Сельсини

У сучасній техніці дуже часто виникає необхідність синхронізації обертання або повороту різних осей механізмів, що перебувають на значній відстані друг від друга й механічно між собою не зв'язаних. Це завдання найчастіше вирішується за допомогою електричних систем синхронному зв'язку.

Синхронним зв'язком називається такий електричний зв'язок, який забезпечує одночасне обертання або одночасний поворот двох або декількох механічно незв'язаний, що перебувають на відстані друг від друга осей механізмів.

У техніку одержали поширення два основні види систем синхронного зв'язку: система електричного вала (синхронного обертання) і система передачі кута (синхронного повороту).

Системи синхронного обертання застосовуються там, де потрібно здійснити синхронне обертання двох або декількох, що перебувають на відстані друг від друга осей механізмів, що мають значні моменти опору. Синхронне обертання здійснюється за допомогою звичайних електричних машин, найчастіше трифазних асинхронних двигунів з фазним ротором. Обмотки роторів двигунів у цьому випадку з'єднуються один з одним, обмотки статорів харчуються від однієї й тієї ж мережі трифазного струму.

Системи синхронного повороту застосовуються для дистанційного керування, регулювання або контролю. Найчастіше синхронний поворот здійснюється за допомогою невеликих індукційних електричних машин - трифазних або однофазних сельсинів.

Трифазні сельсини конструктивно не відрізняються від звичайних асинхронних машин з фазним ротором. Найпростіша трифазна система синхронного зв'язку являє собою з'єднання двох однакових сельсинів: приймача й датчика. Сельсини включаються в мережу змінного струму своїми первинними обмотками, якими можуть бути як обмотки статора, так і обмотки ротора (звичайно первинної є обмотка статора). Кінці відповідних фаз вторинних обмоток обох сельсинів з'єднуються один з одним (рис.6.11). Залежно від порядку проходження фаз приймача й датчика сельсини обертаються в одному або різних напрямках.

Найбільше поширення в цей час одержали системи передачі кута, здійснювані за допомогою однофазних сельсинів.

Однофазні сельсини - це звичайно індукційні машини, які мають однофазну обмотку збудження й трифазну обмотку синхронізації. На рис.6.12 представлена схема однофазного контактного сельсина з обмоткою збудження на статорі й трифазною обмоткою синхронізації на роторі.

Рис. 6.11. Схема включення трифазних сельсинів.

Рис. 6.12. Схема однофазного контактного сельсину.

У схемах автоматики використовуються дві принципово відмінні друг від друга системи синхронної передачі кута: індикаторна й трансформаторна.

Індикаторна система синхронного повороту застосовується там, де момент опору на відомій осі малий або зовсім відсутній (вісь навантажена стрілкою або шкалою). В індикаторній системі сельсин-приймач самостійно відпрацьовує кут, що задається сельсином-датчиком.

Трансформаторна система синхронного повороту застосовується там, де на відомій осі є значний момент опору. У трансформаторній системі сельсин, що ухвалює (сельсин-приймач) відпрацьовує, що задається сельсином-датчиком кут не самостійно, а за допомогою механічно й електрично пов'язаного з ним виконавчого двигуна.

Сельсини випускаються як на промислову частоту 50 Гц, так і на підвищені частоти 400, 500 Гц.

Робота сельсинів в індикаторному режимі

Найпростіша індикаторна система синхронного зв'язку для дистанційної передачі кута складається із двох однакових сельсинів (приймача й датчика) і лінії зв'язку (рис.6.13). Обмотки збудження (ОЗ) обох сельсинів підключаються до однофазної мережі змінного струму. Кінці фаз А, В, С обмотки синхронізації приймача з'єднуються лінією зв'язку з кінцями фаз обмотки синхронізації датчика.

Змінні струми I_вд і I_вп обмоток збудження сельсинів створюють магнітні потоки Ф_вд і Фвп, які індукують в обмотках синхронізації сельсинів електрорушійні сили: Е_АД, Е_ВД, Е_СД, Е_АП, Е_ВП і Е_СП. Значення ЭДС обмотки тієї або іншої фази залежить від її просторового розташування щодо обмотки збудження. Якщо фази обмоток синхронізації датчика й приймача розташовані однаково щодо відповідних обмоток збудження (α_д = α_п), то в з'єднані між собою лінією зв'язку обмотках синхронізації приймача й датчика індукуються однакові й зустрічно спрямовані ЕРС, які урівноважують одна одну, і в ланцюзі обмоток синхронізації струм відсутній. Таке положення роторів сельсинів - погоджене.

Якщо ротор датчика поворотом на деякий кут вивести з погодженого положення, то рівновага ЕРС, індукованих в однойменних обмотках синхронізації, порушиться. За рахунок цього в обмотках синхронізації й лінії зв'язку з'являться струми I_А, I_В і I_С. У результаті взаємодії цих струмів з магнітними потоками обмоток збудження виникнуть обертаючі моменти як у сельсині-датчику, так і в сельсині-приймачі, які будуть прагнути привести ротори сельсинів у погоджене положення. Обертаючі моменти, що діють на ротори приймача й датчика, будуть рівні за значенням і протилежні по напрямкові.

Оскільки ротор сельсина-датчика після повороту звичайно фіксується (загальмовується), те повертатися (до погодженого положення) буде ротор сельсина-приймача. Значення синхронізуючого моменту, що розвивається сельсином-приймачем, залежить від кута неузгодженості й параметрів сельсинів системи.

