Сельсины

РАБОТА № 5.

ИСПЫТАНИЕ СЕЛЬСИННОГО УКАЗАТЕЛЯ.

1. Цель работы.

Изучение работы сельсинного указателя положения типа УП для измерения угловых перемещений и дистанционной передачи показаний положения.

2. Описание лабораторной установки

Сельсинами называются индукционные электрические микромашины, обладающие способностью син­хронизации. Особенностью применения сельсинов в автоматических системах является использование их в паре: сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП). Сельсинная пара может работать в двух режи­мах: индикаторном, предназначенном для дистанционной передачи команд или управляющих сигналов;

трансформаторном, используемом при измерении разности между угловыми положениями механически несвязных валов.

Сельсин конструктивно выполняется либо с трёхлучевой роторной обмоткой, либо с трёхлучевой статорной обмоткой (см. рис. 1). Следует отметить, что при любом исполнении напряжения питания подводятся к однофазной обмотке.

Большое распространение получили и бесконтактные сельсины, работа которых в индикаторном и трансформаторном режимах подобна работе контактных сельсинов.

В основу работы однофазного сельсина положено свойство изменения взаимоиндукции между обмот­ками статора и ротора при повороте вала ротора относительно исходного положения. На обмотку воз­буждения подаётся синусоидальное напряжение

Будем считать, что активное сопротивление обмотки возбуждения мало по сравнению с её индуктивным сопротивлением, а магнитопровод сельсина не насыщен. Тогда поток возбуждений будет ме­няться также по синусоидальному закону, отставая по фазе от напряжения на угол

Действующее значение индуктируемой э.д.с. в первой катушке будет равно:

где f - частота напряжения источника питания;

W- число витков одной катушки трёхлучевой обмотки.

При повороте ротора на угол магнитный поток будет пронизывать проводники обмотки первого луча под углом, а второго и третьего лучей соответственно под углами и . Тогда действующие значения э.д.с. индуктируемых в обмотках, равны:

Таким образом, действующие значения э.д.с. в катушках трёхлучевой обмотки при вращении ротора изменяются по закону косинуса. Закономерность изменения э.д.с. не зависит от поворота систем обмо­ток, поэтому безразлично, где располагается обмотка возбуждения на статоре или роторе.

При работе сельсинов в индикаторном режиме трёхлучевые обмотки сельсина-датчика и сельсина-приёмника соединены трёхпроводной линей. К однофазным обмоткам подводится напряжение от одно­го источника питания. Вал СД жёстко соединяется с валом рабочего механизма. На вал СП устанавли­вается индикаторная стрелка, регистрирующая положение вала рабочего механизма (см. рис. 2, когда переключатель Π включён).

Сельсин-датчик преобразует угловое положение оси рабочего механизма в группу напряжений, кото­рая в дальнейшем преобразуется сельсином-приёмником в угловое положение своего ротора.

Предположим, что ротор СП повернут на угол β, а вал рабочего механизма и жестко связанный с ним ротор СД повернулся на угол . Тогда под действием магнитного потока возбуждения в обмотках СД индуктируется группа Э.Д.С., действующие значения которых определяются как

Если углы а и β равны, что соответствует отсутствию рассогласования между валами СД и СП, то Е₁ = Е'₁,Е₂ = Е'₂ . Так как э.д.с. в обмотках СД направлены навстречу Э.Д.С. обмоток СП, то они полностью компенсируют друг друга, и токи в соединительных проводах отсутствуют. При наличии рассогласования между валами сельсинов (α ≠β ) значения Э.Д.С. Ε и Ε₁, в соответствующих катушках трехлучевой обмотки различны, а результирующие её значения в каждой катушке будут представ­лять следующие разности:

Е' = E₁ –Е₁"; Е" = Е₂-Е"₂; Е'" = Е₃-Е'₃; (3)

Под действием этих Э.Д.С. по соединительным проводам и обмоткам сельсинов потекут токи I₁, I₂, I₃, создавая магнитные потоки, взаимодействующие с магнитным потоком возбуждения. В ре­зультате этого взаимодействия на валах сельсинов появятся синхронизирующие моменты, стремящиеся осуществить повороты валов, равные по величине и противоположные по направлениям.

Вал СП будет поворачиваться под действием синхронизирующего момента до полной компенсации рассогласования валов . При достижении значения, что соответствует одинаковому положению валов СД и СП, синхронизирующий момент станет равным нулю.

При работе сельсинов в трансформаторном режиме (см. рис. 2), когда переключатель П выключен) вал СД жестко связан с валом рабочего механизма. Трехфазные обмотки сельсинов соединены трехпроводной линией связи. Обмотка возбуждения СД питается переменным током постоянной амплитуды и час­тоты. С однофазной обмотки СП снимается выходной сигнал.

