книги / Основы автоматики
..pdf
Рис.3 .I I . Условное обозначение сельсинов на электрических охеиах
Фотографик некоторых типов сельсинов показаны на рис.3.9 и 3.10. В некоторых типах сельсинов трехфазная обыотка раз мещена в павах ротора, а однофазная - в пазах статора.
Пример изображения сельоинов на электричеоких о»мах при веден на ри о .З .П .
I . Трансформаторный режим работы сельоинов
Трансформаторный режим работы сельсинов применяется при их использовании в качеотве датчиков угла рассогласования сле дящих оистем (рио.3.12).
Для определенности будем считать, что однофазная обмотка оельсина уложена в пазах ротора, а трехфазная - в пазах ста тора.
К обмотке возбуждения сельоина-датчика (СД) от оети подво
дится переменное напряжение 1Г |
> |
создающее |
магнитный |
поток Фрд |
|||||||
Переменный магнитный поток |
Фрд |
|
наводит |
в |
обмотках статора |
||||||
э .д .о . |
Под влиянием э .д .с ., |
наведенных в |
обмотках |
статора сель |
|||||||
сина-датчика, по его обмоткам потекут токи. Токи в обмотках |
|||||||||||
статора |
ооздадут магнитный поток |
Фгд |
, |
который в |
соответствии |
||||||
с правилом Ленца будет направлен |
против |
потока |
Фр^ . Если иы |
||||||||
повернем ротор сельсина-датчика на какой-то |
угол |
>}г |
, то на |
||||||||
этот же угол повернетоя |
магнитный поток_ ротора |
Фрд |
. На тот |
||||||||
же угол |
повернется |
и поток |
статора |
$сд |
, который противо |
||||||
действует потоку ротора.
Сельсин -датчик
ft j0
Рис.3.12. Траноформаторная схема включения сельоинов
По обмоткам статора сельсина-приемника (СП) протекают те же токи, что и по обмоткам статора сельсина-датчика. Поэтом; они создадут магнитный поток, который ориентирован по отноше нию к статору сельсина-приемника так же, как магнитный поток
$сд по отношению к статору сельсина-датчика.
При повороте ротора сельсина-датчика на какой-то_угол О на тот же угол поворачиваются магнитные потоки Фсд и Фсл .
Переменное магнитное поле, созданное токами, протекающими по обмоткам статора сельсина-приемника, наведет э .д .с . в обмот ке ротора сельоина-приемника.
Боли магнитная ось обмотки ротора оельсина-приемника сов падет по направлению с магнитным потоком Фсл , то в обмотке ротора наводится максимальная э .д .о ., если перпендикулярна, то в обмотке ротора э .д .с . не наводится.
Очевидно, |
что напряжение на обмотке ротора сельсина прием |
|
ника являетоя |
функцией от разности углов i? = |
. Можно |
показать, что |
|
|
|
ииэ^ Umsin0 |
(3.9) |
График зависимости I/ = f ( |
показан на рис.3.13. |
При изменении знака угла рассогласования 9 фаза напряжений на обмотке ротора сельонна-приеиника по отношению к напряжений сети нвменяетоя на 180°. Изменение на 180°фа8Ы напряжения, изо** бражаеиого на графике,условно
обозначается изменением знаке этого напряжения.
При малых углах рассо гласования si.ntf=i? По-' этому при малых углах г/
Рис.ЗЛЗ.Статичеокая характериотика оельсинного датчика угла раоооглаоования
< i, * к , * |
<з л 0 > |
Боли в формуле (ЗЛО) вы ходное напряжение Vt выражать в вольтах, угол рао ооглаоования 9 - в градуоах* то
,/р р ая |
(3 -п ) |
Для сельоинов, выпускаемых отечественной промышленностью, |
|
значение крутизны выходного напряжения кцэ лежит в |
диапазоне |
(0,5 - 2) в/град.
Итак, при малых углах раоооглаоования напряжение на одно фазной обмотке СП пропорционально углу раоооглаоования 9 .
Включение оельоинного датчика угла рассогласования в сле дующей системе показано на рис.1 .11 .
Ротор сельоина-датчика жеотко соединен о командной осью оледяцей системы КО, ротор сельоина-приемника через редуктор жеотко овязан о исполнительной ооью оледяцей системы. Напряже ние о выхода СП, пропорциональное углу рассогласования 9 , по дается на вход усилители. Из схемы оледяцей сиотены видно,что сельоинный датчик угла рассогласования одновременно играет роль измерительного элемента и элемента сравнения.