Основною вимогою, яка пред'являється до сельсинів, що працюють у схемах синхронного зв'язку, є точність відпрацьовування сельсином-приймачем заданого сельсином-датчиком кута. Точність роботи сельсинів у схемі синхронного зв'язку залежить як від якості роботи (точності) сельсинів-приймачів, так і від якості роботи (точності) сельсинів-датчиків.

Точність роботи сельсина-приймача в індикаторному режимі характеризується погрішністю Δθ, яка визначається як напівсума максимального позитивного θ_max1 і максимального негативного θ_max2 відхилень ротора приймача від погодженого з ротором датчика положення за один оберт:

Погрішність у статичному режимі визначається шляхом повороту ротора датчика спочатку за годинниковою стрілкою на 360°. Вимір погрішності проводиться або безупинно (за допомогою приладів), або через 1 або 10° залежно від необхідної точності.

Рис. 6.13. Індикаторна система синхронного зв’язку.

Рис. 6.14. Трансформаторна система синхронного зв’язку

За значенням погрішності Δθ у статичному режимі при роботі зі схеми «один на один» розрізняють індикаторні сельсини-приймачі чотирьох класів точності: 1-й клас - Δθ не більш ±30'; 2-й клас - Δθ не більш ±45'; 3-й клас - Δθ не більш ±60'; 4-й клас - Δθ не більш ±90'.

Точність роботи сельсинів-приймачів в індикаторному режимі визначає ряд факторів:

· питомий синхронізуючий момент М_УД - момент, що доводиться на 1º кута неузгодженості;

· момент опору на валу приймача М_с (звичайно момент тертя самого приймача М_с=М_T);

· добротність сельсина - відношення питомого синхронізуючого моменту до моменту тертя (Д = М_УД/М_T);

· магнітна й електрична несиметрія;

· дисбаланс ротора;

· час заспокоєння - час, протягом якого заспокоюється (зупиняється) ротор приймача після неузгодженості на ±179°;

· точність сельсинів-датчиків, режим роботи й ін.

Робота сельсинів у трансформаторному режимі

Найпростіша трансформаторна система синхронного зв'язку (рис.6.14) складається із двох сельсинів - приймача й датчика, з'єднаних лінією зв'язку, підсилювача (П) і виконавчого двигуна (ИД), вал якого механічно з'єднаний з валом ротора сельсина-приймача (зворотний механічний зв'язок).

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

де Е_фmax - максимальна ЕРС, що наводиться магнітним потоком в однофазній обмотці збудження датчика, яка залежить від розташування фаз обмотки синхронізації щодо обмотки збудження.

Потоки фаз приймача Ф_АП, Ф_ВП, Ф_СП складаючись, утворюють результуючий магнітний потік Ф_П обмотки синхронізації приймача, спрямований під якимсь (залежним від кута неузгодженості) кутом до вихідної однофазної обмотки приймача (ВО_П).

Потік Ф_п, пульсуючи із частотою мережі, наводить у вихідній однофазній обмотці приймача ЕРС, що є вихідною напругою приймача U_вых.

Погодженим положенням сельсинів у трансформаторній системі синхронного зв'язку називається таке положення роторів, при якому вихідна напруга приймача U_вых дорівнює нулю. На відміну від погодженого положення сельсинів в індикаторній системі в цьому випадку поворот ротора сельсина-приймача становить 90°. Внаслідок цього за початок відліку кутів у сельсині-приймачі ухвалюється крапка на осі, перпендикулярній осі однофазної вихідної обмотки (див. рис.6.14).

Сельсин-Приймач у трансформаторній системі синхронного зв'язку самостійно не відпрацьовує заданий датчиком кут α_д, а лише виробляє ЕРС вихідної обмотки, що змінюється за законом синуса залежно від кута неузгодженості θ. Відпрацьовування заданого датчиком кута - поворот ротора сельсина-приймача на кут α_п = α_д - здійснюється за допомогою виконавчого двигуна.

Принцип дії трансформаторної системи синхронному зв'язку (рис.6.14) полягає в наступному. При виводі ротора сельсина-датчика з погодженого положення (повороті на деякий кут α_д = θ) на вихідній обмотці сельсина-приймача з'являється напруга U_вых. Ця напруга подається на вхід підсилювача, а потім на обмотку керування виконавчого двигуна.

Ротор двигуна починає обертатися, повертаючи при цьому ротор сельсина-приймача, з яким він механічно зв'язаний. Разом з ротором приймача повертається в просторі і його магнітний потік Ф_п; при цьому змінюються потокозчеплення з вихідною обмоткою і її ЕРС (вихідна напруга U_вых). Ротори двигуна й сельсина-приймача повертаються доти, поки ротор сельсина-приймача не повернеться на заданий датчиком кут α_п = α_д і сельсини не займуть погоджене положення, у якому потік Ф_п перпендикулярний осі вихідної обмотки ВО_П і вихідна напруга сельсина-приймача U_вых, а отже, і напруга на підсилювачі й обмотці керування виконавчого двигуна, дорівнюють нулю.

На відміну від індикаторної системи синхронного зв'язку по проводах лінії зв'язку трансформаторної системи завжди, навіть у погодженому положенні, протікають струми. Сельсини-Приймачі в трансформаторній системі харчуються не від мережі (як це має місце в індикаторній системі), а від обмотки синхронізації датчика.

Дата добавления: 2014-01-07