Что такое двигатели сельсины

Сельсины

Асинхронные машины широко используются не только в качестве двигателей, но и в качестве регуляторов напряжения, фазовращателей, тахогенераторов и устройств синхронной свя­зи. В силовых электроприводах, системах управления электро­приводами, системах автоматики возникает необходимость со­гласованного вращения или поворота на заданный угол двух или нескольких не связанных между собой механически валов механизмов или осей. В системах синхронного вращения тех или иных производ­ственных механизмов используются обычные трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором.

Рис 10 47 Однофазный сельсин с явновыраженными полюсами и контактными кольцами

1 — статор, 2 — обмотка возбужде­ния, 3 — ротор, 4 —трехфазная об­мотка синхронизации

В системах дистанционной передачи угловых перемещений могут быть использованы или обычные трехфазные асинх­ронные двигатели с контактными кольцами малой мощности, или сельсины. Сельсины устроены примерно так же, как и трехфазные двигатели. Статор имеет однофазную обмотку, называемую обмоткой возбуждения, а ротор — трехфазную обмотку, называемую обмоткой синхронизации, выполненную так же, как и у асинхронного двигателя с фазным ротором, или, на­оборот, ротор имеет однофазную, а статор — трехфазную обмотку. Такие сельсины называются однофазными.

Обмотки возбуждения могут быть сосредоточенными или распределенными. Сельсины бывают с контактными кольцами и бесконтактными. Контактные кольца и щетки из-за их невысокой надежности и возникновения трения между ними снижают надежность и точность системы регулирования, особенно в индикаторном режиме работы. В системах синхронного вращения или дистанционной передачи угла участвуют две или более машины. Одна из них является датчиком, задающим частоту вращения или угол поворота, остальные — приемниками. В системах синхронного вращения приемники должны вращаться со скоростью датчика, в системах индикаторных — поворачиваться на тот же угол, что и датчики.

В системах дистанционной передачи угловых перемещений различают два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. Индикаторный режим имеет место в тех случаях, когда на валу сельсина-приемника отсутствует тормозной момент, например на его валу укреплена указательная стрелка. Когда на валу сельсина-приемника значительный момент, который он не в состоянии преодолеть, система выпол­няется так, что сельсин дает только сигнал управления, а механизм приводится в действие от отдельного двигателя. Сельсин-приемник в этом случае управляет двигателем механизма так, что двигатель поворачивает механизм на угол, заданный сельсином-датчиком.

На рис. 10.47 изображено устройство однофазного сельсина с явновыраженными полюсами с контактными кольцами, на рис. 10.48 — бесконтактного сельсина.

Рис. 10.48. Бесконтактный сельсин:1 — магнитопровод потока возбуждения, 2 — немагнитный цилиндр; 3 — сердечник статора,4 — трехфазная обмотка синхронизации; 5 — обмотка возбуждения,6 — сердечник ротора,7 — немагнитная прокладка

Обмотка возбуждения 2 контактного сельсина однофазная неподвижная, обмотка ротора 4трехфазная, соединена звездой, три конца обмотки припаяны к контактным кольцам, установленным на оси ротора. Однофазная обмотка возбуждения 5 бесконтактного сельсина также неподвижна, но магнитный поток возбуждения, создаваемый ею, поворачивается при повороте ротора. Трехфазная обмотка ротора 4 бесконтактного сельсина, уложенная в пазах статора, неподвижна.

Принцип действия сельсина с контактными кольцами (см. рис. 10.47) состоит в следующем. Ток обмотки возбуждения, подключенной к сети переменного напряжения U, создает неподвижный в пространстве пульсирующий с частотой сети магнитный поток Ф_в. Магнитный поток пронизывает трехфазную обмотку и наводит в каждой ее фазе переменную ЭДС той же частоты, что и в обмотке возбуждения. Значение ЭДС обмотки каждой фазы зависит от взаимного расположения трехфазной обмотки относительно магнитного потока Ф_в однофазной.

Рис. 10.49. К пояснению принципа действия сельсина

Допустим, трехфазная обмотка расположена так, как это изображено на рис. 10.49, а. В этом случае обмотка фазы АХ будет пронизываться всем потоком возбуждения и в ней возникнет наибольшая ЭДС, обмотки BY и CZ, как это видно из рис. 10.49, а, б, пронизываются меньшим потоком и в них возникнет ЭДС меньшая, чем в фазе АХ. Если повернуть ротор сельсина на угол α, то изменится взаимное расположение трехфазной и однофазной обмоток и, естественно, изменятся значения ЭДС, наводимых в обмотках фаз. Например, если повернуть ротор на 90°, то магнитный поток, сцепленный с обмоткой фазы АХ, будет равен нулю и ЭДС в ней возникать не будет. Легко показать, что, если при α = 0 обмотки расположены, как на рис. 10.49, а, то при повороте на угол α ЭДС каждой фазы будут иметь следующие выражения:

Е_А = E cos α; Е_B = Е

Е_С = Е cos (α + 240°),

где Е — действующее значение ЭДС, возникающее в фазе обмотки АХ при α = 0.

