книги / Электротехнические устройства радиосистем

обмоток (рис. 4-М ,а), либо	в виде распределенной	замкнутой	об­
мотки, разделенной отводами	на четыре части (рис.	4-11,6). В	рас­

пределенной замкнутой обмотке лучше используются материалы в тепловом отношении за счет равномерного распределения токов, но существует электрическая связь между цепями управления и возбуждения и при большом числе полюсов будет большим число

	параллельных			ветвей.		при­
	Обмотка			возбуждения
	ключается к сети, а управляющая
	обмотка получает (питание от уси­
	лителя	системы			управления. Фаз­
	ный сдвиг токов на угол я/2 в об­
	мотках	возбуждения и управления
	осуществляется				либо конденсато­
	ром, либо усилителем, что преду­
	сматривается			его	схемой.
	Характерной				особенностью
	двигателя с полым ротором явля­
	ется большое			активное сопротив­
	ление ротора. Поэтому в пределах
	изменения		скольжения от 0			до 2	Рис. 4-10. Схема устройства
	при отсутствии тока в обмотке
							двигателя с полым ротором.
	управления		зависимость момента
	можно	принять			линейной	(рис.

4-12). Момент, развиваемый прямым полем, показан прямой /, мо­ мент от обратного поля — прямой 2, результирующий момент — пря­ мой 3. При наличии тока в обмотке управления магнитное поле бу­ дет вращающимся. Так как электромагнитный момент пропорциона­

лен квадрату напряжения, или, что	то	же самое,	квадрату
магнитного потока, то при iy=/=0 момент	от	прямого поля	увеличн-

*)

Рис. 4-11. Схема включения обмоток двигателя с полым ротором при раздельных обмотках (а) и при одной рас­ пределенной обмотке (6).

вается	(прямая 4 ) ч а момент от обратного поля уменьшается (пря­
мая 5)	и зависимость результирующего момента также изменится

(прямая 6).

Широкое использование двигателей с полым ротором обуслов­ лено рядом преимуществ, выгодно отличающих их от исполнитель­ ных двигателей других типов. Основными преимуществами этих двигателей являются следующие:

1. Прямолинейность механической характеристики.

2. Малый момент инерции, что достигается выполнением/ротора в виде полого цилиндра из немагнитного материала с малым удель­ ным весом (алюминий или дюралюминий). Стенки ротора выпол­ няются толщиной от 0,8 до 0,2 мм.

3.Большой пусковой момент, что достигается выполнением рото­ ра с большим активным сопротивлением.

4.Возможность плавного регулирования скорости в широких

	пределах.			зубцов,		что
	5.	Отсутствие
	обеспечивает		плавный		и	бес­
	шумный ход		двигателя.
Sпр	6.	Быстрое реверсирование.
	7.	Самоторможение			двига­
2	теля	при снятии		напряжения

Ос обмотки управления, так как благодаря большому активно­ му сопротивлению ротора тор­ мозной момент больше вра­ щающего.

8.Отсутствие трущихся

Рис. 4-12. Зависимость вращаю­	контактов, что	обеспечивает
щего момента от скольжения дви­	малый момент трения и от­
гателя с полым ротором.	сутствие искрения	и связанных
	с ним радиопомех.

Наряду с положительными свойствами эти двигатели обладают рядом недостатков, основными из которых являются следующие:

1. Большие воздушные зазоры, что вызывает значительное уве­ личение намагничивающих сил, понижение коэффициента мощности

иувеличение габаритов двигателей.

2.Низкий к. п. д., так как нормальная работа двигателя про­

исходит при больших скольжениях (примерно 50%)» что вызывает­ ся повышенным активным сопротивлением ротора.

4-5. СИ НХРО ННАЯ СВЯЗЬ МАШИН

Система, которая обеспечивает синхронное перемещение двух или нескольких механически несвязанных между собой какихлибо механизмов, называется с и н х р о н н о й с в я з ь ю м а ш и н .

Системы синхронной связи получили на практике очень широкое применение для согласования скорости вращения двух или несколь­ ких механизмов и для передачи угла поворота одного механизма другому. Система согласования скоростей называется синхронным вало-м, а система передачи угла поворота — синхронной передачей угла.

