В индикаторном режиме работы сельсинов реализуется дистанционная передача угла α⟶β от сельсина-датчика ВС сельсину-приемнику ВЕ (рис. 9.10а).
| Рис. 9.10. Функциональная схема системы СС сельсинов, работающих в индикаторном режиме (а) и входы-выходы системы (б) |
Статорная однофазная обмотка сельсина-приемника ВЕ, как и аналогичная обмотка сельсина-датчика ВС, подключена под переменное напряжение UB, а положение ротора сельсина ВЕ не фиксируется. Он может свободно вращаться на своей оси.
При одинаковом положении роторов сельсинов ВС и ВЕ по отношению к статорным обмоткам возбуждения (β=α) ЭДС индукции (9.1) в соответствующих фазовых обмотках равны между собой и противоположны по направлению. Следовательно, результирующие ЭДС в каждой паре соединенных между собой фазовых обмоток равны нулю, и ток в цепях роторов отсутствует. Равенство фазовых ЭДС будет нарушено, если β≠α. В цепи роторов возникнут токи. Взаимодействуя с магнитными потоками обмоток статоров, они создадут вращающие моменты. Поэтому, если ротор сельсина-датчика после поворота на заданный угол α остановить, то ротор сельсина-приемника под действием вращающего момента будет вращаться до тех пор, пока не встанет в положение β=α . При непрерывном вращении ротора сельсина-датчика с определенной скоростью ротор сельсина-приемника будет вращаться с той же скоростью и «следить» за ротором сельсина-датчика. Вращающий момент обеспечивает синхронность движения роторов, поэтому его называют синхронизирующим моментом. При малых углах рассогласования положений роторов величина синхронизирующего момента определяется формулой
Мсинх=Мmsin(β-α) ,
где Мm - момент, действующий на ротор при рассогласовании β-α = π/2.
На роторы сельсинов действуют синхронизирующие моменты противоположных направлений. Для сельсина-датчика Мсинх будет тормозным моментом, для сельсина-приемника – движущим. Положение роторов, при котором рассогласование β-α=π и момент Мсинх=0, является неустойчивым.
Под действием синхронизирующего момента устраняется рассогласование положений роторов (β→α) с некоторой погрешностью, на которую влияют скорость вращения, моменты трения в подшипниках и контактных кольцах, неточность балансировки роторов и другие факторы. Эту погрешность обычно определяют экспериментально. Для сельсинов первого и второго классов точности она не превышает 1,5О.
Для передачи углов поворота на расстояние применяют контактные сельсины-датчики типов НД, СТСМ и бесконтактные сельсины-датчики типов БД, СБМ. С датчиками типа НД используются сельсины-приемники типов БС и НС, с датчиками типа БД – бесконтактные сельсины-приемники типа БС. Максимальная статическая погрешность не превышает: ±0,75о для сельсинов I класса точности, ±1,5о для II класса точности, ±2,5о для III класса точности.
Система с дифференциальным сельсином
Дифференциальный сельсин имеет шесть обмоток. Три статорные обмотки, так же как и три роторные обмотки соединены в звезду. Магнитные оси, соединенных в звезду обмоток, сдвинуты относительно друг друга на угол 2π/3.
Дифференциальный сельсин В3 включают между двумя обычными сельсинами В1 и В2(рис. 9.11а). Он обеспечивает возможность введения дополнительного входного сигнала и получение информации об алгебраической сумме углов поворота роторов сельсинов.
| Рис. 9.11. Сельсинная система СС с дифференциальным сельсином (а) и ее входы-выходы в трансформаторном (б) и индикаторном (в) режимах работы |
В трансформаторном режиме выходной сигнал u, снимаемый с однофазной обмотки сельсина В2, по аналогии с (9.5) определяется выражением
eвых=Emcos(β-α-γ)sinωt ,
где α, β, γ - углы поворота роторов относительно статоров у сельсинов В1, В2, В3 соответственно (рис. 9.11б). Функция дифференциального сельсина отличается от функции обычного сельсина тем, что дифференциальный сельсин является не только сельсином-датчиком (В3), но и осуществляет передачу сигнала к сельсину приемнику (В2) от другого сельсина-датчика (В1).
В индикаторном режиме на однофазные обмотки сельсинов В1 и В2 подается переменное напряжение UB (в этом случае u=UВна рис. 9.11а). Входными сигналами сельсинной системы (рис. 9.11в) являются углы α и β. Выходной сигнал γ=α + β – угол поворота ротора дифференциального сельсина (В3) равен алгебраической сумме углов поворота роторов сельсинов В1 и В2.
Для алгебраического суммирования угловых перемещений применяют дифференциальные сельсины типов ДИД, НЭД.
Вращающиеся трансформаторы
Элементы конструкции
Вращающийся трансформатор (индукционный электромашинный датчик) – небольшая электрическая машина, аналогичная по конструкции асинхронной машине с фазным ротором с равномерным воздушным зазором. В пазы статора и ротора уложены по две попарно одинаковые обмотки. Магнитные оси статорных обмоток С1-С2 и С3-С4 взаимно перпендикулярны и роторных обмоток Р1-Р2 и Р3-Р4 также взаимно перпендикулярны (рис. 9.12а).
| Рис. 9.12. Функциональная схема (а), входы и выходы синусно-косинусного (б) и линейного (в) вращающихся трансформаторов |
Концы роторных обмоток соединены с внешней электрической цепью через контактные кольца и щетки, либо с помощью гибких проводников, если угол поворота ротора ограничен.
Обмотку С1-С2 статора называют обмоткой возбуждения. На нее подают переменное напряжение UВ . Обмотку С3-С4 называют квадратурной или компенсационной обмоткой. Обмотки ротора: Р1-Р2 – синусная, Р3-Р4 – косинусная.
9.4.2. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор
Синусно-косинусный вращающийся трансформатор(СКВТ) работает следующим образом. На обмотку возбуждения С1-С2 вращающегося трансформатора подают переменное напряжение UВ (рис. 9.12а).В таком случае обмотки ротора будут пронизываться пульсирующим магнитным потоком, созданным обмоткой возбуждения. В обмотках ротора будут индуцироваться трансформаторные ЭДС
ES=kUВ sinα , EC=kUВ cosα ,
где α - угол поворота ротора относительно положения, при котором оси обмоток С1-С2 и Р3-Р4 совпадают; k - коэффициент трансформации (UВ →ES, UВ →EС - см. рис. 9.12б). Таким образом вращающийся трансформатор осуществляет преобразование угла поворота α в ЭДС ES, EС, которые изменяются соответственно по закону синуса и по закону косинуса в зависимости от угла α.
Если к синусной обмотке (или к косинусной обмотке) подключается какое-либо устройство с небольшим входным сопротивлением, то возникает искажение синусоидальной (косинусоидальной) зависимости ЕS от α (ЕС от α). Искажение идеальной зависимости обусловлено реакцией якоря, вызывающей появление поперечного магнитного потока. Он наводит дополнительные ЭДС на выходе СКВТ. Для подавления поперечного магнитного потока применяют специальные меры симметрирования вращающегося трансформатора. При первичном симметрировании квадратурную обмотку замыкают через сопротивление определенной величины. При вторичном симметрировании через сопротивление замыкают роторную обмотку, с которой не снимается выходной сигнал.
