Индикаторный режим работы сельсинов

Индикаторный режим работы используется для передачи угла поворота оси на расстояние в маломощных системах. В этом режиме обмотки возбуждения обоих сельсинов получают питание от одного источника переменного тока ~ U.

В лабораторной работе исследуется индикаторный режим работы сельсинов, поэтому остановимся на нём подробней. Схема включения сельсинов для работы в индикаторном режиме приведена на рис. 6.

Здесь одноименные фазы обмоток синхронизации СД и СП соединены встречно – начало фазы 1 с началом фазы 1' и т.п.

Для удобства анализа схемы соединим условно точки 0 и 0 ' проводником, благодаря которому в одном контуре находятся только одноименные фазы обмоток синхронизации СД и СП. Переменные токи обмоток возбуждения создают в сельсинах переменные магнитные потоки, которые будут индуцировать в обмотках синхронизации ЭДС. Величина ЭДС в фазах обмоток синхронизации зависит от угла между магнитными осями обмоток возбуждения и синхронизации (см. уравнения (1)). При одинаковом расположении роторов сельсинов по отношению к магнитной оси обмотки возбуждения, то есть при a = b, ЭДС в соответствующих фазах обмоток будут одинаковы: Е ₁ = Е ₁¢, Е ₂ = Е ₂¢, Е ₃ = Е ₃¢. Поскольку обмотки синхронизации включены встречно, то рассматриваемые ЭДС находятся в противофазах. Поэтому токи в соединительных проводах обмоток синхронизации отсутствуют, так как они определяются разностью соответствующих ЭДС.

Если же ротор СД повернуть на некоторый угол относительно ротора СП (a ¹ b), то величины ЭДС в обмотках синхронизации будут различными. Разность этих ЭДС будет определять величину токов, протекающих по соединительным проводам:

где 2Z– полное сопротивление двух фаз обмоток синхронизации СД и СП и соединительных проводов.

Эти токи создадут в обмотках синхронизации СД и СП магнитные потоки. В результате взаимодействия магнитных потоков обмоток возбуждения и синхронизации на валах сельсинов возникнут вращающие моменты, которые будут стремиться уравнять величины углов a и b, то есть свести угол рассогласования двух осейq = a – b к нулю.

Если ротор СД после разворота на заданный угол закрепить, то ротор СП под действием вращающего момента будет вращаться до тех пор, пока не станет в положение, при котором a = b. Токи I ₁, I ₂, I ₃ называют уравнительными, поскольку посредством их происходит выравнивание положения двух осей, а после этого токи будут равны нулю.

При непрерывном вращении ротора СД, например, открывающимся клапаном на трубопроводе, ротор СП будет вращаться с той же скоростью, то есть следить за положением ротора СД. Вращающий момент обеспечивает синхронность движения роторов, поэтому его называют синхронизирующим моментом.

Зависимость момента синхронизации М _СИН от угла рассогласования q двух осей сельсинов определяется следующим выражением:

М _СИН = М _МАХ Sinq, (3)

где М _МАХ – наибольший синхронизирующий момент для данной конструкции сельсина.

График этой зависимости, при постоянном моменте сопротивления М _Сна валу, представлен на рис. 7.

При изменении угла рассогласования осей q в пределах от 0 до 360° синхронизирующий момент М _СИН принимает нулевое значение два раза: при q = 0 и при q = 180°. Это значит, что существует два положения ротора сельсина-приемника, при которых он будет оставаться неподвижным.

Первое из них, когда q = 0, будет согласованным с положением ротора СД, а второе положение будет отличаться от согласованного на угол 180°. На первый взгляд, это свой­ство находится в противоречии с утверждением, что вал СП сельсинной пары автоматически устанавливается в единственное в пределах полного оборота положение, соответствующее положению вала СД. Однако этого противоречия нет, так как положение ротора СП при q = 0 будет устойчивым, а при q = 180° – неустойчивым.

Последнее положение определяется изменением направления синхронизирующего момента. Поэтому если нагруженный ротор СП при q = 180° предоставить самому себе, то он вернется в положение q = 0°, вращаясь до тех пор, пока угол рассогласования не станет равным нулю. Сторона вращения при этом может быть любой.

Угол рассогласования сельсинов зависитот величины момента сопротивления М _С на роторе СП.

В установившемся режиме справедливо равенство синхронизирую-щего (вращающего) момента и момента сопротивления (тормозящего)

М _СИН = М _С или М _МАХ Sin q = М _С. (4)

Из выражения (4) найдём угол рассогласования между осями сельсинов при данном моменте сопротивления:

q = arcsin М _C / М _МАХ (5)

Это минимально возможный передаваемый угол при данном М_С, то естьq = q_МIN. Очевидно, что при меньшем угле q станет М _СИН < М_Си ротор СП прекратит движение за ротором СД

Следовательно, в пределах углов рассогласования q от 0 до q_МIN, когда момент сопротивления М_С больше синхронизирующего момента М _СИН, ротор сельсина приемника неподвижен и не отслеживает положение ротора сельсина датчика.

Поскольку М _МАХ >> М _С, то угол рассогласования q мал. Графически величина угла рассогласования q_МIN определяется точкой пересечения зависимостей М _СИН = М _МАХ Sin q при М _С = const, т.е. точкой А (см. рис. 7).

В реальных условиях ротор СП всегда имеет на своем валу момент сопротивления М _С, обусловленный наличием трения в подшипниках и щеток о контактные кольца ротора.Кроме того, ротор несет на себе нагрузку в виде стрелки, шкалы или различных контактных устройств. Поэтому ротор СП точно в согласованное положение не устанавливается в принципе. Чем больше момент сопротивления и нагрузка, тем больше ошибка в передаче угла. Существенное влияние на точность передачи угла оказывают величина и равенство сопротивлений обмоток синхронизации и соединительных проводов, а также магнитная симметрия сельсинов.

Различают ошибки синхронной передачи угла поворота в статическом и динамическом режимах, называемые статическими и динамическими.

Статической ошибкой является разность углов поворота сельсинов, зафиксированная в их неподвижных состояниях.

Динамической ошибкой в каждый данный момент является разность углов поворота сельсинов, зафиксированная в процессе вращения.

Под максимальной статической ошибкой понимают полусумму абсолютных значений максимальной ошибки приемника, полученную при вращении датчика в двух направлениях в пределах одного оборота. Например, при наибольших ошибках по часовой стрелке D a = 0,7°, а против часовой D a = 0,8°, максимальная ошибка определяется из выражения

Достоинством индикаторного режима является простота конструкции, а недостатком – низкая точность передачи угла.

В зависимости от точности воспроизведения угла поворота сельсинов им присваивается один из трех классов точности:

первый – при погрешности до 0,5°;

второй – от 0,5 до 1,5°;

третий – от 1,5 до 2,5°.

В индикаторном режиме сельсины широко используются для указания положения блоков детектирования в аппаратуре контроля нейтронного потока и в указателях положения арматуры АСУ ТП.

Более глубоко изучить работу сельсинов поможет учебник [3].