Сельсины.

В системах автоматического регулирования довольно часто приходится измерять угловые положения валов (задающего и исполнительного) или углы рассогласования между ними. Для этой цели наибольшее распространение получили индукционные сельсины.

По конструкции сельсины аналогичны электрическим машинам переменного тока. Рассмотрим две различные конструкции сельсинов. Обмотки возбуждения могут находиться либо на статоре (рис. IV. 11, а), либо на роторе (рис. IV. 11, б). Если обмотку возбуждения выполняют однофазной и располагают на статоре, статор выполняют с явно выраженными полюсами. В этом случае на роторе помещаются три обмотки, соединенные в звезду, причем магнитные оси обмоток сдвинуты между собой на 120°. Три конца этих обмоток выводятся на три кольца коллектора.

Если обмотку возбуждения выполняют трехфазной и располагают на статоре (рис. IV-1.1, б), то ротор делают явно выраженным и на него укладывают однофазную обмотку. Эту обмотку присоединяют к двум коллекторным кольцам. Сельсины конструкции первого типа имеют большие габаритные размеры, которые получаются за счет увеличения размера статора, но обладают более высокой точностью балансировки ротора. Сельсины с явно выраженным ротором имеют малые габаритные размеры и большой дисбаланс.

Оба типа рассмотренных нами сельсинов можно применять в двух различных режимах работы: силовом (индикаторном) и трансформаторном.

Схема включения сельсинов в двигательном режиме. В этом случае имеются два сельсина: сельсин-датчик и сельсин-приемник роторы которых включены в общую однофазную цепь переменного тока (рис. IV. 12). Статорные обмотки сельсина-датчика соединены со статорными обмотками сельсина-приемника

При повороте ротора сельсина-датчика на угол а в цепях его статора создадутся токи которые вызовут магнитный поток в обмотке статора сельсина-приемника. Взаимодействие этого потока с магнитным

Рис. IV.12. Схема включения сельсинов в двигательном (индикаторном) режиме

потоком ротора сельсина-приемника вызовет вращающий момент , и ротор сельсина-приемника повернется на угол

Величина этого момента может быть определена по формуле

где — максимальный, или опрокидывающий момент сельсина, определяемый его параметрами; — угол рассогласования.

Зависимость Мссп от угла рассогласования для сельсинов, работающих в силовом режиме, показана на рис. IV. 13. Кривая 1 соответствует сельсинам с неявно выраженными полюсами, а кривая 2 — сельсинам с явно выраженными полюсами. Из рис. IV. 13 видно, что при малых углах рассогласования

С точки зрения уменьшения ошибки, а следовательно, повышения точности большое значение имеет крутизна характеристик

Из рис. IV. 13 видно, что большей крутизной обладают сельсины с явно выраженными полюсами. При некоторой нагрузке на валу сельсина-приемника в системе образуется некоторый угол рассогласования величина которого определяется по формуле

Силовая схема включения сельсина отвечает принципу обратимости, т. е., поворачивая сельсин-приемник на угол получим

Если оба сельсина — датчик и приемник одинаковы, то Оба эти момента стремятся уравнять углы , и при их равенстве моменты Мссп и Мссп обращаются в нуль. Отсюда следует, что момент вращения сельсинов имеет синхронизирующий характер.

Рассмотрим случай, когда ротор сельсина-датчика равномерно вращается с угловой скоростью , причем отношение мало; здесь — основная угловая частота питающей сети.

Для вычисления момента можно пользоваться предыдущей формулой, в которой будут теперь переменными величинами. Для произвольного момента времени имеем

Рис. IV.13. Зависимость синхронизирующих моментов от угла рассогласования сельсинов, включенных в двигательном режим

В этом случае для установившегося режима можем написать

откуда

При малых значениях 0 можно принимать

Дифференцируя уравнение получим

Величина юра — угловая скорость сельсина-приемника. Полученная формула позволяет сделать вывод, что ротор сельсина-приемника в установившемся режиме вращается с той же скоростью, что и ротор сельсина-датчика. Но отработанный угол приемника меньше соответствующего угла датчика на величину ошибки 0.

Если сельсин-датчик и сельсин-приемник работают с одной угловой скоростью и их заданные и отработанные углы равны, то говорят, что сельсины работают синфазно. Обычно погрешность синфазности в установившемся режиме не превышает угловой ошибки 0. Чтобы уменьшить погрешность синфазности, необходимо уменьшить, по возможности, момент т. е. момент трения и других сопротивлений вращению ротора сельсина. При имеем и сельсины работают синфазно.

Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме. Назначение трансформаторной сельсинной схемы — создавать выходное напряжение, которое по величине и знаку однозначно определяется углом рассогласования между сельсинами. Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме изображена на рис. IV. 14.

Сельсин-датчик связан с задающим валом, а сельсин-приемник — с выходным валом. Напряжение на зажимах обмотки ротора сельсина-приемника Е является выходным напряжением схемы.

Допустим, что роторы обоих сельсинов неподвижны и образуют с первой фазой статоров соответственно углы Тогда можно показать, что в обмотке ротора сельсина-приемника индуктируется напряжение

При имеем

Таким образом, при неподвижном роторе и выходное напряжение сельсина-приемника пропорционально синусу угла поворота ротора сельсина-датчика.

Рис. IV.14. Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме

Рис. IV.15. Схема дифференциального сельсина

Закрепим ротор, сельсина-приемника на исполнительной оси таким образом, чтобы обмотки фаз ротора при неподвижной оси были смещены относительно соответствующих обмоток статора на угол в сторону вращения.

При повороте исполнительной оси на угол обмотка ротора будет смещена относительно обмотки статора на угол

Тогда выходное напряжение будет

т. е. пропорционально синусу угла рассогласования между командной и исполнительной осями.

Если оба сельсина вращаются соответственно со скоростями , то углы становятся переменными величинами, т. е.

Формула (IV.53) примет вид

При получим

В этом случае выходное напряжение будет иметь частоту модуляции, зависящую от разности угловых скоростей сельсина-датчика и сельсина-приемника. При значение обращается в нуль. При малых углах рассогласования формулу (IV.55) можно привести к виду

где — коэффициент трансформации сельсинной схемы.