Лабораторная работа №7

Тема: Исследование работы сельсинов.

Цель: 1. Ознакомиться с устройством и принципом работы сельсинов.

2.Изучить системы дистанционной передачи показаний при работе сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

Общиесведения:

Сельсины представляют собой малогабаритные индукционные машины переменного тока. Наиболее широкое применение получили сельсины с одной однофазной обмоткой, другой – трёхфазной, которые могут быть выполнены в двух конструктивных вариантах:

1. Однофазная обмотка (обмотка возбуждения) укладывается на статоре с явно выраженными полюсами, а трёхфазная обмотка – на роторе, имеющем цилиндрическую форму; этот вариант исполнения применяется в сравнительно мощных сельсинах.

2. Однофазная обмотка укладывается на роторе с явно выраженными полюсами, а трёхфазная обмотка – в пазах статора; в этом случае ротор получается легче и проще и, кроме того, уменьшается момент трения вследствие уменьшения количества токоподводящих колец до двух (вместо трёх). Такие сельсины используются преимущественно в маломощных дистанционных передачах.

Напряжение питания в обоих вариантах сельсинов подводится обычно к однофазной обмотке, поэтому процессы, происходящие в них, совершенно одинаковы.

В зависимости от выполняемых функций различают:

1. Сельсин – датчик, вал сельсина датчика приводится в движение от механизма, угловое перемещение которого требуется передать дистанционно.

2. Сельсин – приёмник, ротор которого воспроизводит угловое перемещение ротора сельсин – датчика.

Сельсины работают всегда в паре (датчик – приёмник), при этом между ними существует только электрическая часть. Электрическую связь между датчиком и приёмником называют линией связи.

В системах автоматики сельсины работают в индикаторном или трансформаторном режимах.

Индикаторный режим.

Принципиальная схема включения сельсинной пары в индикаторном режиме приведена на рисунке 7.1. под индикаторным режимом работы сельсинов принимают режим дистанционной передачи углового перемещения ротора сельсина – датчика при работе на стрелку, закреплённую на роторе сельсин – датчика (система с нулевым нагрузочным моментом на валу приёмника).

Обмотки возбуждения сельсинов подключаются к однофазной сети переменного тока (обычно 110 В). Концы трёхфазных обмоток сельсин – датчика СД соединяются трёхпроводной линией связи с концами соответствующих обмоток сельсин – приёмника СП.

Рисунок 7.1.

Обмотки возбуждения сельсин – датчика и сельсин – приёмника создают пульсирующие потоки Ф_В. Пересекая трёхфазные обмотки датчика и приёмника, они индуктируют в них ЭДС.

Система уравнений ЭДС:

а) для датчика:

б) для приёмника:

где Е_Д; Е_П – фазные ЭДС;

Е_max – максимальные значения ЭДС в фазной обмотке датчика и приёмника при совпадении магнитной оси одной из фаз трёхфазной обмотки с осью однофазной обмотки;

α – угол отклонения ротора датчика от начального положения, при котором магнитная ось однофазной обмотки совпадает с первой фазой трёхфазной обмотки;

β – угол отклонения ротора приёмника от начального положения.

Если роторы сельсин – датчика и сельсин – приёмника расположены одинаково по отношению к осям статорных обмоток (α=β), то в соответствующих фазовых обмотках ЭДС будут равны и направлены противоположно. По этому результирующие ЭДС каждой пары фазовых обмоток (Е₁=Е_1Д – Е_1П и т.д.) равны нулю и уравнительные токи в фазах трёхфазных обмоток сельсин – датчика будут отсутствовать.

Если ротор сельсин – датчика перевести в другое положение (изменить α), а затем затормозить, то угол рассогласования Θ=α – β будет неравен нулю. В этом случае по линейным проводам трёхфазных обмоток потекут уравнительные токи, т.к. Е_1Д≠Е_2Д≠Е_3Д. При взаимодействии потоков, создаваемых уравнительными токами, с магнитными потоками Ф_В, возникают синхронизирующие моменты на валах ротора сельсин – датчика и сельсин – приёмника. Т.к. ротор сельсин – приёмника не заторможен, то он будет стремиться повернуться в синфазное положение с ротором сельсин – датчика (т.е. в положение, когда Θ=α – β=0). Величина синхронизирующего момента зависит от величины угла рассогласования Θ и не зависит от положения роторов сельсин – датчика и сельсин – приёмника по отношению к начальному положению и определяется выражением: М_синх=М_maxsinΘ.

Трансформаторный режим.

Сельсины работающие в трансформаторном режиме, применяются для дистанционного измерения рассогласования положений между задающей и исполнительной осями. Принципиальная схема соединения сельсинов в трансформаторном режиме показана на рисунке 7.2. От сети переменного тока получает питание только обмотка возбуждения сельсин – датчика. Обмотки ротора сельсин – датчика соединены с соответствующими обмотками ротора сельсин – приёмника.

