Теоретические сведения. Исследование характеристик сельсина и сельсинов, работающих в индикаторном

Цель работы

Исследование характеристик сельсина и сельсинов, работающих в индикаторном режимах.

Теоретические сведения

Сельсином называют индукционную электрическую машину переменного тока, которая служит для преобразования угла поворота в электрический сигнал. Сельсины используются самосинхронизирующихся синхронных передачах. В зависимости от функций, выполняемых сельсинами в системах синхронной связи, различают сельсины-датчики (СД), индикаторные сельсины-приемники (СП), трансформаторные сельсины-приемники, дифференциальные сельсины-датчики и сельсины-приемники.

По конструкции первые три группы сельсинов практически идентичны; они имеют обычно трехфазную синхронизирующую обмотку на статоре и однофазную обмотку возбуждения В (рис. 1.1а) или управления (для третьего типа) на роторе. Дифференциальные сельсины имеют трехфазные обмотки как на статоре, так и на роторе (рис. 1.1б).

Рис. 1.1.

По типу токоподвода к ротору сельсины делятся на контактные и бесконтактные. В контактных сельсинах токоподвод к обмотке ротора осуществляется с помощью контактных колес и щеток.

В бесконтактных сельсинах наибольшее применение получили две модификации: неявнополюсные сельсины с кольцевым трансформатором и явнополюсные сельсины конструкции Иосифьяна – Свечарника.

В системах робототехники и автоматики используются две системы синхронной «передачи угла»: индикаторная и трансформаторная.

Индикаторная система синхронной связи применяется там, где момент сопротивления на ведомой оси мал по величине или совсем отсутствует (ось нагружена стрелкой или шкалой). В индикаторной системе СП самостоятельно отрабатывает угол, задаваемый СД.

Трансформаторная система синхронной связи применяется там, где на ведомой оси имеется значительный момент сопротивления. В трансформаторной системе принимающий сельсин (СП) отрабатывает задаваемый (СД) угол не самостоятельно, а с помощью механически или электрически связанного с ним исполнительного двигателя.

В системах синхронной передачи сельсины возбуждаются однофазным переменным током, поэтому в сельсине образуется пульсирующий магнитный поток, индуцирующий в обмотках синхронизации трансформаторную ЭДС, пропорциональную косинусу угла между осью фазы обмотки синхронизации и направлением магнитного потока (рис.2.1). Так, при питании обмотки возбуждения СП переменным током, ЭДС, индуцируемая в фазах обмотки синхронизации, выражается формулами:

где - максимальная ЭДС, когда ось обмотки совпадает с осью фазы, т.е. когда , - частота тока питания; - эффективное число витков; обмоточный коэффициент; - пульсирующий во времени магнитный поток.

ЭДС на зажимах обмотки синхронизации получается как разность соответствующих фазных ЭДС

Простая индикаторная система синхронной связи для дистанционной «передачи угла» состоит из двух совершенно одинаковых сельсинов (СП или СД) и линии связи (рис. 3.1).

Переменный ток обмоток возбуждения сельсинов создает магнитный поток, который индуктирует в обмотках синхронизации сельсинов электродвижущие силы. Если фазы обмоток синхронизации СД и СП одинаково расположены относительно соответствующих обмоток возбуждения, т.е. , то в линиях связи 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 нарушится. За счет этого в обмотках синхронизации появятся токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным потоком обмотки возбуждения возникнут вращающиеся моменты в СД и СП, которые будут стремиться привести ротор в согласованное положение.

Таким образом, при повороте ротора СП на угол результирующая ЭДС фаз датчика и приемника могут быть выражены как:

Известно, что

,

Обозначив через угол рассогласования , получим

Под действием разности ЭДС в обмотках синхронизации и линии связи возникнут уравнительные токи.

где сопротивления фаз СД и СП.

Или для каждой фазы

Намагничивающие силы фаз определяются

(3.4)

Проектируя Н.С. фаз на продольную ось сельсина (по направлению обмотки возбуждения) для приемника, получим

Или после преобразования

Проектируя Н.С. на поперечную ось сельсина (СП), получим

или

(3.6)

Поперечная Н.С. , взаимодействуя с магнитным потоком обмотки возбуждения , создается вращающийся синхронизирующий момент

где - угол сигнала во времени между магнитным потоком и уравнительным током . Из рис 3.2 имеем

С учетом этого преобразования получим

(3.7)

Магнитный поток найдем из выражения

(3.8)

Решая совместно уравнения (3.6), (3.7), (3.7), получим

(3.9)

и после преобразования

где .

Учитывая, что , а также то, что , найдем

.

Не делая большой погрешности, можно вместо и поставить и , т.е. сопротивления обмотки синхронизации, когда Н.С. направлена по поперечной оси.

В этом случае

,

где

- максимальный момент синхронизации.

Точность работы С.П. в индикаторном режиме определяется рядом факторов, основными из которых являются:

1. Удельный синхронизирующий момент - момент, приходящийся на угла рассогласования.

2. Момент сопротивления на валу , которым обычно является момент трения .

3. Добротность сельсина .

4. Магнитная и электрическая асимметрия.

5. Небаланс ротора.

Простейшая трансформаторная система синхронной связи (рис. 4.1) состоит из двух сельсинов СП и СД, соединительной лини связи, усилителя и исполнительного двигателя, вал которого механически соединен с валом ротора сельсина приемника (обратная механическая связь).

Когда и равны или равны нулю вектор, намагничивающий силы, перпендикулярный обмотке возбуждения, угол и

(4.1)

В этом случае и будет равна нулю. Положение сельсинов согласованное.

При повороте ротора СД на угол появится угол рассогласования и суммарный вектор повернется также на угол и появится поперечная составляющая , которая будет индуктировать ЭДС в обмотке возбуждения. Выходное напряжение , усиленное и преобразованное усилителем, приведет в действие исполнительный двигатель, который повернет ОВП на угол и поставит перпендикулярно вектору . В этом случае станет равным нулю, а положение сельсинов согласованное.

Дата добавления: 2015-11-26