Лабораторная работа № 2.

Исследования сельсинов в различных режимах работы

Цель работы: изучить конструктивное устройство, принцип действия и свойства сельсинов как элементов системы автоматического управления.

Общие сведения: В современной технике возникает необходимость синхронизировать поворот валов отдельных механизмов. При небольшом расстоянии между валами их можно связать механической или гидравлической передачами. Если расстояние между валами большое, связь удобнее сделать электрической. Наибольшее распространение получили системы, в которых используются однофазные сельсины.

Однофазные сельсины - это небольшие индукционные машины, которые имеют однофазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации. Питаются сельсины переменным током частотой 50 или 400 Гц. В системах дистанционной передачи угла, сельсины работают в паре. На ведущем валу устанавливается сельсин-датчик СД, а на ведомом - сельсин-приемник СП. Их обмотки соединяются линиями связи .

Применяются две схемы синхронной передачи угла: индикаторная и трансформаторная. При индикаторной схеме соединения сельсинов питание от сети переменного тока подается на обмотки возбуждения как сельсина-датчика, так и сельсина- приемника. Обмотки синхронизации сельсинов соединяются при этом звездой. Переменный ток, протекающий по обмоткам возбуждения создает в сельсинах магнитные потоки, которые в свою очередь индуцируют ЭДС в обмотках синхронизации. Если роторы СД и СП одинаково расположены относительно обмотки синхронизации (такое положение называется согласованным), то ЭДС в обмотках синхронизации будут иметь одинаковую величину и фазу, а так как они направлены навстречу друг другу, то в линиях связи и обмотках синхронизации ток возникать не будет. Если взаимное расположение роторов в СД и СП различно, то различно и направление векторов магнитных потоков, создаваемых обмотками возбуждения. В этом случае в обмотках синхронизации СП и СД будут возникать различные ЭДС, которые вызовут токи в этих обмотках и линиях связи.

Чтобы ротор сельсина стремился повернуться, необходимо воздействие двух магнитных потоков. Это возможно только в рассогласованном положении, когда возникает дополнительный магнитный поток, вызываемый токами в обмотках синхронизации.

Величина синхронизирующего момента на валу сельсина-приемника зависит от параметров сельсина и угла рассогласования.

(1)

Mc - синхронизирующий момент

Mmax - максимальный синхронизирующий момент

- угол рассогласования.

Выражение (1) позволяет сделать важный вывод: значительный синхронизирующий момент получается только при большом угле рассогласования, т.е. чем больше сопротивление на валу сельсина-приемника, тем хуже точность. В индикаторном режиме применяют сельсины только тогда, когда нужно преодолеть небольшой момент сопротивления (повернуть стрелку указателя и т.д.)

При трансформаторной схеме питание подается от сети на обмотку возбуждения сельсина-датчика, обмотки синхронизации сельсинов соединены линиями связи, а с обмотки возбуждения сельсина-приемника снимается выходной сигнал, который после усиления управляет электродвигателем. В трансформаторном режиме через обмотки синхронизации сельсинов все время протекает ток, который вызывает с СП магнитный поток. В согласованном режиме этот поток не создает ЭДС в обмотке возбуждения, а при рассогласовании величина ЭДС равна:

где Uвых max -максимальное выходное напряжение.

КОНТАКТНЫЕ СЕЛЬСИНЫ - конструктивно лишь незначительно отличаются от однофазных асинхронных машин малой мощности. Они имеют изготовленные из электротехнической стали статор и ротор и выполняются чаще всего двухполюсными с однофазной первичной (обмотка возбуждения) и трехфазной вторичной (обмотка синхронизации) обмотками. В сельсинах с явно выраженными полюсами обмотка возбуждения сосредоточенная (располагается на полюсах). В сельсинах с неявно выраженными полюсами - распределенная (размещается в пазах). Обмотку возбуждения располагают или на статоре (сельсины с тремя контактными кольцами), или на роторе (сельсины с двумя кольцами).

В соответствии с этим различное расположение имеет и обмотка синхронизации, которая всегда выполняется распределенной.

Фазы обмоток синхронизации обычно всегда соединяют в звезду. Большим недостатком контактных сельсинов является наличие у них скользящих контактов - колец и щеток. С целью уменьшения сопротивления и увеличения надежности, кольца и щетки сельсинов выполняют из сплавов серебра. Однако и это не может полностью избавить контактный сельсин от присущих ему недостатков. Именно поэтому в последнее время начали выпускаться в больших количествах бесконтактные сельсины.

Бесконтактные сельсины, как и контактные, имеют две обмотки: однофазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации. Однофазную выполняют в виде двух кольцеобразных катушек, расположенных в торцах между статором и тороидами. Катушки соединяют последовательно и согласно. Трехфазную обмотку синхронизации делают распределенной и располагают в пазах статора. Фазы обмоток синхронизации соединяют в звезду.

Ротор бесконтактного сельсина имеет два полюса, разделенных между собой магнитным промежутком. Полюса ротора набираются из листов электротехнической стали, которые располагаются в аксиальном направлении. Оба полюса укрепляют на оси путем заливки силумином.

Тороиды в концах статора бесконтактного сельсина имеют вид колец. Их набирают из листов электротехнической стали. С внешней стороны в аксиальных пазах корпуса, отлитого из силумина к тороидам примыкают стержни внешнего магнитопровода, тоже набранного из листов электротехнической стали. Магнитный поток бесконтактного сельсина создается переменным током обмотки возбуждения. Поток проходит по стержням внешнего магнитопровода, тороида, и полюсам ротора. Между полюсами поток встречает большое магнитное сопротивления в виде немагнитного промежутка (силумина). Это заставляет его изменить свое направление и идти из одного полюса ротора к другому по зубцам и спинке статора.

Проходя по статору, поток обмотки возбуждения пересекает обмотку синхронизации. Величина этого потока зависит от положения ротора. Отсутствие скользящих контактов значительно увеличивает надежность работы и стабильность характеристики бесконтактного сельсина по сравнению с контактным.