Существуют системы синхронного вала, которые осуществляют­ ся с помощью машин постоянного тока. Однако в силу ряда недо­ статков распространение таких систем ограничено. Наиболее Часто система синхронного вала реализуется с использованием обычных

.трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором.

Системы синхронной передачи угла применяются для дистанци­ онного управления, регулирования и контроля. Простейшая схема синхронной передачи угла состоит из двух совершенно одинаковы < индукционных электрических машин — сельсинов и линии с&яз J

Один из сельсинов называется датчиком, другой — приемником. По­ воротом ротора датчика задается некоторый угол. Несмотря на от­ сутствие механической связи между сельсинами, ротор приемника поворачивается на такой же угол, следуя за ротором датчика.

В системах синхронной связи используются трехфазные и одно­ фазные системы переменного тока. В системах синхронного вала, предназначенных для передачи вращающего момента, чаще применя­ ются трехфазные машины, так как эти машины развивают большие моменты по сравнению с однофазным при одинаковых размерах. В системах синхронной передачи угла, предназначенных для ука­ зательных и измерительных целей, преимущественно используются однофазные машины, режимы работы и точность которых не зави­ сят от направления вращения.

4-6. УСТРОЙСТВО КО Н ТАКТНЫ Х СЕЛЬСИНОВ

Сельсины получили широкое применение в качестве ука­ зательных синхронных систем передачи угла, у которых приемник (датчик) имеет небольшую нагрузку и не требует знчительных мо­ ментов. Эти машины выполняются по типу асинхронных машин с однофазной первичной и трехфазной вторичной обмотками. Пер­

вичная однофазная обмотка может	быть расположена на		статоре,
а вторичная — на роторе. Возможно	и обратное	расположение, т. е.
первичная обмотка — на роторе, а	вторичная —	на статоре.	Разме­

щение первичной однофазной обмотки на статоре и трехфазной вто­ ричной обмотки на роторе позволяет просто балансировать ротор, так как он выполнен в виде цилиндра. Недостатками такого разме­ щения обмоток являются большие размеры .и вес ротора.

Рис. 4-13. Схемы устройства контактных сельсинов.

размещение первичной однофазной обмотки на роторе, а вто­ ричной трехфазной обмотки на статоре, помимо меньших габаритов и веса, позволяет получить на вторичной обмотке повышенное на­ пряжение, что является целесообразным в случае, когда линия свя­

зи имеет большую длину.

Оба варианта конструкции сельсинов показаны на рис. 4-13. При расположении первичной однофазной обмотки как на статоре, так и на роторе сельсины выполняются преимущественно с явновыраЖеннЫми полюсами, так как у машин с -распределенной обмоткой

требуется дополнительная короткозамкнутая обмотка для увеличе­ ния крутизны характеристики моментов при малых углах рассогла­ сования, что усложняет конструкцию машины.

При расположении первичной однофазной обмотки на статоре ярмо, полюсы и сердечник ротора набираются из листов электротех­ нической стали, изолированных друг ст друга. На полюсах статора помещается однофазная обмотка, состоящая из двух последователь­ но соединенных катушек верхнего и нижнего полюсов. Эта обмотка включается в однофазную сеть. В пазах ротора помещается трех­ фазная распределенная обмотка, соединенная звездой. Начала фаз обмотки ротора соединяются с тремя контактными кольцами, ко­ торые изготовляются из сплава серебра, что необходимо для умень­ шения переходного сопротивления.

Принципиально такое же устройство сельсина с первичной об­ моткой, помещенной на роторе, и вторичной обмоткой — на статоре. При таком .расположении потребуются только два контактных кольца.

Сельсины выполняются двухполюсными, что обеспечивает их са­ мосинхронизацию в пределах одного оборота. При использовании многополюсных машин в пределах одного оборота синхронная связь теряет свое ценное свойство самосинхронизации.

