Вращающиеся (поворотные) трансформаторы.

На статоре и роторе вращающегося трансформатора (ВТ) размещается по две распределенных обмотки, магнитные оси которых взаимно пер­пендикулярны (рис. 2-14). Ротор ВТ может поворачиваться на некоторый произвольный по отношению к статору угол. Статор обычно закрепляется неподвижно, а ротор механически соединя­ется с подвижной частью ОУ, поворот которого нужно преобра­зовать в электрический сигнал. Так же как и сельсины, ВТ могут быть контактными и бесконтактными.

Принцип действия ВТ основан на изменении коэффициентов взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при повороте ротора. В качестве датчиков угла используются ВТ, у которых за­висимость коэффициентов взаимоиндукции от угла поворота ротора α соответствует закону синуса и косинуса,— синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, (СКВТ), и ВТ, у которых эта зависимость линейная,— линейные вращающиеся трансформаторы (ЛВТ). У СКВТ ширина линейной зоны (с точностью до 1 %) составляет ±14°, а у ЛВТ ±60°.

В зависимости от схемы включения выходным сигналом ВТ может быть амплитуда переменного напряжения или угол сдвига фаз между двумя напряжениями. Соответственно этому режим работы ВТ называется или амплитудным, или режимом фазовращателя.

В амплитудном режиме ВТ на одну из роторных (или статорных) обмоток ВТ подается постоянное по амплитуде напряжение-напряжение возбуждения. При этом возникает пульсирующий маг­нитный поток, ось которого совпадает с осью обмотки, находящей­ся под напряжением возбуждения. Этот поток индуцирует во, вто­ричных обмотках статора (или ротора) ЭДС, пропорциональные синусу или косинусу угла поворота ротора (для СКВТ):

При использовании СКВТ в качестве датчика угла выходное напряжение снимают только с синусной обмотки, так как в этом случае статическая характеристика датчика получается реверсив­ной и линейной (в диапазоне ±14°).

Линейные вращающиеся трансформаторы представляют собой синусные ВТ, обмотки которых включают по специальной схеме, а коэффициент трансформации (отношение ЭДС вторичной обмот­ки к напряжению обмотки возбуждения) равен 0,536. Характерис­тика ЛВТ реверсивная и линейная (в диапазоне ±60°).

В режиме фазовращателя используются СКВТ.

Принципиальная схе­ма включения СКВТ в режиме фазовращателя.

Статорные обмотки включаются в систему двух питающих на­пряжений со сдвигом фаз 90°.

Благодаря этому возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое перемещается в пространстве с угловой частотой ω. При этом в роторных обмотках СКВТ индуцируются ЭДС, имеющие такую же частоту, по сдвинутые по фазе относительно питающего напряжения на угол, который зависит or угла поворота ротора СКВТ φ. Таким обра­зом, в режиме фазовращателя СКВТ является датчиком, преобра­зующим угол поворота в фазовый угол синусоидального напряжения. Такая схема сложнее, но имеет выше помехоустойчивость, чем в ам­плитудном режиме.

При использовании СКВТ в качестве датчика угла выходное напряжение снимают только с синусной обмотки, так как в этом случае статическая характеристика датчика получается реверсив­ной и линейной (в диапазоне ±14°).

Для повышения точности преобра­зования применяются ВТ с электрической редукцией. Принцип электри­ческой редукции заключается в том, что за малый угол поворота ротора амплитуда или фаза выходного напряжения изменяется на один пе­риод, а при повороте ротора на 360° число периодов равно коэффициенту электрической редукции.

Электромагнитные реле.

Электромагнитными называют реле, преобразующие электри­ческий сигнал в перемещение якоря электромагнита, которое вы­зывает замыкание или размыкание контактов. Электромагнитные реле можно рассматривать как один из видов электрических уси­лителей, так как мощность сигнала, необходимого для срабатывания реле, может быть существенно меньше мощности электриче­ской цепи, которой управляют контакты реле. Электромагнитные реле подразделяются на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока могут быть нейтральными и поляризованными. Нейтральные реле работают независимо от направления (поляр­ности) тока в обмотке. Поляризованные реле работают по-раз­ному, в зависимости от направления поступившего на обмотку тока.