Магнитный поток, создаваемый током, протекающим в обмотке возбуждения СД, индуктирует в ка­тушках трехлучевой обмотки СД Э.Д.С., значения которых определяется выражениями (1).

Так как в обмотке СП протекают те же токи, что и в обмотках СД, но имеющие противоположное на­правление, то магнитодвижущая сила, создаваемая ими, в СП будет иметь линию действия, направлен­ную под углом к оси первой катушки. Направление же вектора магнитодвижущей силы СП будет прямо противоположное по отношению к М.Д.С. сельсина-датчика.

Переменный магнитный ток, создаваемый М.Д.С. в расточке статора СП, индуктирует М.Д.С. в одно­фазной обмотке, которая и является выходным сигналом

,где W_o- число витков однофазной обмотки;

- амплитудное значение продольного магнитного потока.

Рассогласование валов рабочих механизмов приводят к тому, что линия действия М.Д.С. СП будет направлена под углом к продольной оси выходной обмотки и продольная составляющая магнитного потока становится равной

,а выходное напряжение

(4)

где - максимальное эффективное значение э.д.с.

Зависимость (4) представляет собой статическую характеристику сельсинов в трансформаторном ре жиме. Здесь максимальное значение сигнала получается при рассогласовании, равном нулю.

Существенное влияние на эксплуатационные погрешности оказывают изменения частоты и напряже­ния источника питания и длина линий связи. Основным недостатком контактных сельсинов является: наличие контактных колец и щёток, которые увеличивают момент трения и вследствие этого умень­шают точность передачи показаний. Советскими учёными А.Г.Иосифьеном и Д.В.Свечарником были: разработаны бесконтактные сельсины. На рис.3 показано устройство бесконтактного сельсина.

На статоре бесконтактного сельсина укладываются неподвижные обмотки вторичной трёхфазной це­пи, магнитные оси которых взаимно перпендикулярны. Следовательно, обмотка возбуждения, имеющая магнитную ось, направленную вдоль оси ротора сельсина, не оказывает влияния на обмотки вторичной цепи. Для осуществления связи между обмотками первичной и вторичной цепи используется подвижная часть сельсин-ротора, который не имеет обмоток и состоит из двух частей, представляющих набор пластин специальной формы и разделёнными прокладкой из немагнитного материала. Магнитная цепь такого сельсина, как это видно на рис.3, имеет особенность, заключающуюся в том, что магнитный поток этой цепи переходит из плоскости, параллельной магнитной оси обмотки возбуждения, в плоскость перпендикулярную, благодаря чему и осуществляется связь между обмотками первичной и вторичной цепи. При вращении ротора, как и в контактном сельсине, магнитный поток вращается, что создаёт условие наведения Э.Д.С. в обмотках вторичной цепи, по величине зависящей от углового положения ротора.

3. Порядок выполнения работы.

1.Оценить влияние напряжения питания на работу сельсина в индикаторном режиме, для чего: включить П₁; включить ЛАТР в сеть; подать напряжение питания в обмотку возбуждения (ОВ) от ЛАТРа 110В.

2.Вращая маховик СД, через каждые 10° показаний измерительной стрелки СД снять показания измерительной стрелки СП.

3.Выполнить пункт 2 при напряжении питания ОВ 90В и 130В.

4.По результатам выполненных измерений построить график ,где , a U_ob- напряжение питания обмоток возбуждения.

5. Установить напряжение питания изменяя сопротивление линий связи R₁, R₂, R₃, по­строить график зависимости ,где R_Л = R₁ =R₂=R₃= var.

6. Застопорить СП в нулевом положении, включить П₂ ,изменяя положение ротора СД через 10° снять характеристику. , где - угол поворота ротора сельсина-датчика.

7. Построить статическую характеристику сельсинов в трансформаторном режиме , для че­го выключить П₁, , выключить П₂, застопорить ротор СП; вращая ротор СД через 10° снять значения показаний вольтметра V₂

8.Выполнить статистическую обработку результатов опытов.

4. Отчет.

Отчёт должен содержать: принципиальные схемы сельсинов с трёхлучевой роторной и статорной об­мотками; схему экспериментальной установки; характеристики,,; , основные теоретические положения, статистическую обработку результа­тов экспериментов.

5. Вопросы для самопроверки.

Принцип действия контактного сельсина?

В чем отличие трансформаторного и индикаторного режимов работы сельсина?

Как влияет напряжение питания ОВ на работу сельсина?

а)

б)

Рис 1.

а) СЕЛЬСИН С ТРЕХЛУЧЕВОЙ РОТОРНОЙ ОБМОТКОЙ

б) СЕЛЬСИН С ТРЕХЛУЧЕВОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТК

Рис.2. Схема экспериментальной установки.

Рис.3.Принципиальная схема бесконтактного сельсина