4-7. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС С И Н Х РО Н Н О Й ПЕРЕДАЧИ УГЛА

В зависимости от схемы соединения сельсины могут быть

использованы в двух основных режимах

работы — индикаторном и

тр ансформатор ном.

работающие

в

индикаторном

режиме,

Сельсины — приемники,

сами отрабатывают угол, заданный

датчиком. С

помощью таких

сельсинов

осуществляется

поворот на

заданный угол двух или нескольких

механически несвязанных осей с не­

значительным

моментом сопротивле­

ния. Схема

соединения

сельсинов при

индикаторном

режиме

работы пока­

зана на рис. 4-14. Первичные обмот­

ки

двух

сельсинов

(датчика

и

при­

емника)

включаются

в однофазную

сеть. Вторичные обмотки этих сель­

синов

соединяются

между

собой

одноименными

зажимами.

пер­

При

включении

однофазных

вичных

обмоток

обоих

сельсинов

в

сеть

переменного

тока

создаются

пульсирующие

магнитные

поля,

ко­

торые индуцируют в каждой фазе

Рис. 4-14. Схема соединения'

вторичных

обмоток

э.

д.

с.,

совпа­

сельсинов при индикаторном

дающие

по

фазе,

но

различные

по

режиме работы.

величине.

Величина

каждой

э. д. с.

в

каждой

фазе

вторичной

обмотки

сельсина-датчика

или

приемника

за­

висит от положения этой фазы относительно первичной обмотки и для действующих значений этих э. д. с. можно записать следующие

	£ д Д — ^ м ак с COS в д и	^ А П — ^ м а к с COS ^п*
£ ВД =	£ м»кс cos ^0д — - y - j	и £ вп =	£ макс cos ^ • п - т ) =
£ СД =	£ м«кс cos ^0д — - y - j	и £ сп =	£ мако cos ^0 п	4я \
				у

где Е макс — наибольшее действующее значение э. д. с. фазы, кото­ рое будет при совпадении оси обмотки данной фазы с осью первич­ ной обмотки.^

Если роторы датчика и приемника расположены одинаково относи­ тельно первичных обмоток (0д = 0П) , то в одинаковых фазах вторич­

ных обмоток датчика и приемника будут индуцироваться равные по величине э. д. с. Эти э. д. с. уравновешивают друг друга и токи во вторичных обмотках и линии связи не будет. Такое положение роторов называется согласованным.

Если ротор датчика будет занимать относительно первичной обмот­ ки положение, отличное от положения ротора приемника (0Д : £ 0П), то

равновесия э. д. с., индуцируемых в фазах вторичных обмоток дат­ чика и приемника, не будет. Вследствие/этого в фазах вторичных обмоток возникнут уравнительные токи. Ъ результате взаимодейст­ вия токов вторичных обмоток обоих сельсинов с магнитными полями первичных обмоток создаются вращающие моменты, стремящиеся по­ вернуть роторы датчика и приемника. Если ротор датчика удержи­ вать в определенном положении, а .ротору приемника предоставить возможность вращаться, то он повернется в том же направлении, в котором повернут ротор датчика относительно согласованного по­ ложения. Поворот ротора приемника будет происходить до тех пор, пока не восстановится равновесие э. д. с., т. е. пока ротор прием­ ника не займет положения, согласованного с ротором датчика. Син­ хронизирующий момент, развиваемый сельсином, определяется сле­ дующим выражением:

			Мсх = М sin 0,
где	0— угол	рассогласования,		равный	0= 0д — 0П;	Л4макз — макси­
мальный момент.			момент Ммакс зависит от амплитуды магнитно­
го	Максимальный
	потока статора		Фмакс, тока	в роторе /2 и угла сдвига фаз меж­
ду ТОКОМ ротора И			МагНИТНЫМ	ПОТОКОМ у, Т. е. Ммакс = СФмакс/2cos у,
где с — конструктивная постоянная.
э.	Упитывая,	что	у = 90+фг,	где Ф2— Угол сдвига фаз между
	д. с- и .током в роторе, выражению				максимального	момента мож­
но придать следующий вид:
	Ммакс =		сФмаиЛ COS (90 + ? 2)		= — сФмакс s in	<f2.