Электромагнитное нейтральное реле по конструкции может быть трех видов: с поворотным якорем, с втяжным якорем и с герметизированным магнитоуправляемым контактом (герконом).

В реле с поворотным якорем (рис а) в выключенном со­стоянии якорь 2 находится под действием возвратной пружины 1 и занимает верхнее положение. При этом средний контакт 3, связанный с якорем реле, замкнут с контактом 4 (размыкающий кон­такт). Контакт 5 в этом положении разомкнут (замыкающий кон­такт). Если подать ток в обмотку 6, то возникнет магнитный по­ток Ф, замыкающийся по сердечнику (магнитопроводу) 7, якорю 2 и воздушному зазору б. Магнитный поток намагничивает якорь, при этом возникает электромагнитная сила.

где k— коэффициент пропорциональности; I—ток в обмотке;

w — число витков обмотки; 6 — воздушный зазор между якорем и сердечником.

Под действием электромагнитной силы якорь поворачивается и переключает контакты. Этот этап работы реле называется сра­батыванием. При выключении тока электромагнитная сила исче­зает и под действием возвратной пружины якорь вернется в исход­ное положение. Этот этап работы реле называется отпусканием. Контакты реле закрепляют обычно на плоских пружинах (контактные пружины). Это обеспечивает упругое соударение контактов при срабатывании и необходимое контактное давление.

Реле с герконом:

Имеют самую простую конструк­цию: геркон 1 (или герконы) размещаются внутри катушки 2 (об­мотки) реле. Геркон представляет собой миниатюрную стеклянную трубку 3 (баллон) с впаянными внутри нее двумя контактными пружинами из магнитомягкого ферромагнитного материала (пермаллоя). Контактные пружины одновременно выполняют функции якоря, сердечника (магнитопровода), контактов и возвратной пру­жины. Концы пружин покрывают тонким слоем серебра, золота или родия для обеспечения надежного контакта при соприкосно­вении пружин. Внутри баллона геркона создается либо вакуум, либо это пространство заполняется инертным газом (азот, аргон). При подаче тока в обмотку реле возникает магнитный поток, на­магничивающий контактные пружины геркона. Между ними воз­никает электромагнитная сила Fэ, и контакты замыкаются. Реле с герконом отличаются повышенной надежностью, долговечностью и большими быстродействием, чем реле с поворотным и втяжным якорем, Недостатками этих реле являются небольшая мощность, которой могут управлять контакты геркона, и влияние внешних магнитных полей, способных вызвать ложное срабатывание геркона,

Герконы могут применяться и самостоятельно в концевых выключателях, дискретных датчиках положения, кнопочных и клавишных выключателях, используемых в пультах управления ЦВМ и т. д. Управление замыканием герконов в этом случае осуществляется от небольших постоянных магнитов, закрепляемых на подвижной части конструкции кнопки, выключателя и т, п. При приближении постоянного магнита к геркону на определенное расстояние контактные пружины геркона намагничиваются и, взаимно притягиваясь под действием электромагнитной силы, замыкают укрепляемую электрическую цепь.

Поляризованные реле в отличие от нейтральных реагируют не только на значение, но и на направление (полярность) тока в обмотке. Поляризация реле осуществляется от постоянного магнита 1. Магнитный поток Фм, создаваемый магнитом, проходит по якорю 2 и разделяется на два потока: Ф1 иФ2

Электромагнитные муфты.

Электромеханические муфты служат для передачи движения от одного вала к другому по сигналам управления, т. е. их можно рассматривать как дистанционно управляемые выключатели ме­ханического движения. С помощью электромеханических муфт можно осуществить быстрое соединение или рассоединение и торможение элементов конструкции электропривода или объекта управления. Некоторые виды муфт позволяют плавно регулиро­вать частоту вращения и момент, передаваемый на ведомый вал. Муфты конструируют так, чтобы в случае резкого увеличения на­грузки (Мн > Мвр) происходило проскальзывание между веду­щим и ведомым элементами конструкции муфты. Это защищает двигатель от вынужденной остановки во включенном состоянии (что обычно приводит к аварии двигателя).

Электромеханические муфты широко используются в электро­механических приборах, лентопротяжных механизмах, в станках с ЧПУ, автоматических манипуляторах, цифропечатающих устрой­ствах ЦВМ и т. д.

