4. СЕЛЬСИНЫ

Конструкция и принцип действия. По конструкции сельсины делятся на контактные и бесконтактные.

Контактные сельсины аналогичны машинам переменного тока. Функции первичной цепи сельсина выполняет однофазная обмотка возбуждения, которая может располагаться как на статоре, так и на роторе. Если обмотка возбуждения находится на статоре (рис. XVI.26, а), который в этом случае выполняется с явно выраженными полюсами, то на роторе укладываются обмотки вторичной цепи, состоящей из трех распределенных обмоток, соединенных звездой. Магнитные оси этих обмоток сдвинуты одна относительно другой на угол 120°. Концы трехфазной обмотки вторичной цепи выводятся на коллектор, состоящий из трех токосъемных колец и щеток.

Обмотка возбуждения может располагаться на роторе с двумя явно выраженными полюсами (рис. XVI.26, б). При этом вторичная

Рис. XVI.26. Конструкция контактных сельсинов: а — обмотка возбуждения на статоре; б — обмотка возбуждения на роторе

трехфазная распределенная обмотка укладывается в пазы статора. Сельсины с подобным расположением обмоток имеют коллекторы, состоящие из двух контактных колец и щеток, служащих для подвода питания к однофазной обмотке возбуждения.

У сельсинов, выполненных по первому варианту, т. е. с явно выраженными полюсами на статоре, габариты и вес ротора больше, чем у сельсинов, выполненных по второму варианту. Большие размеры ротора являются недостатком конструкции. Кроме того, вследствие значительного числа контактных колец и щеток сельсины, выполненные по первому варианту, характеризуются увеличенным значением момента трения и, следовательно, величина устанавливающего момента для них должна быть большей, что также является недостатком. К достоинствам сельсинов, выполненных по первому варианту, можно отнести удобство балансировки ротора. На практике сельсины, имеющие статор с явно выраженными полюсами, применяются в мощных дистанционных передачах, а сельсины с явнополюсным ротором — главным образом в маломощных индикаторных передачах.

В индикаторных синхронных передачах различают сельсин-датчик и сельсин-приемник. На валу сельсина-приемника в некоторых случаях устанавливают успокоители, предназначенные для демпфирования возможных колебаний в процессе работы индикаторной системы. Успокоители могут иметь различное конструктивное оформление [16].

Сельсины, применяемые в следящих системах для измерения угла рассогласования, в конструктивном отношении не имеют принципиальных отличий от сельсинов-датчиков или сельсинов-приемников. Сельсины, работающие в трансформаторном режиме и предназначенные для измерения угла рассогласования, имеют первичную однофазную и вторичную трехфазную обмотки с неявно выраженными полюсами. Первичная однофазная обмотка обычно является выходной и подключается ко входу усилителя.

Для алгебраического суммирования угловых величин часто применяют также дифференциальные сельсины, которые имеют и статор и ротор с неявно выраженными полюсами. На статоре и роторе располагаются трехфазные обмотки, соединенные звездой. В остальном конструкция дифференциальных сельсинов аналогична описанным выше.

Принцип действия контактных сельсинов заключается в следующем. Если подключить однофазную обмотку возбуждения сельсина к источнику питания переменного тока, то возникает пульсирующий (с частотой источника питания) магнитный поток, который пронизывает обмотки вторичной цегги. Величина э. д. с., наведенной в той или иной обмотке вторичной цепи, зависит от углового положения этой обмотки относительно магнитной оси обмотки возбуждения. Когда направление оси совпадает с направлением потока возбуждения, в обмотке наводится максимальная э. д. с. Если же ось располагается перпендикулярно направлению действия потока,

то э. д. с. равна нулю. При полном обороте ротора сельсина в каждой обмотке вторичной цепи совершается полный цикл изменения величины э. д. с., соответствующий периоду. Обычно форма полюсов сельсина такова, что э. д. с. во вторичных обмотках пропорциональна косинусу угла между магнитными осями обмоток вторичной цепи и обмотки возбуждения. Магнитные оси обмоток вторичной цепи сдвинуты одна относительно другой на 120°, поэтому изменения

э. д. с. в обмотках при вращении ротора происходят со сдвигом в 120° и 240°, т. е. величины э. д. с. в обмотках пропорциональны .

На рис. XVI.27 показана электрическая схема соединений сельсина-датчика с сельсином-приемником, образующих дистанционную индикаторную систему передачи показанйй. В обмотках датчика и приемника пульсирующие магнитные потоки возбуждения наводят э. д. с., величина которых зависит от расположения той или иной обмотки относительно обмотки возбуждения.

Рис. XVI.27. Индикаторная самосинхронизирующая синхронная передача

При одинаковом расположении роторов приемника и датчика относительно своих потоков возбуждения ток в соответствующих фазах будет равен нулю.

При наличии угла рассогласования, т. е. в том случае, когда ротор датчика повернут на угол относительно обмотки возбуждения, а ротор приемника — на угол с. в обмотках вторичной цепи датчика и приемника различны по величине, что вызывает появление фазовых токов. Возникающий при этом на сельсине-приемнике синхронизирующий момент стремится повернуть ротор приемника в положение, при котором угол рассогласования равен нулю.

Принцип действия сельсинов можно объяснить вводя в рассмотрение магнитный поток вторичной цепи приемника.

Если обмотку возбуждения приемника отключить от источника питания и положить то токи в фазах индикаторной системы будут определяться только э. д. с. обмоток датчика.

В соответствии со схемой (рис. XVI.27) и принципом действия контактных сельсинов ток в первой фазе будет пропорционален во второй фазе , в третьей фазе .