т. е. при увеличении угла ср2 синхронизирующий момент увеличива­

ется. Если увеличивать длину линии связи, то активное сопротивле­ ние цепи ротора также будет увеличиваться, а синхронизирующий момент уменьшаться, .так как при этом уменьшается угол ф2 При

работе сельсинов будет некоторый угол рассогласования. Для трогання с места ротор приемника должен развить достаточный вра-

щающий момент трогания Мтр, и поэтому ротор приемника начнет вращаться не одновременно с ротором датчика, а только при нали­ чии угла рассогласования, при котором синхронизирующий момент станет равным моменту трогания, т. е.

Ммакс sin A 0=AfTp.

Момент трогания складывается из момента сопротивления обусловленного потерями холостого хода, момента сопротивления нагрузки Мваг и динамического момента Мд, необходимого для уско­ рения вращения подвижных частей приемника, т. е.

Мтр = MQ+ Мнаг 4" Мд.

Рис. 4-15. Схема соединения трех сельсиновприемников.

При равномерном вращении ротора датчика и приемника дина­ мический момент равен нулю и синхронизирующий момент равен сумме моментов сопротивления, т. е.

Ммакс sin А 0=М о+М наг.

На практике часто используются более сложные схемы син­ хронной связи, в которых к одному датчику параллельно присоеди­ няются несколько приемников (рис. 4-15), одновременно отрабаты­ вающих угол, задаваемый ротором датчика. При п параллельн0 включенных приемниках, работающих от одного датчика, каждый приемник развивает нормальный статический момент только в слу­ чае, если датчик имеет сопротивление фазы обмотки ротора, в п ра3 меньшее сопротивления фазы обмотки приемника. Синхронизируй, щий момент приемника будет тем больше, чем больше мощность датчика и меньше число параллельно включаемых приемников Устойчивость приемника в согласованном положении увеличиваете^ с увеличением числа приемников, так как на приемник действует Не только датчик, но и другие приемники. Если один из приемников окажется нагруженным больше других, то как в этом, так и в дру. гих приемниках возникает рассогласование с датчиком, так как более нагруженный приемник превращается в датчик по отношению ^

И6

Другим приемникам, что приводит к увеличению ошибки. Точно так же изменение нагрузки одного из приемников вызывает изменение угла рассогласования в других приемниках.

При работе сельсинов в трансформаторном режиме вращающий момент не передается и ротор сельсина-приемника обычно затор­ можен. В этом случае только первичная обмотка датчика (рис. 4-16) включается в сеть переменного тока. Первичная обмотка сельсина-

	приемника			является			выход­
	ной	обмоткой,			с	которой
	снимается			выходное			напря­
	жение,		определяемое				углом
	поворота			ротора сельсина-							Й
	датчика.			Это	напряжение
	может		подаваться			на уси­
	литель		следящей			системы
	или	индикаторный					усили­
	тель	ZH.		Вторичные			трех­
	фазные		обмотки		датчика и
	приемника			соединяются
	между собой так же, как и
	при	индикаторном				режиме.		Рис.	4-16.	Схема соединения	сельси­
		При		включении			одно­
								нов	при	трансформаторном	режиме
	фазной		первичной			обмотки
								работы.
	датчика		в	сеть	(переменного
	тока	будет создано				пульси­

рующее магнитное поле, индуктирующее в фазах вторичных обмо­ ток датчика э. д. с., действующие значения которых равны:

£ д д —" ^ м а к с COS5 0 *‘ ^ з д —	(-*)=
	^ м а к с COS ( 0
/	4л \
■^СД = ^макс COS ^ 0	g J *

Так как обмотки ротора приемника соединены с обмотками ро­ тора датчика, то в этих обмотках под действием вторичных э. д. с. датчика возникают токи, создающие пульсирующее магнитное по­ ле, которое займет в пространстве такое же положение относитель­ но обмотки статора приемника, какое занимает обмотка статора датчика относительно своих роторных обмоток. Если ось обмотки статора приемника трансформатора совпадает с осью пульсирующе­ го поля ротора, .то выходное напряжение максимально, и если ось этой обмотки перпендикулярна направлению оси пульсирующего поля, то напряжение на обмотке статора приемника равно нулю. Последнее положение принимается за согласованное. При повороте ротора датчика и неподвижном роторе приемника изменяется на­ правление пульсирурующего поля ротора приемника. Поэтому выход­ ное напряжение изменяется примерно синусоидально в зависимости от угла поворота датчика.

