§ 5.11. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО СЕЛЬСИНОВ
Принцип действия. Электрические машины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых, электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами (от слов selfsinchroniring — самосинхронизирующийся). Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя), — приемником.
Система синхронной связи работает так, что при повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол θд ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же угол θп . Следовательно, система стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования θ = θд - θп , и в идеальном случае свести угол θ к нулю.
Системы синхронной связи подразделяют на два основных вида: синхронного поворота (передачи угла) и синхронного вращения (электрического вала).
Режимы работы. Различают два основных режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный.
При индикаторном режиме ротор сельсина-приемника соединяют непосредственно с ведомой осью. Его применяют при малом значении тормозного момента на ведомой оси, обычно в тех случаях, когда на оси укреплена хорошо уравновешенная стрелка индикатора (отсюда название — индикаторный).
При трансформаторном режиме сигнал о наличии рассогласования между положениями роторов датчика и приемника подается через усилитель на исполнительный двигатель, который поворачивает ведомую ось и ротор сельсина-приемника, ликвидируя рассогласование. При этом режиме выходной сигнал приемника пропорционален синусу угла рассогласования, аналогично тому, как во вращающемся трансформаторе, поэтому такой режим работы сельсина получил название трансформаторного. Трансформаторный режим применяют в тех случаях, когда к ведомой оси приложен значительный тормозной момент, т. е. когда приходится поворачивать какой-либо механизм.
Устройство сельсинов. Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку сихронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины; обмотку синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной.
Трехфазные сельсины имеют такую же конструкцию, как трехфазные асинхронные двигатели с контактными кольцами на роторе; их применяют только в системах электрического вала. В системах автоматики используют однофазные контактные и бесконтактные сельсины.
Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения — на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы).
Однофазные контактные сельсины аналогичны асинхронным машинам малой мощности. Они могут быть явнополюсными (индикаторные) и неявнополюсными (трансформаторные). В явнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения сосредоточенная; она расположена на явно выраженных полюсах ротора (рис. 5.31, а) или статора (рис. 5.31,б). В неявнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения распределенная (рис. 5.31, в); она расположена в полузакрытых пазах ротора (или статора). Обмотку синхронизации всегда
 |
Рис. 5.31. Схемы магнитной системы однофазных контактных сельсинов: 1 — статор; 2 — обмотка синхронизации; 3 — ротор; 4— обмотка возбуждения |
 |
Рис. 5.32. Устройство контактного сельсина: 1 — статор; 2 — ротор; 3 — контактные кольца |
Сельсины выполняют обычно двухполюсными. Так как магнитное поле в сельсинах переменное, то статор и ротор собирают из изолированных листов электротехнической стали (рис. 5.32). Для увеличения надежности контакта и уменьшения его переходного сопротивления кольца и щетки, к которым подключают обмотку ротора, выполняют обычно из сплавов серебра. Число контактных колец и щеток зависит от места расположения обмоток: сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют два контактных кольца; с обмоткой возбуждения на статоре — три контактных кольца. В некоторых типах сельсинов-приемников на явнополюсном роторе по поперечной оси размещают короткозамкнутую демпферную обмотку, обеспечивающую быстрое затухание собственных колебаний ротора при переходе его из одного положения в другое. При отсутствии электрического демпфера на валу ротора сельсина-приемника устанавливают механические демпферы (фрикционные, пружинные или жидкостные — ртутные).
 |
Рис. 5.33. Электромагнитная схема бесконтактного |
Большим недостатком контактных сельсинов является наличие скользящих контактов, переходное сопротивление которых может изменяться. Это снижает надежность работы синхронной связи и приводит к увеличению погрешностей. В настоящее время широко применяют явнополюсные и неявнополюсные бесконтактные сельсины, не имеющие скользящих контактов.
В явнополюсном бесконтактном сельсине (рис. 5.33) на статоре расположены трехфазная распределенная обмотка синхронизации, два боковых кольца (тороиды), две тороидальные катушки однофазной обмотки возбуждения и внешний: магнитопровод. Стальной пакет, в котором размещена обмотка синхронизации и тороиды собраны из листов, расположенных перпендикулярно оси вала, а внешний магнитопровод — из листов, расположенных параллельно оси вала. На роторе имеются два стальных пакета, разделенных немагнитным материалом (обычно сплавом алюминия). Пакеты ротора соб-раны из стальных листов, размещенных в плоскости, параллельной оси вала. Следовательно, во всех элементах магнитной системы плоскость листов параллельна направлению силовых магнитных линий. Тороидальные катушки обмотки возбуждения включают так, чтобы направление тока в них в любой момент времени было согласованным.
Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается в каждом элементе магнитной системы сельсина по пути, показанному на рис. 5.33 стрелками. Из первого пакета ротора он проходит через небольшой воздушный зазор, а затем по статору переходит во второй пакет, охватывая проводники обмотки синхронизации. Непосредственному переходу потока из одного пакета ротора в другой препятствует косой промежуток, заполненный немагнитным материалом. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый. При повороте ротора изменяется положение оси потока относительно обмоток синхронизации, поэтому ЭДС, индуцируемая в фазах обмотки синхронизации, зависит от угла поворота ротора, так же как и в контактных сельсинах, вследствие чего принцип действия этих видов сельсинов одинаков. Устройство бесконтактного сельсина показано на рис. 5.34, а.
Недостатком бесконтактных сельсинов является худшее использование материалов, чем в контактных, из-за больших потоков рассеяния и увеличенного тока холостого хода. При одинаковом удельном синхронизирующем моменте масса бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.
В системах синхронной связи, работающих при повышенной частоте (400—1000 Гц), применяют неявнополюсные бесконтактные сельсины с кольцевым трансформатором (рис. 5.34,б). В этих сельсинах обмотка синхронизации расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения - в пазах или на явно выраженных полюсах ротора. Питание к обмотке возбуждения подается посредством кольцевого трансформатора, смонтированного в общем корпусе с сельсином.
Такой сельсин по своей конструкции подобен контактному сельсину, но вместо колец и щеток в нем применен кольцевой трансформатор. Первичная обмотка трансформатора расположена на статоре, вторичная - на роторе, а магнитопровод состоит из торцовых колец, собранных из листов электротехнической стали, и внешнего и внутреннего колец, выполненных из металлокерамики.
 |
Рис. 5.34. Устройство бесконтактных сельсинов: |