Фазовые токи, протекая по обмоткам вызовут появление потоков в каждой из обмоток и образование результирующего потока, который при повороте ротора датчика на некоторый угол по часовой стрелке поворачивается на тот же угол, но в противоположную сторону. Это легко установить, определяя

вектор результирующего потока во вторичной цепи приемника по уравнению:

из которого видно, что результирующий поток вторичной цепи приемника поворачивается на угол при повороте ротора датчика на угол

Если теперь обмотку возбуждения приемника подключить к источнику питания то пульсирующий магнитный поток возбуждения, взаимодействуя с потоком вторичной цепи, образует вращающий момент, который стремится повернуть ротор приемг ника в положение, при котором оба потока будут совпадать по направлению.

Таким образом, назначение сельсина-датчика состоит в том, чтобы преобразовать угловое положение своей оси в группу напряжений, совпадающих по фазе или находящихся в противофазе с напряжением возбуждения, и по величине определяемых угловым положением ротора. В задачу сельсина-приемника входит обратная функция, т. е. превращение этих напряжений в угловое положение своего ротора, такое же, как и у ротора датчика.

Дифференциальный сельсин. При использовании дифференциального сельсина в качестве приемника (рис. XVI.28,а) можно осуществить управление из двух пунктов. Принцип работы такой схемы заключается в следующем. Предположим, что ротор датчика совершил поворот по часовой стрелке на угол Тогда результирующий магнитный поток статора дифференциального сельсина соединенного электрически с обмотками вторичной цепи датчика повернется на тот же угол но против часовой стрелки, и займет положение Поворачивая ротор датчика на угол по часовой стрелке, устанавливаем, что результирующий магнитный поток Ф ротора дифференциального сельсина, соединенного электрически с обмотками вторичной цепи датчика повернется против часовой стрелки на тот же угол Так как магнитные потоки Ф и дифференциального сельсина направлены под некоторым углом то возникает вращающий (синхронизирующий) момент, который и поворачивает ротор дифференциального сельсина на угол, при котором магнитные потоки совпадут по направлению. Очевидно, что этот угол равен разности . Если ротор датчика повернут на против часовой стрелки, то ротор дифференциального сельсина поворачивается на угол, равный сумме Следовательно, основным назначением дифференциального сельсина-приемника является преобразование серии переменных напряжений со стороны обычных сельсинов-датчиков в угловое положение своего ротора, равное алгебраической сумме перемещений валов этих датчиков.

Дифференциальный сельсин также может выполнять функции датчика (рис. XVI. 28, б). При повороте ротора датчика на угол по часовой стрелке результирующий магнитный поток статора дифференциального сельсина поворачивается на тот же угол в противоположную сторону. Если ротор дифференциального сельсина занимает такое положение, при котором магнитные оси его обмоток параллельны соответствующим магнитным осям обмоток статора, то э. д. с., наведенные в обмотках будут такими же, как в обмотках датчика, потому что поток статора дифференциального сельсина занимает относительно обмоток ротора такое же положение, как поток статора датчика относительно обмоток ротора.

Рис. XVI.28. Схемы управления с дифференциальными сельсинами: а — дифференциальный сельсин в качестве приемника; б — то же, в качестве датчика

При повороте ротора дифференциального сельсину на угол по часовой стрелке, изменится относительное расположение потока и обмоток которое в этом случае будет характеризоваться величиной

Аналогичное относительное расположение потока и обмоток ротора дифференциального сельсина можно было бы получить, не поворачивая ротор а дополнительно повернув ротор датчика на угол в направлении стрелки часов. Величина э. д. с. в обмотках и Р при этом будет характеризоваться алгебраической суммой фактических угловых положений ротора датчика и ротора дифференциального сельсина

Таким образом, функция дифференциального сельсина-датчика отличается от функции простого сельсина-датчика тем, что он

превращает в напряжение не только положение своего ротора, но и угловое положение ротора простого датчика, связанного с ним электрически и находящегося в отдалении.

Основным недостатком контактных сельсинов является наличие контактных колец и щеток, которые увеличивают момент трения и вследствие этого уменьшают точность передачи показаний. Кроме того, контактные кольца и щетки не могут обеспечить вполне надежную эксплуатацию сельсинов, так как в процессе работы они могут обгорать. Это приводит к нарушению контакта и может явиться причиной аварий.

Бесконтактные сельсины, конструкция и теория работы которых разработаны советскими учеными, свободны от этих недостатков.

На статоре бесконтактного сельсина (рис. XVI.29) размещены неподвижные обмотки возбуждения 1 и обмотки 2 вторичной трехфазной цепи. Магнитные оси этих обмоток взаимно перпендикулярны. Следовательно, обмотка возбуждения, магнитная ось которой направлена вдоль оси ротора 3 сельсина, не влияет на обмотки вторичной цепи. Для связи между обмотками первичной и вторичной цепей используется подвижная часть сельсина — ротор, который не имеет обмоток и состоит из двух частей специальной формы, собранных из металлических пластин и разделенных прокладкой 4 из немагнитного материала. Особенностью такой конструкции является то, что магнитный поток сельсина, направленный параллельно магнитной оси обмотки возбуждения (оси ротора), переходит в плоскость, перпендикулярную к оси ротора и параллельную магнитным осям обмоток вторичной цепи. В результате этого и осуществляется связь между обмотками первичной и вторичной цепей. При вращении ротора вращается и магнитный поток, что создает условия для наведения э. д. с. в обмотках вторичной цепи, по величине зависящих от углового положения ротора.

Рис. XVI.29. Бесконтактный сельсин