Теоретическая часть. Лабораторная работа

Лабораторная работа

по дисциплине

«Электромеханические и мехатронные системы»

для студентов специальности 220401 Мехатроника

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕЛЬСИНОВ

Курск 2011

Цель работы: исследование работы сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

Теоретическая часть

Сельсин (С.) (англ. selsyn, от англ. self — сам и греч. sýnchronos — одновременный, синхронный), электрическая машина, позволяющая осуществлять угловое перемещение вала какого-либо устройства или механизма в соответствии с угловым перемещением другого вала, механически не связанного с первым. По принципу действия С. представляет собой поворотный трансформатор, у которого при вращении ротора происходит плавное изменение взаимной индуктивности между его обмотками — однофазной первичной (обмоткой возбуждения) и трёхфазной вторичной (обмоткой синхронизации). В зависимости от выполняемых функций (в системах «передачи угла») различают С.-датчики (СД), С.-приёмники (СП) и дифференциальные С. Ротор СД механически связывается с поворачивающим валом, а у СП, электрически связанного с СД, поворот ротора синхронно и синфазно повторяет поворот ротора СД. С помощью дифференциального С. алгебраически суммируют угловые перемещения двух механически не связанных между собой валов.

В одном из простейших случаев как СД, так и СП имеет однофазную обмотку, расположенную на роторе, и трёхфазную обмотку, соединённую звездой (рис. 2) и расположенную в пазах статора. Однофазные обмотки подключаются параллельно к общей сети переменного тока, а трёхфазные соединяются друг с другом. Если роторы СД и СП занимают такие положения, при которых в их обмотках синхронизации возникают равные по величине, но противоположно направленные эдс, ток в цепи синхронизации отсутствует и никаких вращающих моментов, действующих на роторы, нет. При повороте ротора СД в цепи синхронизации возникают отличные от нуля суммарная эдс и ток. За счёт взаимодействия магнитных потоков обмоток возбуждения с током в обмотках синхронизации в каждой из машин возникают вращающие моменты; в СП этот момент стремится повернуть ротор на угол, равный углу поворота ротора СД, т. е. перевести ротор в такое положение, при котором эдс, наводимые в обмотках синхронизации, вновь выравниваются.

Все сельсины (индикаторные и трансформаторные) выпускаются только двухполюсными. Для объяснения этого на рис. 1 показано два положения обмоток синхронизации четырех полюсного 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. 1. Положения обмоток синхронизации четырех полюсного сельсина

С. подразделяют на контактные и бесконтактные. В контактных С. одна из обмоток расположена на роторе, в связи с чем последний имеет контактные кольца для соединения с другими обмотками. В бесконтактных С. обе обмотки расположены на статоре, причём ось обмотки возбуждения перпендикулярна оси обмотки синхронизации; для связи потока возбуждения с обмоткой синхронизации используют подвижной магнитопровод (ротор) специальной формы, дающий возможность изменять направление магнитного потока в пределах 90°.

Кроме неявнополюсной конструкции, трансформаторные сельсины отличаются от индикаторных еще и большим числом витков обмотки возбуждения.

Индикаторная схема используется там, где на приемной оси небольшой момент статического сопротивления (стрелка, шкала прибора и т.п.). В этих схемах сельсин-приемник самостоятельно отрабатывает угол, заданный датчиком.

Трансформаторная схема применяется в тех случаях, когда на приемной оси имеется значительный момент сопротивления. В таких схемах сельсин-приемник лишь управляет мощным силовым двигателем, осуществляющим поворот какого-то механизма.

С. применяют для контроля и управления в следящих системах и для дистанционной передачи показаний измерительных приборов.

Ход работы

I. Исследование работы сельсинов в индикаторном режиме

Схема включения сельсина в индикаторном режиме приведена на рис.2.

Рис.2. Схема включения сельсина в режиме индикации

На ротор сельсина-приемника вешается груз массой на стержне, по которому его можно перемещать. Сдвигая груз, определяем предельный угол отклонения ротора сельсина-приемника, при котором ротор СД находится в горизонтальном положении.

Необходимо определить величину синхронизирующего момента М, возникающего на роторе сельсина-приемника при задании определенного угла поворота сельсина датчика, где М – момент в зависимости от плеча приложенной силы тяжести груза, который определяется по формуле:

,

,

,

,

,

,

,

.

Результаты измерений представлены в таблице 1:

Таблица 1

Строим график зависимости синхронизирующего момента М от заданного угла поворота сельсина-датчика (рис. 4).

Аппроксимацию реализуем в среде MathCad, листинг MathCad-программы представлен ниже.

Рис.3. Листинг MathCad программы для аппроксимации экспериментальных данных

Рис.4. График зависимости синхронизирующего момента от угла поворота сельсина-датчика

На графике точками показаны результаты экспериментальных измерений. Аппроксимируем эту экспериментально полученную зависимость линейной функцией вида:

, (1)

где коэффициенты аппроксимации и определены с помощью функций и в среде MathCad. На рис. 4 аппроксимированная зависимость (1) показана пунктирной линией.

Коэффициент в формуле (1) представляет собой удельный синхронизирующий момент, действующий на ротор сельсина-приемника при повороте ротора сельсина-датчика на 1°.

.

II. Исследование работы сельсинов в трансформаторном режиме

Схема включения сельсина и трансформаторном режиме приведена на рис.5.

Рис.5. Схема включения сельсина в трансформаторном режиме,

где V – вольтметр, Пр – преобразовательное устройство, У – усилитель, Дв -двигатель

В данном опыте мы поворачиваем ротор СД и измеряем напряжение на статоре СП с помощью вольтметра V. Результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Строим график зависимости изменения напряжения на статоре сельсина-приемника при повороте ротора сельсина-датчика (рис. 7).

На графике точками показаны результаты экспериментальных измерений. Аппроксимируем эту экспериментально полученную экспериментальную зависимость на статоре сельсина-приемника при повороте ротора сельсина-датчика (рис.7) зависимости выражением вида .

Аппроксимацию реализуем в среде MathCad, листинг MathCad-программы представлен ниже.

Рис.6. Листинг MathCad программы для аппроксимации экспериментальных данных

Рис.7. График изменения напряжения на статоре СП при повороте ротора СД

Оценим отклонения экспериментальных результатов от аппроксимирующей зависимости (2) с помощью среднеквадратической ошибки :

где - значение аппроксимирующей функции; - экспериментальные значения; - количество опытов.

Среднеквадратическая ошибка не превышают 0,81% от уровня максимального значения напряжения U₀=29,5В.

Выводы:

1) при работе сельсинов в индикаторном режиме момент на валу СП прямо пропорционален разности углов поворота СД и СП;

2) в трансформаторном режиме напряжение на статор СП изменяется по закону синуса в зависимости от угла поворота ротора СД.

Дата добавления: 2015-11-26