Лабораторно – практическое занятие №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 (рисунок 1) 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.
Рисунок 1– Схема работы сельсинов в индикаторном режиме
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) |
где 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 (рисунок 2) питание подается от сети а обмотку возбуждения сельсина-датчика, обмотки синхронизации сельсинов соединены линиями связи, а с обмотки возбуждения сельсина-приемника снимается выходной сигнал, который после усиления управляет электродвигателем.
Рисунок 2 – Схема работы сельсинов в трансформаторном режиме
В трансформаторном режиме через обмотки синхронизации сельсинов все время протекает ток, который вызывает в СП магнитный поток. В согласованном режиме этот поток не создает ЭДС в обмотке возбуждения, а при рассогласовании величина ЭДС равна:
 | (2) |
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.
Двухканальные устройства
Точность обычных сельсинов, как правило, не превышает десятой доли градуса. Главной причиной погрешности являются неизбежные дефекты изготовления: электрическая и магнитная не симметрия, недостаточная центровка ротора и т.п. Указанные выше точности (десятые доли градуса) во многих случаях не соответствуют требованиям, предъявляемым к соответствующим следящим системам. Для повышения точности используют двухканальные устройства, принцип работы которых состоит в том, что следящие системы применяют две сельсинные пары: пара грубого канала, роторы которых непосредственно соединены с входными и выходными валами и пара точного канала, роторы которой соединены с этими же валами через повышающие редукторы с одинаковым передаточным числом. Нулевые положения грубого и точного каналов делают совпадающими, но показания точного канала могут быть использованы только в пределах малого угла рассогласования, определяемого передаточным отношением редуктора. За пределами этого угла появляется неоднозначность, и по величине ЭДС сельсина - приемника точного канала нельзя судить о действительном рассогласовании валов, подобно тому, как нельзя определить время дня, взглянув только на минутную стрелку часов. Поэтому грубый канал работает в системе только при больших углах рассогласования. При достижении малых углов рассогласования система с помощью соответствующих релейных устройств (поляризованные реле и др.) автоматически переводится на точный канал. При возрастании рассогласования осуществляется обратное переключение.
Сельсинный указатель уровня
Реле поплавкового типа РП-1966-1 с сельсинным датчиком и сельсинным указателем СУ-66 выполнено в литых алюминиевых корпусах и применяется для контроля уровня воды в водосборниках. Поплавок и груз рекомендуется устанавливать в вертикальных трубах. Установка срабатывания контактной группы (синхропереключателя) или сигнализации предельного уровня регулируется путем перемещения упора на тросике с поплавком. При установке реле с реверсивным датчиком необходимо согласовать положение поплавка с положением стрелки на шкале вторичного прибора (сельсина - указателя СУ-66). В этом случае поплавок устанавливается на нулевую или максимальную отметку контактируемого уровня. Подав напряжение на сельсины, устанавливают стрелку вторичного прибора на начальном или предельном делении шкал, после чего надевают тросик на ролик. Сельсин - датчик и сельсин - приемник получают питание от одного источника переменного тока и работают в индикаторном режиме.
Сельсинная пара рассматривается как безинерционное устройство.
Контрольные вопросы:
1. Как устроены контактные и бесконтактные сельсины?
2. В каких режимах могут работать сельсины?
3. Каковы теоретические зависимости момента и выходного напряжения сельсинов- приемников от угла рассогласования?
4. Почему при работе сельсинов в трансформаторном режиме первоначальный угол рассогласования устанавливается равным 0 или 180°?
5. Чем отличается трансформаторный режим от индикаторного?
6. Каким звеном является сельсинная пара в динамическом исполнении? Что является входом и выходом звена? Какова его передаточная функция?
7. Приведите примеры применения сельсинов в с.х. производстве или других областях техники.
9. Может ли система иметь несколько сельсинов-приемников?