Если согласовать сельсин-датчик и сельсин-приемник и затем поворачивать их на одинаковые углы, то на выходе сельсинаприемника может появиться напряжение с частотой напряжения пи тания. Дополнительный угол поворота ротора сельоина-приемни ка или сельсина-датчика, на который кх нужно повернуть для
ликвидации напряжения на выходе оельснна-приенннка «называется отатичеокой ошибкой оельоннов.По величине статической и—й и оельоинв разделяютоя на три клаооа точнооти.Beличина отатичеокой
ошибки для оельоннов I клаооа не превооходят |
0,2!?,П клаооа - |
0 ,5 °, Шклаооа - 0,75°. |
|
Наличие отатичеокой ошибки обусловлено в |
основном неоину- |
ооидальныы законои распределения индукции в воздушном зазоре, неравномерностью воздушного зазора и неоимыетричноотью трех фазной обмотки.
Еоли роторы оельоина-датчика и сельоина-приеияика вращать о одинаковой постоянной скороотью, то появляется окороотная
ошибка. Скороотная |
ошибка обуслов |
|
|
|
|
|
||||
лена появлением на выходе СП напря |
|
|
|
|
|
|||||
жения, пропорционального скорооти |
|
/ |
к |
|
uv |
|||||
вращения оельоннов, |
с |
частотой |
на |
|
|
|||||
|
*иэ |
|
||||||||
пряжения питания. Для сельоинов о |
|
|
|
|
|
|||||
чаототой напряжения питания 50 гц |
|
|
|
|
|
|||||
окороотная ошибка при скорости вра |
Рис.3 .1 4 .Изображение дат |
|||||||||
щения 300 об/мин доотигает 1 - 2 ° , |
чика угла |
рассогласования |
||||||||
для оельоннов о чаототой напряжения |
|
на структурных схемах |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
питания 500 гц |
при |
окорооти |
вращения |
300 об/мин |
- |
0,06°. |
||||
Сельоннный датчик угла рассогласования как динамическое |
||||||||||
звено является идеальным безынерционным звеном о козффициен- |
||||||||||
том передачи |
кЦ9 (рио.3.14). |
|
|
|
|
|
|
|||
Для увеличения точности сельсинного датчика угла рассогла |
||||||||||
сования используются двухотсчетнне передачи (рис.3 .15). |
|
|||||||||
Сельсин-датчик |
точного отсчета |
СДГ и селъоин-датчик грубо |
||||||||
го отсчета |
СДг |
овязаны механической передачей о передаточным |
||||||||
числом i . Сельоин-приемник точного |
отсчета СПТ и оельонн-прнем- |
|||||||||
ник грубого |
оточета |
СПГ также |
связаны между собой механиче |
|||||||
ской передачей |
о таким же передаточным чиолом L . |
Если команд |
||||||||
ная ось и исполнительная ось повернутся |
на угол |
Ф, |
и |
со |
||||||
ответственно, то углы поворота роторов |
СДт и СПТ будут равны |
|||||||||
соответственно |
i ^ |
и |
i ft, . |
|
|
|
|
|
|
|
Грубый и точный Каналы двухоточетной передачи можно срав нить с часовой и минутной стрелками часов. Часовая отрелка указывает время приближенно, минутная - уточняет показание чаоовой стрелки. Только по минутной отрелке нельзя определить время.
При малых углах рассогласования на уоилитель оледящей онотеыы поступает оигнал о СЛТ , при больших - о СПр. Подклю-
Рис.3.15. Двухотсчетный датчик угла рассогласования
чение и отключение к усилителю напряжений с СПГ и СПГ осуще ствляются синхронизаторои. к
Пуоть ошибка сельсинных пар равна &д . При палых углах рассогласования работает канал точного отсчета. Его ошибка от
носительно всех оельоинов точного канала раина АО*.Ошибка систе мы, приведенная к осям оельоинов грубого канала,о которыми овя8аиы командная и исполнительная оои, в L раз меньше:
А » = 4 ^ * |
(3.12) |
Таким образом, применение двухотсчетной системы передачи позволяет в L раз увеличить точность системы по сравнению с точностью одноочетной системы передачи.
Достоинствами оельсинного датчика угла рассогласования являютоя высокая надежность в тяжелых уоловиях эксплуатации, и неограниченный диапазон рабочих углов (ыяогообходность).