Таким образом, значения ЭДС фаз трехфазной обмотки однофазного сельсина зависят от угла α, во времени же они совпадают по фазе.

Принцип действия бесконтактного сельсина ничем не отличается от контактного. Разница лишь в том, что в контактном сельсине поворачивается ротор с трехфазной обмоткой относительно неподвижного потока возбуждения, в бесконтактном поворачивается ротор с потоком возбуждения относительно неподвижной трехфазной обмотки статора.

В трехфазных сельсинах, где обмотка возбуждения трехфазная и подключена к трехфазной сети, действует вращающееся магнитное поле с неизменной амплитудой и значения ЭДС в фазах синхронизирующей обмотки не зависят от угла поворота, изменяются лишь фазы ЭДС во времени.

Схема соединения сельсина-датчика и сельсина-приемника для дистанционной передачи угла поворота изображена на рис. 10.50. До поворота ротора сельсина-датчика ЭДС в каждой фазе трехфазных обмоток сельсина-датчика и сельсина-приемника совпадали по фазе и ток в их обмотках отсутствовал:

При повороте датчика на угол αв в каждой фазе появится ток, так как ЭДС фаз не совпадают по фазе, например в фазе А

Ток взаимодействует с магнитным потоком возбуждения соответствующего сельсина, в результате чего возникает момент, который стремится повернуть ротор сельсина-приемника на тот же угол, на который повернут датчик, момент же, действующий на ротор датчика, стремится повернуть его в исходное положение, когда α_д = 0. Датчик удерживается внешней силой в положении α_д , приемник поворачивается на угол α_п . Точность отработки угла α_п зависит от момента сил сопротивления на валу приемника.

Рис. 10.50. Схема включения сельсинов для дистанционной передачи угла поворота

Рис. 10.51. Схема включения сельсинов, работающих в трансформаторном режиме

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Вопрос 54. Сельсины. Назначение, виды, устройство и принцип действия. Схема включения сельсинов в индикаторном режиме.

Сельсинами называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин имеет однофазную обмотку возбуждения и трехфаз­ную обмотку синхронизации, соединенную звездой. Одна из обмо­ток располагается на роторе, а другая — на статоре.

На обмотки возбуждения сельсинов подано напряжение U1. Ток, проходящий по ним , создает магнитный поток. В свою очередь магнитный поток наводит в обмотках синхронизации ЭДС: Ед – в сельсине-датчике (СД) и Еп в сельсине-приемнике (СП). Если ротор СД занимает такое же положение как и ротор СП, их ЭДС равны, и тока в цепи синхронизации нет. Если ротор СД повернуть на угол а, то одноименные фазы обмоток синхронизации сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитному потоку и их ЭДС не будут одинаковы. В результате возникнет ток синхронизации, вызванный разность ЭДС сельсинов. Он, взаимодействуя с магнитным полем, создаст вращающие моменты на роторе СД, направленные встречно повороту, а на роторе СП – в сторону поворота. Поэтому поворот ротора СД будет сопровождаться синхронным поворотом ротора СП.

Вопрос 55. Асинхронные исполнительные двигатели. Конструкция, принцип действия, особенности работы.

В системах управления, регулирования и контроля широко применяются управляемые электродвигатели небольшой мощности. С помощью этих двигателей осуществляется преобразование электрического сигнала в механическое перемещение — вращение вала. Такие электродвигатели называют исполнительными (ИД).

Характер требований, предъявляемых к исполнительным дви­гателям, определяется спецификой их работы: частые пуски, ре­версы, постоянно изменяющаяся частота вра­щения. Основные требования — отсутствие самохода, т. е. самоторможение при снятии сигнала управления; широкий диапазон регу­лирования частоты вращения; линейность ха­рактеристик; большой пусковой момент; малая мощность управления; быстродействие (малоинерционность).

На статоре асинхронного исполнительного двигателя расположена двухфазная обмотка. Одна из фазных обмоток — об­мотка возбуждения (ОВ) — постоянно вклю­чена в сеть с напряжением U₁, а на другую — обмотку управления (ОУ) — напряжение (сиг­нал управления) U_c подается лишь при необходимости включения двигателя.

