Основные теоретические сведения

Под системой синхронной передачи понимается совокупность устройств, служащих для измерения или передачи на расстояние угловых перемещений двух и более валов, механически не связанных друг с другом. Наибольшее распространение получили индукционные или асинхронные машины-сельсины, которые обладают способностью к самосинхронизации, т.е. способностью самостоятельно устанавливаться синфазно. Как и другие системы синхронной связи, индукционные системы имеют датчик и приемник, причем конструкция их выполняется одинаково.

Индукционные системы выполняют с однофазными обмотками ротора и статора, с трехфазными обмотками ротора и статора, с одной однофазной и одной трехфазной обмотками.

В дистанционных передачах наиболее часто используются индукционные системы третьего типа различного конструктивного исполнения с однофазной роторной и трехфазной статорной или трехфазной роторной и однофазной статорной обмотками.

В автоматике широко применяются контактные и бесконтактные сельсины, работающие в индикаторном, трансформаторном и дифференциальном режимах.

Рассмотрим принцип действия синхронной передачи на сельсинах, работающих в индикаторном режиме. В этом режиме осуществляется передача углового перемещения командного вала на расстояние. При этом сельсин-приемник, как правило, не имеет момента сопротивления на валу, так как в большинстве случаев с ротором его связана стрелка, указывающая величину передаваемого угла. Обычно в индикаторном режиме работают два сельсина одного типа: датчик СД и приемник СП. На рис. 5.1 показана схема включения сельсинов в индикаторном режиме. Статорные обмотки сельсина подключены к однофазной сети переменного тока. Роторные обмотки соединены между собой одноименными фазами.

Рис. 5.1. Схема включения сельсинов в индикаторном режиме

Статорные обмотки создают в каждом сельсине переменные магнитные потоки Фв, которые индуцируют в фазных обмотках роторов в электродвижущие силы, значение которых зависит от расположения осей фазных обмоток относительно осей обмоток статора.

Если фазные обмотки роторов расположены одинаково относительно статорных обмоток (₁₂), то электродвижущие силы в каждой из них равны, но направлены противоположно. В этом случае разность электродвижущих сил в фазных обмотках равна нулю, а поэтому равны нулю и токи в этих обмотках, т.е. i₁=i₂=i₃=0.

Если же ротор датчика повернуть на некоторый угол относительно ротора приемника (₁₂), то электродвижущие силы в соответствующих фазных обмотках не равны и в цепи роторов возникают уравнительные токи i₁, i₂, i₃.

Взаимодействие магнитных потоков ротора и статора в этом случае создает на валах датчика и приемника синхронизирующие моменты. Так как ротор датчика закреплен, то под действием синхронизирующего момента поворачивается ротор приемника. Это происходит до момента, когда угол рассогласования ₁₂ становится равным нулю. При непрерывном вращении ротора датчика ротор приемника вращается с такой же скоростью и занимает в каждый момент времени одинаковое с ним угловое положение (некоторой статической ошибкой), т.е. следит за положением ротора датчика.

Величину электродвижущих сил фазных обмоток можно записать:

– для датчика:

Есд1=Еmax·cos₁, Есд2=Еmax·cos(₁120°), Есд3=Еmax·cos(₁240°),

– для приемника:

Есп1=Еmax·cos₂, Есп2=Еmax·cos(₂120°), Есп3=Еmax·cos(₂240°).

где Еmax – максимальное значение электродвижущей силы фазной обмотки ротора, когда ее ось совпадает с осью обмотки статора.

Результирующее значение электродвижущей силы в цепи ротора датчика и приемника при угле их рассогласования ₁₂ определяется как разность их э.д.с.:

е₁=Есд1-Есп1, е₂=Есд2-Есп2, е₃=Есд3-Есп3.

Из последних выражений следует, что результирующие значения электродвижущей силы во всех трех фазах одновременно равны нулю при одинаковых положениях роторов датчика и приемника, т.е. при угле рассогласования равном нулю. Кроме того, при изменении угла рассогласования в пределах от 0 до 360° система синхронной связи обладает способностью синхронизации в пределах одного оборота.

При работе сельсинов в индикаторном режиме даже без нагрузки на валу сельсина-приемника передача угла идет со статической угловой погрешностью из-за наличия трения в подшипниках и щеток о контактные кольца.

В зависимости от величины максимально допустимой статической ошибки  сельсины, работающие в индикаторном режиме, разделяются на три класса точности: первый класс – max=0,75°, второй – 1,5°, третий – 2,5°.

В тех случаях, когда необходимо на расстоянии повернуть на угол какой-либо объект управления, используют трансформаторный режим работы сельсинов (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме

При этом режиме работы питание от сети переменного тока подается только к статорной обмотке сельсина-датчика (СД). Со статорной обмотки приемника снимают напряжение, которое используется для управления и измерения угла рассогласования.

Переменный магнитный поток статорной обмотки датчика Фв наводит э.д.с. индукции в лучах роторной обмотки Есд1, Есд2, Есд3. Под воздействием этих э.д.с. по линии связи и через витки роторной обмотки сельсина-приемника потекут токи i₁, i₂, i₃, которые создадут результирующее магнитное поле. Переменное магнитное поле ротора сельсина-приемника наводит в статорной обмотке э.д.с., равную Евых=Еmax·cos, где Еmax – максимальная э.д.с., соответствующая совпадению фактора результирующего магнитного поля с осью возбуждения сельсина-приемника.

При практическом использовании трансформаторного режима сельсинов удобнее, чтобы при угле рассогласования =0 э.д.с. индукции Евых=0, а при =90° Евых имела максимальное значение. Для осуществления этого роторы датчика и приемника предварительно сдвигают на угол 90°, тогда Евых=Еmax·cos(₁°)=Еmax·sin₁. При этом ротор сельсина-приемника жестко фиксируется.