Н едостатки сельсинного датчика у гл а р ассо гл асо в ан и я: вес
и габариты |
больше, чей у емкостных и |
потенциометрических |
датчи |
|||||
к о в ; напряжение |
на |
выходе |
СП Uu3 |
по фаэе не |
совпадает |
с |
на |
|
пряжением |
сети |
ис . |
Фазовый |
сдвиг у |
зависит от |
соотношения |
меж |
|
ду активными и реактивными сопротивлениями в цепи однофазных и
трехфазных обмоток. |
Квадратурная |
составляющая |
1^ |
= |
|
||
при использовании |
в |
качестве |
исполнительного |
элем ента |
си сте |
||
мы автом атического |
управления |
(САУ) двухфазного |
асинхронного |
||||
дви гателя не со зд ает |
вращающего |
момента. Поэтому |
она |
лишь з а |
|||
гружает уоилительный |
тракт САУ. |
|
|
|
|
||
2 . Индикаторный режим работы сельсинов
Индикаторный режим работы сельсинов используется для ди станционной синхронной передачи угла и вращения одного в ал а другом у.
Э лектрическая схема соединения обмоток сельсинов в инди каторном режиме изображена на р и с .3 .1 6 .
Р и с .3 .1 6 . Схема соединения обмоток |
сельсинов |
в |
индикаторном |
||
режиме |
|
|
|
|
|
При равенстве углов поворота ротора |
сельси н а-датчи ка |
и |
|||
угла поворота $г сельсина-приемника |
(при |
0, |
= |
й, ) з . д . |
с . , |
которые наводятся в обмотках синхронизации сельсина-датчика
и сельсина-приемника равны по величине и противоположны по направлению. По обмоткам синхронизации токов не протекает,вра щающие моменты, действующие на роторы СД и СП,равны нулю.
|
При наличии угла |
рассогласования |
й t 0 ( & = |
- |
э.Д.о. |
|||
наводимые в |
обмотках синхронизации, будут различны по величине, |
|||||||
|
|
|
|
и по обмоткам синхрони |
||||
|
|
|
|
зации потекут |
уравни |
|||
|
|
|
|
тельные |
токи. Уравни |
|||
|
|
|
|
тельные |
токи воздадут |
|||
|
|
|
|
магнитные потоки отатора, |
||||
|
|
|
|
не совпадающие по |
направ |
|||
|
|
|
|
лению с |
магнитными пото |
|||
|
|
|
|
ками роторов. Магнитные |
||||
|
|
|
|
потоки ротора |
и отатора |
|||
Рис.3 .17 . Зависимость синхронизирую |
сельонна-датчика и оель- |
|||||||
оина-приемника, взаимо |
||||||||
щего момента от угла рассогласования: |
действуя, ооздают |
син |
||||||
I - |
для оельоинов с явно выраженными |
|||||||
хронизирующий момент, |
||||||||
полюсами; 2 - для оельоинов о неявно |
||||||||
|
выраженными поливами |
отремящнйоя устранить |
||||||
|
|
|
|
|||||
угол |
рассогласования |
. Завиоимооть |
синхронизирующего момента |
|||||
Мс от угла |
раоооглаооваяия показана на рио.3.17. |
|
|
|||||
|
При малых углах рассогласования |
|
|
|
|
|||
|
|
|
МС= М д ^ |
|
|
(3.13) |
||
|
4/1 |
dM, |
|
|
|
|
||
|
- удельный |
синхронизирующий момент. |
||||||
р , в |
* V |
7 "? |
||||||
|
|
|
|
|
||||
При повороте ротора сельсина-датчика под влиянием возникаю щего моменте будет поворачиваться и ротор сельсина-приемника.
Выражение для статической ошибки сельоинной оамооинхрониэирующей передачи имеет вид
|
* т - |
% |
^ |
(3-В |
где Мч - |
момент нагрузки |
на |
роторе СП; |
|
afr “ |
составляющая ошибки, обусловленная в основном не |
|||
|
симметричностью обмоток оинхрониэации, |
неравномерно' |
||
|
стью воздушного |
зазора и неточностью баланоировки |
||
ротора.
Воли оельоин-приемник должен поворачивать вал о малым мо ментом нагрузки (например, отрелку какого-то указателя), то
в эавиоимооти от нлаооа используемых оельоинов опибка сельсинной передачи угла лежит в диапазоне от 0,5 до 5°.
При вращении ротора сельоина-датчива о постоянной скоростью с такой же скоростью будет вращатьоя и ротор сельсина-приемни ка. Чем больно окорооть вращения ротора сельсина-приемника, тем меньве удельный синхронизирующий момент, тем больше опиб ка оельоинной передачи.