4-8. БЕСКОНТАКТНЫЕ СЕЛЬСИНЫ

В системе синхронной связи наличие скользящего контак­ та 'между щетками и контактными кольцами приводит к увеличению момента, обусловенного потерями на трение, что снижает точность

10*

147

синхронной передачи, так как увеличивается начальный угол рас­ согласования. Поэтому в системах синхронной передачи высокой

точности желательно	использование бесконтактных	сельсинов.
В бесконтактных	сельсинах ротор выполняется	в виде двух

полюсов 1, разделенных значшельиым немагнитным промежутком 2 (рис. 4-17). Обмотка возбуждения выполнена в виде двух неподвижных

катушек 3,	охватывающих	ротор.
Если такой	ротор поместить	в рас­

точку статора 4, то магнитный поток замкнется от одного полюса к друго­ му через тело статора. Ори враще­ нии ротора будет меняться в про­ странстве направление магнитного то­ ля, созданного обмоткой возбужде­ ния, несмотря на то, что обмотка остается неподвижной. Ори такой конструкции на тути магнитного по­ тока добавляются два воздушных промежутка «между полюсами рото­ ра и внешним магнитолроводом, что

	Рис.	4-17. Схема	устрой­	повышает	магнитное		сопротивление.
				Поэтому	намагничивающие				токи
	ства	бесконтактного	магне-
				в бесконтактных		сельсинах		оказыва­
	сина.
				ются большими,		чем	в	.машинах

обычной конструкции.

Бесконтактный сельсин, так же как и контактный, имеет однофазную первичную обмотку (обмотку возбуж­ дения) и трехфазную вторичную 5. Трехфазная обмотка выполняется распределенной и помещается в па­ зах статора, который имеет устрой­ ство, подобное устройству статора обычной асинхронной машины. По­ люсы ротора собираются из листов электротехнической стали, изолиро­ ванных друг от друга. Оба полюса •ротора укрепляются на валу и зали­ ваются пластмассой.

			(В	системах синхронной				связи отри
			малых		значениях передаваемого				мо­
			мента	применяются параметрические
Рис. 4-18. Принципиальная			генераторы (магнесины). Такие гене-
			раторы		обеспечивают	высокую			точ-
схема	устройства	магне-	ность	передачи и нашли			применение
сина.			в качестве указательных				передач.
			Принципиальная			схема		устрой­
Статор	выполнен в	виде	ства магнесина показана на рис. 4-18.
			тороида	с	равномерно	распределенной

обмоткой. Магнитопровод выполняется из материала с крутой Маг­ нитной характеристикой, где резко выражена область насыщения (ППГ). Обмотка статора включена в сеть переменного тока и воз­

буждает	в тороиде	переменный	магнитный	поток. Ротор	выполнен
в виде	постоянного	магнита без	обмотки.	Переменный	магнитный

поток не может замкнуться через ротор, так как поток, создаваемый левой половиной обмотки в роторе, встретит равный себе и противо­ положно направленный магнитный поток, создаваемый правой поло­ виной обмотки. Таким образом, переменный поток замкнется по магнитопроводу статора, а постоянный магнитный поток полюсов рото­ ра пронизывает тело ротора и статора. При этом постоянный маг­ нитный поток замкнется по пути переменного потока, взаимодей­ ствуя с которым будет каждую половину периода увеличивать маг­ нитный поток, т. е. намагничивать одну половину тороида, и умень­ шать магнитный поток, т. е. размагничивать другую половину.

в)

Рис. 4-19. Магнитная характеристика и временные диаграммы намаг­ ничивающих сил, магнитных потоков и э. д. с.