В зависимости от характера связи между ведущим и ведомым элементами конструкции электромеханические муфты делятся на муфты с механической связью и муфты со связью через магнит­ное поле (индукционные). В муфтах с механической связью вра­щающий момент от ведущего вала к ведомому передаются за счет трения — сухого или вязкого.

Электромеханические муфты сухого трения получили название фрикционных (рис. 4-3). Двигатель привода 1 непрерывно вращает ведущий вал с диском 2. При выключенном состоянии движение на ведомый диск 8 не передается, так как якорь электромагнита 5 за счет возвратной пружины 4 находится в правом положении и между дисками 2 и 3 существует воздушный промежуток—зазор.

При включении муфты ток, протекающий по обмотке электромагнита 6, создает магнитное поле и электромагнитную силу F втягивающую якорь внутрь обмотки. Ведомый диск с валом при­жимается к ведущему диску и начинает вращаться, передавая движение на объект управления 7. Вращающий момент, переда­ваемый такой муфтой, зависит от коэффициента трения между ве­дущим и ведомым дисками.

Фрикционная муфта с сухим трением

Пространство между полумуфтами 1 и 2 заполнено ферромагнитной средой 3, состоя­щей, например, из смеси порошка карбонильного или кремни­стого железа и смазывающего вещества (тальк, графит, масло), улучшающего проскальзывание полумуфт при холостом ходе и уменьшающего истирание ферропорошка.

При подаче тока в обмотку 4 ведущей полумуфты 1 возникаю­щее магнитное поле намагничивает отдельные частички железа, которые слипаются между собой, и вязкость ферромагнитной среды 3 увеличивается. Ведомая полумуфта 2 начинает вращаться, передавая движение и объект управления. По мере увеличения тока в обмотке 4 увеличиваются вязкость ферромагнитной среды (среда «твердеет»), сила вязкого трения и значение момента, пе­редаваемого на ведомый диск и вал. Таким образом, фрикционные муфты с вязким трением являются управляемыми, позволяющими плавно регулировать передаваемый вращающий момент, а следо­вательно, и частоту вращения ведомого вала и ОУ.

Достоинствами фрикционных муфт с вязким трением по сравне­нию с муфтами сухого трения являются большие быстродейст­вие, КПД, срок службы, а также возможность плавного регули­рования передаваемого момента. Недостатками—сложность конструкции, утечка ферромагнитной среды через уплотнение, не­обходимость периодической смены ферромагнитного наполнителя (в среднем через 400—500 ч работы) ввиду постепенного окисле­ния и разрушения зерен ферропорошка.

К муфтам со связью через магнитное поле относятся гистерезисные, индукционные (асинхронные и синхронные) и конденса­торные. Эти муфты обладают высокими надежностью, долговеч­ностью, быстродействием, а также возможностью плавно регули­ровать передаваемый вращающий момент.

Асинхронная муфта

На рис. изображена конструкция асинхронной муфты (муфта скольжения). Ведущий вал 4 вращает индуктор, состоя­щий из магнитопровода 3 и катушки возбуждения 2. К индуктору через щетки 5 и контактные кольца 6 подводится во время работы постоянное напряжение L/в. Возникающий магнитный поток замы­кается через воздушный зазор и якорь 1.

В результате взаимодействия токов, индуцирующихся в якоре при вращении индуктора, и создаваемого его обмоткой 2 магнит­ного потока Ф возникает вращающий момент. Якорь начинает вращаться вслед за индуктором и вращать ведомый вал 7. По принципу действия этой муфты необходимо, чтобы якорь вращался несколько медленнее, чем индуктор, так как в противном случае в якоре не будут индицироваться токи и исчезнет вращающий мо­мент. Разность между частотой вращения индуктора (и связан­ного с ним ведущего вала) и частотой вращения ведомого вала называется скольжением, а муфты такого типа часто называют муфтами скольжения.

Достоинствами рассмотренной асинхронной муфты являются высокие надежность, долговечность (срок службы), а также воз­можность плавно регулировать передаваемый момент за счет из­менения напряжения Uв, подводимого к обмотке возбуждения ин­дуктора. Подобные муфты изготавливаются для передачи мощности от нескольких ватт до тысяч киловатт.