ф_р снова придти в согласованное положение приводит к образованию вращающего момента ДС, под действиемкоторого его ротор поворачивается на уголq. Направление поворота ротора ДС всегдасовпадает с направлением поворота вектора Ф_р к вектору Ф_с. Если датчики повернуть на углыa_д1 и a_д2в одном направлении, ротор ДС повернется на угол q, равный их разности.

§ 5.9. Магнитоэлектрические сельсины (магнесины)

Магнесины - миниатюрные бесконтактные сельсины применяются в системах индикаторной связи при коротких расстояниях между датчиком и приемником в условиях невысоких требований к точности передачи угла.

Рис. 5.17. Схема синхронной связи на магнесинах

Статор магнесина выполнен из листового пермалоя в виде тороида, на котором намотана кольцевая обмотка возбуждения (рис.5.17). Через 120⁰ на обмотке сделаны два отвода. Ротор - постоянный магнит цилиндрической формы.

При питании обмотки возбуждения переменным током возникает магнитный поток Ф_В, который замыкается по тороиду и пульсирует с частотой сети возбуждения f₁ (рис.5.18). В те моменты времени, когда поток максимальный, пермалоевый сердечник сильно насыщается и его проводимость l становится минимальной. В те же моменты времени, когда поток Ф_В минимальный или равен нулю, проводимость пермалоя становится максимальной. Таким образом, за один период изменения потока Ф_В проводимость пермалоя дважды изменяется по величине, т.е. она пульсирует сдвойной частотой f = 2f₁.

В такт с проводимость сердечника изменяется поток постоянного магнита Ф_ПМ, также замыкающийся по тороиду. Этот поток индуцирует в обмотке магнесина ЭДС двойной частоты. Если датчик и приемник находятся в согласованном положении, ЭДС двойной частоты в точках 1,2,3 датчика и соответственно 1,2,3 приемника равны и взаимно уравновешивают друг друга.

При повороте датчика на какой-то угол равенство ЭДС нарушается, по обмоткам протекают токи двойной частоты, которые, взаимодействуя с потоком постоянного магнита, развивают вращающий момент и поворачивают приемник на заданный угол. Следует заметить, что ЭДС основной частоты в точках 1,2,3 не зависит от положения ротора.

Обычно погрешность магнесинов составляет 1 ÷ 2,5⁰.

Рис. 5.18. К вопросу о работе синхронной связи на магнесинах

Далее...