Трансформаторный режим

 Для передачи углового перемещения на расстояние с преодолением значительного момента сопротивления используются системы дистанционной передачи угла в виде следящих систем, частью которых являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. При этом по линии связи передается незначительный по мощности сигнал.

Рис 2 Рис 3

На рис. 2 приведена схема сельсинов в трансформаторном режиме. Обмотка возбуждения сельсина-датчика СД подключена к питающей сети и служит для создания в магнитной системе пульсирующего магнитного потока. Обмотки синхронизации датчика и приемника соединены между собой строго соответственно линией связи. Однофазная обмотка трансформаторного сельсина-приемника предназначена для выработки сигнала (напряжения), зависящего от угла рассогласования Θ=Θ_д-Θ_п, и называется обмоткой управления.    В трансформаторном режиме согласованным называют такое состояние схемы, когда ЭДС обмотки управления сельсина-приемника равна нулю. Взаимное расположение обмоток в датчике и приемнике для исходного согласования состояния схемы показано на рис. 3. Пульсирующий магнитный поток обмотки возбуждения датчика Ф_в индуктирует в обмотке синхронизации фазные ЭДС

Е_Д1= Е_max cos Θ_д; Е_Д2= Е_max cos (Θ_д -120°); Е_Д3= Е_max cos (Θ_д -240°)   (1)

где Θ_д - угол поворота ротора сельсина-датчика от исходного положения (за исходное положение примем такое, когда обмотка, образующая первую фазу обмотки синхронизации, соответственно с потоком возбуждения);  Е_max– наибольшее действующее значение фазной ЭДС обмотки синхронизации, соответствующее совпадению оси фазы и потока возбуждения.

Токи, проходящие под действием этих ЭДС по фазам обмотки синхронизации приемника, создают пульсирующие МДС F_п1, F_п2 и F_п3. При повороте ротора датчика на угол Θ_д вектор результирующей МДС обмотки синхронизации приемника F_п поворачивается относительно этой обмотки на угол, равный Θ_д, но в противоположную сторону. Результирующая МДС создает пульсирующий поток Ф_п, который наводит в обмотках управления сельсина- приемника выходную ЭДС E_y = E_ymax sinΘ_д, где E_ymax- максимальное значение выходной ЭДС, соответствующее совпадению направления потока Ф_п с осью обмотки управления. Фаза выходной ЭДС меняется дискретно на 180° через 180° угла поворота ротора. Нами были рассмотрены физические процессы при фиксированном угле поворота приемника Θ_п =0, т.е. при угле рассогласования Θ=Θ_д. В этом случае угол поворота потока Ф_п относительно оси d, перпендикулярной оси обмотки управления, получился равным углу поворота потока Ф_п относительно обмотки синхронизации приемника, т.е. углу Θ_д. При произвольном угле поворота ротора приемника Θ_ппоток Ф_п окажется повернутым относительно оси d на угол Θ=Θ_д-Θ_п ,и выходная ЭДС будет изменяться по закону

Е_y=Е_ymax·sinΘ   (2)

Выражение (2) является уравнением выходной характеристики Е_y=f(Θ) график выходной характеристики при сопротивлении линий связи, близком к нулю (R_л=0), показан на рис. 3 сплошной линией.    Важной характеристикой сельсинов при работе в трансформаторном режиме является крутизна сельсина-приемника, т.е. приращение выходного напряжения U_y (ЭДС Е_y при холостом ходе), приходящееся на единицу угла рассогласования. Крутизна определяется при Θ≤5° и характеризует угол наклона выходной характеристики в начале координат (В/град):

S_n=(ΔU_y /ΔΘ°)_Θ≈0 или S_n=π/180° · (dU_y /dΘ°)_Θ≈0.

У современных сельсинов при холостом ходе S_п= 0,5-2 В/град.  Рис 4

На рис. 4 изображена функциональная схема системы дистанционной передачи угла (следящей системы) с сельсинами в трансформаторном режиме. Выходное напряжение сельсина-приемника через усилитель мощности УМ поступает на исполнительный двигатель ИД, который через редуктор Ред. поворачивает объект управления ОУ, а вместе с ним и ротор сельсина -приемника на угол, заданный датчиком. После поворота ОУ и ротора приемника на угол Θ_д=Θ_п магнитный поток сельсина-приемника Ф_п вновь будет перпендикулярен к оси выходной обмотки, выходное напряжение станет равным нулю и система будет находиться в новом положении устойчивого равновесия. Трансформаторные системы дистанционной передачи угла в зависимости от погрешности следования делятся на семь классов точности: в высшем классе точности статическая погрешность не превышает ± 0,1’, в низшем классе статическая погрешность достигает + 30’. Трансформаторные сельсины позволяют, как правило, создавать системы с погрешностью от ±5’ до ±30’. Погрешность определяется в основном конструктивными и технологическими факторами: асимметрией обмоток, неравномерностью магнитной проводимости вдоль окружности машины, разбросом параметров датчика и приемника и т.д. При прочих равных условиях погрешность следования тем меньше, чем больше крутизна S_c. Это можно объяснить следующим образом. Технологические погрешности и разброс параметров датчика и приемника приводят к тому, что в согласованном положении системы ( Θ_д=0) на выходе приемника появляется добавочная ЭДС Е_доб. ЭДС Е_доб имеет в общем случае две составляющие: ЭДС ошибки Е_ош, совпадающую по фазе с выходной ЭДС Е_y, и остаточную ЭДС Е_ост, сдвинутую по фазе на 90°. ЭДС ошибки может быть скомпенсирована выходной ЭДС Е_у путем дополнительного поворота ротора приемника на угол, при котором Е_y= -Е_ош. Это значит, что исполнительный двигатель следящей системы повернет объект управления и ротор приемника на угол Θ_д≠Θ_п, т.е. появится угловая ошибка (погрешность следования) ΔΘ_т=Е_ош/S_т. Следует иметь в виду что крутизна сельсина-приемника уменьшается при увеличении расстояния между датчиком и приемником, так как увеличивается сопротивление линии связи R_л, уменьшается ток и поток обмоток синхронизации и снижается ЭДС Е_y (пунктирная линия на рис. 3). Это накладывает определенные ограничения на допустимое расстояние между датчиком и приемником (до нескольких сотен метров по длине линии связи).    У трансформаторной системы дистанционной передачи угла могут быть и эксплуатационные погрешности, возникающие в результате влияния условий эксплуатации на крутизну сельсина-приемника. Изменение сопротивления нагрузки в цепи обмотки управления сельсина - приемника сказывается на крутизне S_п, так как меняется внутреннее падение напряжения и реакции обмотки управления на поток Ф_п. Крутизна S_п изменяется пропорционально амплитуде напряжения возбуждения датчика.