Пульсирующий магнитный поток обмотки возбуждения сельсин – датчика Ф_В индуктирует в его фазовых обмотках ЭДС Е_1Д, Е_2Д, Е_3Д. В фазовых обмотках сельсин – приёмника, ввиду отсутствия потока возбуждения, не возникает никаких дополнительных ЭДС. Если пренебречь сопротивлением линий связи и считать, что величины сопротивлений фазовых обмоток обоих сельсинов одинаковы, то под действием ЭДС, индуктируемых в роторных обмотках сельсин – датчика, в цепи линий связи и роторных обмотках сельсин – приёмника будут протекать уравнительные токи I₁, I₂, I₃. Эти токи создают переменные магнитные потоки в трёхфазной обмотке сельсин приёмника, которые индуктируют ЭДС Е₁^’, Е₂^’, Е₃^’ в однофазной обмотке статора сельсин – приёмника. Суммарная ЭДС определяется как U_вых= Е₁^’+Е₂^’+Е₃^’. Напряжение на клеммах однофазной обмотки статора сельсин – приёмника не зависит от углового положения роторов, а зависит только от величины угла рассогласования между ними. Если ротор сельсин – приёмника затормозить в любом положении, то по величине напряжение U_вых можно судить о величине угла поворота ротора сельсин – датчика относительно заторможенного ротора сельсин – приёмника. Когда угол рассогласования Θ=0, то U_вых=U_maxcosΘ будет максимальным; при Θ=90°, U_вых=0. Практически за начальное положение принимается такое, когда роторы сельсин – датчика и сельсин – приёмника сдвинуты на угол 90°; в этом случае: Θ^’=90°+Θ и U_вых=U_maxcos(90°+Θ)= U_maxsinΘ^’

Обмотка возбуждения сельсин – приёмника предназначена для выработки выходного сигнала (напряжения), зависящего от угла рассогласования Θ и может быть подключена к измерительному прибору (в нашем случае – вольтметру), а также фазочувствительному усилителю, который управляет работой исполнительного двигателя. Усилитель следящей системы выполнен так, что он реагирует на изменение величины и фазы напряжения, подаваемого на его вход и заставляет двигатель поворачивать ось сельсин – приёмника в сторону уменьшения рассогласования между роторами сельсинов. Одновременно двигатель приводит в действие исполнительный механизм.

Рисунок 7.2.

Рассмотренные режимы работы сельсинов применяются при автоматизации технологических процессов в строительной индустрии (дозаторы, весовые головки), в водопроводно – канализационных сооружениях и гидромелиоративных системах (уровнемеры), для передачи на расстояния различных физических величин, преобразованных в линейное или угловое перемещения, а также как следящие системы.

Порядоквыполненияработы:

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы сельсинов.

2. Подключить обмотку возбуждения сельсин – датчика к сети переменного тока напряжения 110 В и измеряя напряжения U₁₂, U₂₃, U₃₁ снять кривые зависимостей U₁₂=f(α), U₂₃=f(α), U₃₁=f(α) при повороте ротора от 0° до 180°.

Результаты измерений свести в таблицу 7.1.

Напряжение роторных обмоток сельсина	0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°
U12, [В]
U23, [В]
U31, [В]

3. Собрать схему исследования сельсинной пары в индикаторном режиме (рис.7.1) и снять зависимость угла поворота ротора сельсин – датчика от угла поворота сельсин – приёмника.

Результаты измерений свести в таблицу 7.2.

Положение ротора сельсин – датчика	0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°
Положение ротора сельсин – приёмника
Погрешность абсолютная.

4. Собрать схему исследования сельсинов в трансформаторном режиме (рис.7.2) и снять зависимость напряжения сельсин – приёмника от угла рассогласования U_вых=f(Θ^’) при заторможенном роторе сельсин приёмника. Напряжение питания в процессе опыта поддерживать постоянным с помощью ЛАТРа.

Результаты измерений свести в таблицу 7.3.

Угол рассогласования	Θ’	0°	30°	60°	90°	120°	150°	180°
Напряжение сельсин – приёмника	Uвых

Содержаниеотчёта:

1. Наименование и цель работы.

2. Краткое описание принципа работы сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

3. Схемы исследования сельсинов и таблицы измеренных и вычисленных величин, графики зависимостей U₁₂=f(α), U₂₃=f(α), U₃₁=f(α), β=f(α), U_вых=f(Θ^’).

Вопросыкзачёту:

1. Назначение и устройство сельсинов.

2. Принцип работы сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

3. Применение сельсинов при автоматизации технологических роцессов строительного производства, водопроводно – канализационных сооружений, гидромелиоративных систем (пояснить рисунками).

Литература:

1. Мясковский И.Г. Основы автоматизации производства. Изд-во “Высшая школа”, М., 1968г., стр. 64÷65.

2. Гинзбург С.А. и др. Основы автоматики и телемеханики. “Энергия”, М., 1968г., стр. 262÷278.