Асинхронные исполнительные двигатели выпускаются на небольшие мощности и имеют несколько разновидностей в зависимости от выполнения ротора: с обмотки в виде беличьей клетки, с полым немагнитным ротором и полым ферромагнитным ротором.

Ротор с беличьей клеткой имеет обычную конструкцию. Для увеличения сопротивления клетка выполняется из материалов с повышенным удельным сопротивлением (латунь, бронза и др.). Недостатком такого ротора является большой его момент инерции, что снижает быстродействие двигателя.

Значительно меньший момент инерции имеет полый ротор, который выполняется в виде тонкостенного стакана, с одной торцевой стороны насаженного на вал. Немагнитный полый ротор изготовляется из алюминиевого сплава. Толщина его стенок 0,2 — 1 мм. Полый ротор, закрепленный на валу, вращается в зазоре между внешним и внутренним статорами. На внешнем статоре располагаются обмотки, а внутренний статор служит для уменьшения магнитного сопротивления в контуре главного магнитного потока. Как внешний, так и внутренний статор собирается из листов электротехнической стали, покрытых лаком. Воздушным зазором в двигателе с полым немагнитным ротором следует считать зазор между внутренним и внешним статорами. Он относительно велик: 0,5-1,5 мм. Вследствие этого такие двигатели имеют увеличенный ток холостого хода; он составляет 0,8-0,9 номинального тока. Это приводит к увеличению габаритов двигателя и снижению его КПД.

Иногда полый ротор выполняется ферромагнитным (стальным). В этом случае внутренний статор не требуется, так как магнитный поток замыкается по стенкам ротора (толщина его стенок 0,5-3 мм). Конструктивно двигатели с ферромагнитным ротором получаются проще, чем двигатели с полым немагнитным ротором.

У двигателей с ферромагнитным полым ротором активное сопротивление ротора весьма значительно, так как удельное сопротивление стали больше, чем меди и алюминия: кроме того, оно возрастает из-за эффекта вытеснения тока к внешней цилиндрической поверхности ротора. Поэтому КПД таких двигателей еще ниже, чем двигателей с полым немагнитным ротором. Уступают они им и по быстродействию. Иногда для уменьшения активного сопротивления ротора производят его омеднение.

Сельсин

Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами (от англ. self-synchronizing ) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин-передачи работают аналогично обычным механическим передачам, но в них крутящий момент между валами создаётся не при помощи непосредственно контактирующих шестерён, а посредством изменяющегося магнитного потока.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При этом вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина.

Переменный ток в роторе одного из сельсинов (сельсин-датчика) создаёт в обмотках его статора ЭДС, тем самым вызывая переменный ток через соответствующие обмотки статора второго сельсина (сельсин-приёмника). Переменное магнитное поле, создаваемое этим током, взаимодействует с переменным магнитным полем ротора сельсин-приёмника; возникающий вращательный момент пропорционален разнице между положениями роторов датчика и приёмника, и вызывает поворот последнего до тех пор, пока их положения не станут совпадать.

Содержание

• 1 Типы
  • 1.1 Трёхфазные сельсины
  • 1.2 Однофазные сельсины
• 2 Недостатки, решения
• 3 См.также
• 4 Литература

Типы [ править ]

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные.

Трёхфазные сельсины [ править ]

Трёхфазные сельсины применяются в системах, где требуется обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), находящихся на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины [ править ]

Однофазные сельсины могут работать в двух режимах.

• Индикаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а сельсин-приёмник устанавливается в соответствующее ему положение.
• Трансформаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а на выходе сельсин-приёмника формируется напряжение, являющееся функцией угла рассогласования между ними.

Для обоих режимов существуют схемы включения:

• парная (датчик и приёмник),
• многократная (датчик и несколько приёмников),
• дифференциальная (два датчика и приёмник).

Недостатки, решения [ править ]

• Невысокая точность синхронизации, когда сельсин находится под нагрузкой. Для этого в передающей цепи применяют пару сельсинов — «грубый» и «точный» (последний установлен через редуктор и за один оборот основного вала делает несколько оборотов). Если сигнал с грубого сельсина слабее некоторого порога, автоматика передаёт в линию сигнал с точного.
• Не нагруженный исполнительными механизмами сельсин колеблется с частотой переменного тока — приходится использовать демпферы.

В современных устройствах сельсины всё чаще заменяются энкодерами. И только там, где простота, надёжность и ремонтопригодность важнее точности (например, в авиации), сельсины всё ещё остаются незаменимыми.

