6. Асинхронные машины cпециального назначения

Преимуществом асинхронных тахогенераторов являются высокая надежность, отсутствие скользящего контакта и радиопомех, простота конструкции.

В системах автоматики тахогенераторы служат для измерения частоты вращения, осуществления обратной связи по скорости, электрического дифференцирования (U = k1 (dα/dt)) и интегрирования (α = 1/k1 ∫Uг(t) dt).

6.5. Сельсины

Cельсины (от слов «self sinchroniring» – самосинхронизирующийся) применяют в системах синхронной связи с целью синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных осей. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых электрически связанных между собой машин, одну из которых, механически связанную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью, – приемником.

По конструкции и наличию скользящего контакта сельсины подразделяют на контактные и бесконтактные. Контактные сельсины состоят из статора и ротора. На статоре (или роторе) располагают однофазную обмотку возбуждения ОВ (рис. 6.13, а), на роторе (или статоре) – обмотку синхронизации ОС. В некоторых случаях применяют демпферную обмотку, уменьшающую качание ротора. У однофазных сельсинов обмотку синхронизации выполняют трехфазной распределенной, обмотку возбуждения – однофазной распределенной или сосредоточенной.

			4
	ОВ	5	3
			2
		Φ
	ОС		1

а

б

Рис. 6.13. Схема соединения обмоток и конструкция контактного сельсина

266

		6. Асинхронные машины cпециального назначения
Созданный обмоткой возбуждения			4		1	2	3	4	5
1 сельсина (рис. 6.13, б) магнитный по-
									6
ток Ф, проходя по магнитопроводам ро-
									7
тора 2 и статора 3, пересекает витки об-				δ3	δ2
мотки синхронизации 4 и наводит в них							δ4		8
ЭДС, зависящие от угла поворота рото-							А		9
ра. Для уменьшения числа контактных						δ1
колец 5 обмотку синхронизации разме-									δ4
щают на статоре, а обмотку возбужде-									10
ния – на роторе.
	скользящих	контактов	Рис. 6.14. Бесконтактный
Наличие
					сельсин
снижает надежность и точность кон-
тактных сельсинов, поэтому все шире применяют бесконтактные сельсины
с униполярным возбуждением (рис. 6.14).
На статоре такого сельсина расположен пакет основного магнито-
провода 1, в пазах которого находится трехфазная обмотка синхрониза-
ции 2. Обмотка возбуждения 3, выполненная в виде кольцевых катушек,
также размещена на статоре. По краям статора расположены два кольце-
вых магнитопровода 4. Они магнитно замыкаются между собой пакетами
внешнего магнитопровода 5, которые запрессованы в цилиндрический
корпус сельсина 6. Магнитопроводы сельсина набраны из листовой элек-
тротехнической стали с расположением листов вдоль оси магнитного по-
тока. Ротор 7 сельсина, укрепленный на валу 8 и вращающийся в под-
шипниках 9, состоит из двух пакетов листовой стали, в которых листы
уложены параллельно валу и разделены немагнитным промежутком 10.
Если в данный момент ток обмотки возбуждения проходит так, как
показано на рис. 6.14, то магнитный поток, созданный этим током, встре-
чает на пути немагнитный промежуток 10, меняет свое направление и че-
рез воздушный зазор δ1 входит в пакет магнитопровода 1, проходит по не-
му половину окружности и через зазор δ2 попадает в правый пакет ротора,
отсюда поток через зазор δ3 входит в правый кольцевой магнитопровод 4.
Далее поток по пакетам внешнего магнтопровода 5 проходит в левый
кольцевой магнитопровод 4 и, пройдя через воздушный зазор δ4, вновь по-
ступает в левый пакет ротора, где замыкается в точке А. Проходя по ос-
новному магнитопроводу 1, поток возбуждения сцепляется с обмоткой
синхронизации и наводит в ней ЭДС, величина и фаза которой будут зави-
сеть от величины и фазы магнитного потока, изменяющихся в зависимости
от угла поворота ротора. Работа бесконтактных сельсинов в системах дис-
танционной передачи угла не имеет принципиальных отличий от работы
контактных сельсинов.

Убесконтактных сельсинов бόльшие габариты и масса по сравнению

сконтактными, так как путь магнитного потока в них больше и проходит

267

6. Асинхронные машины cпециального назначения
				через несколько немагнитных зазо-
		В		ров, и поэтому требуется увеличе-
В				ние обмотки возбуждения и магни-
	А		А	топровода.
θд				Различают два основных ре-
СД		СП	θп	жима работы сельсинов: индика-
				торный и трансформаторный. Ин-
С		С		дикаторный режим применяют для
				передачи на расстояние информа-
	В	ЛС	В	ции о положении какого-либо регу-
Рис. 6.15. Схема индикаторного				лирующего органа: клапана, заслон-
				ки вентиля и т. д. Особенно этот
режима сельсинов
				режим используется в тех случаях,
когда подход к регулирующему органу небезопасен и показания передают-
ся на пульт управления. Его применяют при малом значении статического
момента на ведомой оси, обычно когда на ней укреплена хорошо уравно-
вешенная стрелка.
В индикаторном режиме работают два одинаковых сельсина: датчик
СД и приемник СП.
Обмотки синхронизации сельсинов соединены между собой линиями
связи ЛС строго соответственно (рис. 6.15), а обмотки возбуждения В под-
ключены к однофазной сети переменного тока.
Обмотки возбуждения обоих сельсинов создают в магнитных систе-
мах сельсинов пульсирующие потоки Фв. При синусоидальном распреде-
лении индукции вдоль зазора под действием пульсирующих магнитных
потоков в обмотках синхронизации сельсина-датчика и сельсина-
приемника возникнут фазные ЭДС (с амплитудным значением Eфm), зави-
сящие от угла θ, пространственного сдвига обмоток статора и ротора:

ЕА = Ефm cosθ,

E	B	= E	cos(θ−120D),	(6.14)
		фm

EC = Eфm cos(θ−240D).

Угол рассогласования θ равен разности между углами поворота датчика и приемника:

θ = θд −θп .

(6.15)

Токи в обмотках синхронизации и линиях связи (при встречном направлении ЭДС), например, для фазы А

268

6. Асинхронные машины cпециального назначения

I A = (EAд − EAп) (2Z) ,

(6.16)

где Z – комплексное сопротивление обмотки фазы одного сельсина.

При θ = 0 ток любой фазы I = 0. При этом электромагнитный момент сельсинов (момент взаимодействия тока обмоток синхронизации

спотоком возбуждения) отсутствует и сельсины находятся в покое. Это положение является согласованным при работе сельсинов в индикаторном режиме.

При θ ≠ 0 ЭДС датчика и приемника не равны, по обмоткам синхронизации и линиям связи текут токи, определяемые разностью ЭДС и сопротивлениями обмоток синхронизации и линий связи. Эти токи, взаимодействуя

спотоком возбуждения, создают в датчике и приемнике синхронизирующие моменты, которые в датчике и приемнике направлены в разные стороны и стремятся повернуть оба ротора в согласованное положение. Обычно ротор датчика заторможен, поэтому его синхронизирующий момент воспринимается механизмом, поворачивающим ведущую ось. Синхронизирующий момент приемника поворачивает ротор в ту же сторону и на тот же угол, на который поворачивают ротор датчика.

Погрешности в работе сельсинов в индикаторном режиме возникают вследствие электрической, магнитной и механической несимметрий датчика и приемника, обусловленных технологическими причинами, влиянием высших гармонических в кривой МДС ротора, сопротивлений линии связи, изменением напряжения сети. Значительную погрешность вносит тормозящий момент на валу сельсина-приемника.

Класс точности сельсина-приемника характеризуется погрешностью Δθ, которая определяется как полусумма максимального положи-

тельного Δθmax+ и отрицательного Δθmax− отклонения ротора приемника от согласованного с ротором датчика положения за один оборот при повороте ротора на 360° в обоих направлениях:

Δθ = 0,5 (Δθmax+ + Δθmax−).

(6.17)

В зависимости от класса точности сельсина-приемника погрешность не должна превышать 30–90 угловых минут.

Трансформаторный режим сельсинов применяют при необходимости передачи на расстояние углового перемещения с преодолением значительного момента сопротивления. При этом по линии связи передается незначительный по мощности сигнал, затем сигнал усиливается, приводит во вращение исполнительный двигатель, который, перемещая объект управления, одновременно уменьшает угол рассогласования между сельсиномдатчиком и сельсином-приемником.

269

6. Асинхронные машины cпециального назначения

При работе сельсинов в трансформаторном режиме обмотка возбуждения сельсина-датчика СД (рис. 6.16), механически связанного с ведущей осью приводного двигателя, подключена к сети однофазного тока, а обмотка возбуждения В сельсина-приемника СП – к усилителю У, подающему питание на обмотку управления ОУ исполнительного асинхронного двигателя ИАД. Обмотки синхронизации обоих сельсинов соединены между собой линией связи ЛС.

В трансформаторном режиме согласованным называют такое состояние схемы, когда ЭДС обмотки управления сельсина-приемника равна нулю. При этом положение обмотки управления приемника относительно его обмотки синхронизации отличается на 90° от положения обмотки возбуждения датчика относительно его обмотки синхронизации.

Пульсирующий магнитный поток обмотки возбуждения сельсинадатчика наводит в его обмотке синхронизации ЭДС, которые определяются соотношением (6.14). Под действием ЭДС фаз по линиям связи и обмоткам синхронизации сельсина-приемника потекут токи (даже в согласованном состоянии), определяемые величиной ЭДС и сопротивлениями фаз датчика Zфд, приемника Zфп и линии связи Zлс:

Iф = Eф (Zфд + Zфп + Zлс) .

(6.18)

Эти токи, протекая по обмоткам синхронизации приемника, создают пульсирующие магнитные потоки, образующие поток Фп, наводящий в выходной обмотке сельсина-приемника ЭДС – выходное напряжение приемника Uвых.

В	У		ИАД
	Uвых
		ОУ
θд		θп	ОВ
СД	СП

ЛС

Рис. 6.16. Схема трансформаторного режима сельсинов

270