Для уопокоения колебаний ротора сельоина-приемника на нем устанавливают электрический или механический, демпфер. Электри ческий демпфер представляет ообой короткозамкнутую обмотку, уложенную в роторе, магнитная ось которой перпендикулярна маг нитной оои обмотки возбуждения. При колебаниях ротора в корот козамкнутой обмотке наводитоя ток от пересечения магнитного
Рис.3.18. Схема включения конденсатора для уменьшения реактив ного момента на сельсине-датчике
потока статора. В результате взаимодействия нагнитвого поля этого тока о магнитным полем статора создается тормозной мо мент, способствующий успокоению колебаний ротора сельсинаприемника.
При наличии угла рассогласования if синхронизирующий момент действует как на ротор сельсина-приемника, так и на ротор сель сина-датчика. Синхронизирующий момент, действующий на ротор сельсина-датчика, являетоя вредным моментом, так как его необ ходимо преодолевать датчику. Этот вредный момент можно умень
шить |
до |
н у л я, если |
удастся добиться сдви га |
ф а з, |
равного |
9 0 ° , |
|||
между |
током |
обмотки |
возбуждения сел ьси н а -д атч и ка |
и |
уравнитель |
||||
ными токам и, |
протекающими по обмотке синхронизации. Можно по |
||||||||
к а з а т ь , |
что |
для это го необходимо сдвинуть |
по фазе напряжение |
||||||
на обмотке возбуждения |
сельсина-прием ника |
по отношению к на |
|||||||
пряжению на |
обмотке |
возбуждения о ельси н а-датчи ка |
на |
угол |
<f = |
||||
= a rc tg |
-ф |
, где-Х^ и |
R - индуктивное и |
активное |
сопротив |
||||
ления цепи обмотки синхронизации. Такой сдвиг по ф азе может быть получен включением в цепь обмотки возбуждения конденса то р а ( р и с .3 .1 8 ) .
|
Отметим, |
что еоли сельсины соединены по схеме |
р и с .3 |
.1 8 ,т о |
||
по |
обмоткам |
синхронизации протекают уравнительные |
токи |
|
и |
при |
согласовании |
сельси н а-д атч и ка и сельсина-прием ника |
(и |
при |
O' = |
||
= |
0 ) . Но при |
согласованном положении сельси н а-датчи ка |
и |
сел ь |
||
сина-приемника синхронизирующий |
момент |
равен |
нулю, |
так |
как |
|||||||||
при этом |
поле |
стато р а совпадает |
по направлению |
с |
полем |
обмоток |
||||||||
возбуждения |
р о то р а . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
3 . Дифференциальные |
сельоины |
|
|
|
|
|
|||||
В некоторых автом атических |
систем ах |
т р е б у е т с я , |
чтобы |
угол |
||||||||||
поворота |
к ак о го -то |
в ал а |
равнялся сумме углов поворота несколь |
|||||||||||
ких в а л о в . Для |
решения |
этой задачи |
могут |
исп ользоваться |
диф |
|||||||||
ференциальные |
сельсины . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В роторе и стато р е дифференциального сельсина уложено по |
||||||||||||||
три обмотки, |
магнитные |
оси которых |
одвинуты на |
1 2 0 ° . По внеш |
||||||||||
нему виду дифференциальные сельсины отличаются |
от |
обычных |
сел ь |
|||||||||||
синов лишь тем , что на |
клеммную |
колодку |
выведено |
не |
п я т ь , |
а |
||||||||
ш есть концов |
обмоток. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Э лектрическая схема |
включения |
дифференциального |
сельсина |
|||||||||||
при работе сельсинов в |
трансформаторном |
режиме |
показана |
на |
||||||||||
р и с .3 .1 9 . |
При |
повороте |
на |
уго л |
ft |
ротора |
сел ьси н а -д атч и к а |
на |
||||||
такой же |
угол |
повернется |
и магнитный поток стато р а |
дифферен |
||||||||||
циального |
сельсина |
Фс^ |
|
по отношению к статору дифференциаль |
||||||||||
ного сел ьси н а . |
Вели |
угол |
поворота |
ротора |
дифференциального |
|||||||||
с е л ь с и н а ^ |
ft3 = 0 , |
то |
магнитный поток статора |
сельсина-при ем - |
||||||||||
За нулевое положение ротора дифференциального оельсина принимается полож ение, при котором магнитные оси обмоток рото ра совпадают с магнитными осями обмоток с т ат о р а .