Принцип работы и область применения сельсинной пары.

Сельсин представляет собой миниатюрную электрическую машину, в обычном исполнении сходную с синхронным генератором или двигателем.

Конструктивное исполнение их может быть различным. Преимущественное применение получили сельсины с однофазной первичной и трехфазной вторичной обмотками Однофазная первичная и трехфазная вторичная обмотки могут располагаться соответственно как на роторе, так и на статоре. Чаще всею ротор сельсина имеет одну обмотку, а статор — три обмотки, оси которых сдвинуты на 120° одна относительно другой.

Сельсины всегда работают попарно. Один из сельсинов называется сельсин-датчик (СД), связанный с входным валом, другой — сельсин-приемник (СП), связанный с выходным валом. Сельсин-датчик преобразует угол поворот одною механизма в электрический сигнал, который пе­редается по проводам (на любое расстояние) и воспринимается сельсином-приемником.

Сельсин-приемник преобразует поступивший сигнал в угловое перемещение второго механизма, одинаковое с первым. В автоматических системах сельсины используются в двух основных режимах: индикаторном и трансформаторном.

Индикаторный режим Схема включения сельсинов в индикаторном режиме приведена на рис. 38.

Роторы обоих сельсинов получают питание от одного источника переменного тока, статорные обмотки сельсинов соединены в звезду и между собой.

Однофазный переменный ток создает в магнитной цепи каждого сельсина пульсирующий магнитный поток, который наводит во вторичных обмотках ЭДС. При одинаковых положениях роторов датчика и приемника ЭДС в каждой фазе сельсина-датчика уравновешивается соответствующей ЭДС сельсина-приемника и во вторичных цепях ток отсутствует. При повороте ротора датчика ЭДС в соответствующих обмотках окажутся различными по величине, так как роторы занимают уже неодинаковое положение по отношению к осям обмоток статора. Под действием разности ЭДС во вторичных цепях сельсинов потекут уравнительные токи.

Рис 38. Схема включения сельсинов в индикаторном режиме

Взаимодействие этих токов с магнитным потоком создает на валах сельсина-датчика и сельсина-приемника синхронизирующий момент, стремящийся свести угол рассогласования к нулю. Однако этот момент мал и практически достаточен лишь для перемещения стрелок или других указательных устройств, поэтому индикаторный режим в системах автоматического регулирования применяется редко.

Угол рассогласования служит показателем системы синхронной передачи. В зависимости от величины 9 сельсины делятся на четыре класса (табл.1).

Максимально возможная средняя ошибка, определяющая класс точности сельсина, есть полусумма максимальных ошибок, получаемых при вращении датчика в двух направлениях:

где и — абсолютные значения максимальных ошибок, полученных при вращении датчика в обе стороны.

Сельсинная пара рассматривается как безинерционное устройство. Точность обычных сельсинов, как правило, не превышает десятых долей градуса. Главной причиной возникающих погрешностей являются дефекты изготовления: электрическая и магнитная асимметрия, неточная центровка, эллиптичность ротора и т.д.

Трансформаторный резким. Принципиальная схема включения сельсинов в трансформаторном режиме приведена на рис. 39.

Отличие данной схемы от индикаторной заключается в том, что однофазная обмотка сельсина-приемника не подключается к источнику напряжения, а является выходной и присоединяется в следящих схемах к входу усилителя, а ротор сельсина-приемника заторможен. Такая схема включения сельсинов применяется для передачи движения на исполнительные устройства, нагруженные большими моментами сопротивления движению.

Рис 39. Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме

Выходное напряжение будет равно нулю при разности углов поворота 90°. так как результирующий поток в этом случае не будет пересекать витков обмотки ротора-приемника. Это положение и принимается за нулевое. Любое рассогласование сопровождается появлением напряжения на выходе, причем величина выходного напряжения в распространенных конструкциях является функцией синуса угла рассогласования:

где К = 1 В/град.

Для достаточно малых углов можно полагать:

Важно отметить, что эти выражения отражают не только зависимость эффективного значения (модуля) выходного напряжения от угла рассогласования, но и зависимость фазы этого напряжения от знака рассогласования, при изменении знака рассогласования фаза выходного напряжения меняется на 180°.

Трансформаторный режим работы сельсинов широко применяется в следящих системах, предназначенных для осуществления синхронного вращения двух валов, механически между собой несвязанных. Один из валов является входным (например, вал стрелкового прицела) и обычно требует для своего перемещения небольших усилий, другой — выходным (например, вал, связанный с самолетной пушкой), и. как правило, для его перемещения необходимы значительные усилия.