'На рис. 4-19,5 показана магнитная характеристика магнитопровода статора. На этом же рисунке показаны временные диаграммы намагничивающих сил, магнитных потоков и э. д. с. витков для пра­ вой (рис. 4-19,а) и левой (рис. 4-,19,в) полов-ин статора.

Намагничивающая сила полюсов F0 постоянна и для выбранного момента времени направлена согласно с НС обмотки переменного тока Т7^, в правой половине и встречно F~ в левой половине тороида. Ре­ зультирующая НС в правой Fu и левой Fл половинах тороида опре­

деляется алгебраической суммой НС F0 и F~. Эти НС создают маг­ нитные потоки Фп и Фл в правой и левой половинах тороида, вре­

менные диаграммы которых показаны пунктирными линиями и опре­ делены по временным диаграммам НС и магнитной характеристике. Индуктируемые э. д. с. в каждом витке обмотки правой и левой по­ ловин тороида определяются производной по времени магнитного потока с обратным знаком, т. е.

dt

В кривых э. д. с. витков еп и вл, так же как и в кривых маг­

нитных потоков Фп и Фл, появятся вторые гармоники,			причем	вторая
гармоника в кривой э. д. с. ел	сдвинута относительно		второй	гармо­
ники кривой э. д. с. еп на половину периода.		Следовательно,		на	за­
жимах обмотки статора а й в	э. д. с. двойной	частоты 2/ равна			ну­

лю, так как э. д. с. частоты 2f, создаваемые в правой и левой поло­ винах обмотки, равны и сдвинуты на я. Если же выделить какие-

Либо	промежуточные	точки	обмотки,	например с и dt то между
ними	будет создана	э. д. с.	с частотой	2/.

На рис. 4-20 показана принципиальная схема синхронной пере­ дачи с магнесинами. Обмотки статоров датчика и приемника вклю­ чаются в общую сеть переменного тока, и промежуточные точки этих обмоток соединены между собой. Если угол рассогласования равен нулю, т. е. положение ротора датчика и приемника в прост­

ранстве одинаково,	то з линии	связи .тока нет. Ори а = 0							э. д. с.
			частоты			2/	на		зажимах
	П		аха2	и	в\в2		равны			нулю,
			так	как		э.	д.	с.		частей
			обмоток			аха	и		а2а \		так
			же	как		и	в\в'		и		в2в \
			равны			и	направлены
			встречно,			а	э.	д.		с.	ча­
			стоты		тока		сети		/	в	ча­
			сти	обмотки аха2						и	в\в2
			равны		между			собой			при
			любом		положении					рото­
			ров.	Если		повернуть					ро­
			тор датчика на какой-ли­
			бо угол а, то э. д. с. ча­
Рис. 4-20. Принципиальная схема		систем	стоты 2/ в части обмот­
			ки аха2 не				будет			равна
синхронной связи с	магнесином.		нулю		и	под		действием
			этой	э. д. с. в линии свя­
			зи и в обмотке приемни­

ка в\в2 возникнет ток двойной частоты. Этот ток в приемнике созда­ ет магнитное поле, под действием которого (ротор приемника начнет

поворачиваться вслед за ротором датчика.			При повороте ротора		при­
емника на угол,		равный повороту ротора	датчика,	уравнительный
ток в линии связи и в обмотках приемника			и датчика окажется		рав­
ным	нулю, так	как в обмотке в\в2 будет	создана	э. д. с., равная
э. д.	с. обмотки	аха2.

4-9. ТАХОГЕНЕРАТОРЫ

При неизменном магнитном потоке возбуждения э. д. с. тахогенератора пропорциональна скорости вращения ротора, и по­ этому его часто используют в качестве датчика в электрифициро­ ванных измерителях скоростей вращения валов машин и различных механизмов. Наиболее широкое применение тахогенераторы находят в качестве дифференцирующих устройств в системах автоматики и вычислительной техники. При этом они вырабатывают сигналы на выходе, пропорциональные первой производной от входной величи­ ны — угла поворота ротора.

Точность работы тахогенератора зависит от линейности его вы­ ходной характеристики

При работе тахогенератора в его обмотках возникают токи, создаю-

150