Сельсинные измерительные преобразователи. Исполнитель

- Скачано: 0
- Размер: 84 Kb Регистрация
Сельсинные измерительные преобразователи.
Цель: изучение сельсинных измерительных преобразователей и принцип их действия.
План:
1. Назначение, классификация и конструктивное исполнение сельсинов.
2. Принцип действия сельсина.
3. Индикаторный режим работы.
4. Трансформаторный режим работы.
5. Режим алгебраического суммирования угловых перемещений.
6.Погрешности сельсинов.
7.Методы повышения точности передачи и измерения угловых координат.
Вопрос: Назначение индуктивных измерительных преобразователей?
{spoiler=Подробнее}
1. Назначение, классификация и конструктивное исполнение сельсинов.
Сельсинами называются индукционные электрические микромашины, обладающие способностью синхронизации. Особенностью применения сельсинов в автоматических системах является использование их в паре: сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП). Сельсинная пара может работать в следующих режимах:
индикаторном, предназначенном для дистанционной передачи команд или управляющих сигналов;
трансформаторном, используемом при измерении разности между угловыми положениями механически не связанных валов;
алгебраического суммирования угловых перемещений двух механически не связанных между собой валов.
В первых двух режимах сельсины работают в качестве измерительных преобразователей, а в третьем режиме сельсины выполняют роль счетно-решающего устройства.
В соответствии с выбранными классификационными признаками сельсины можно подразделить на следующие виды:
по выполненным функциям в сельсинной паре- на сельсин- датчики и сельсин- приемники;
по числу фаз напряжения питания - на однофазные, применяемые для передачи на расстояние угловых перемещений и для измерения разности между угловыми положениями двух не связанных валов, и трехфазные, представляющие собой машины сравнительно большей мощности, используемые в качестве силовых синхронных передач;
по конструктивному исполнению однофазные сельсины - на машины с явно выраженными полюсами статора и явно выраженными полюсами ротора;
по точности на сельсины первого, второго и третьего классов точности;
по характеру токоподвода - на контактные и бесконтактные.
Рассмотрим конструктивное исполнение однофазных сельсинов. Если у контактного сельсина имеются явно выраженные полюса на статоре, то на них располагаются однофазная обмотка, а в пазах ротора укладывается трехлучевая (трехкатушечная) обмотка, соединенная звездой. Преимущество такой конструкции состоит в удобстве балансировки ротора.
Недостатками являются большие габариты и масса ротора, большое число токосъем-ных колец на валу ротора.
Если ротор машины имеет явно выраженные полюса, то однофазная обмотка размещается на роторе, а трехфазная укладывается в пазы статора. При таком исполнении ротор значительно легче и имеет меньше число токоподводящих колец, что приводит к снижению трения и позволяет применять сельсины данной конструкции в маломощных дистанционных передачах. Следует отметить, что при любом конструктивном исполнении напряжение питания подводится к однофазной обмотке.
Бесконтактный сельсин, как и контактный, имеет две обмотки: однофазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации. Однофазную обмотку изготавливают в виде двух кольцеобразных катушек, размещаемых между статором и торцевыми тороидальными магнитопроводами. Катушки соединяют последовательно согласно. Трехфазную обмотку синхронизации укладывают в пазах статора, соединяя лучевые секции обмотки в звезду. Ротор бесконтактного сельсина набирается из листов электротехнической стали, расположенных в аксиальном направлении. Немагнитный слой силумина, разделяющий ротор на два полюса, служит одновременно и элементом сочленения отдельных частей ротора. Внешней цилиндрический магнитопровод набирается также из листов электротехнической стали. Вопрос; Какие конструкции наиболее экономичные?
2. Принцип действия сельсина.
В основу работу однофазного контактного сельсина положено свойство изменения взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при повороте вала ротора относительно исходного положения, которое соответствует совпадению осей обмотки возбуждения и первой катушки трехфазной обмотки.
На обмотку возбуждения подается синусоидальное напряжение UBb,x=Um sin wt.
Отсутствие обмоток на роторе способствует значительному повышению надежности работы бесконтактного сельсина по сравнению с контактным, вследствие уравнения в машине скользящего контакта, являющегося часто причиной отказов.
Работа бесконтактных сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах подобна работе контактных сельсинов, поэтому в дальнейшем будем рассматривать только контактные сельсины. Вопрос: Принцип действия сельсина?
3. Индикаторный режим работы.
При работе сельсинов в индикаторном режиме трехфазные обмотки сельсин - приемника соединены трехпроводной линией. К однофазным обмоткам подводится напряжение от одного источника питания. Вал СД жестко соединяется с валом рабочего механизма. На вал СП устанавливается индикаторная стрелка, регулирующая положение вала рабочего механизма.
Сельсин - датчик преобразует угловое положение оси рабочего механизма в группу напряжений, которая в дальнейшем преобразуется сельсин — приемником в угловое положение своего ротора.
Поскольку вал СД соединен с валом рабочего механизма, для приведения которого необходима большая мощность, то под действием синхронизирующего момента, имеющего малую мощность, он сохраняет неизменным свое угловое положение.
Вал СП будет поворачиваться под действием синхронизирующего момента до полной компенсации рассогласования валов Э = а - /3 . При достижении значения & - О , что соответствует одинаковому положению валов СД и СП, синхронизирующий момент станет равным нулю. Отсюда следует, что значение синхронизирующего момента зависит от величины рассогласования 3 .
Мгновенное значение электромагнитного момента машины переменного тока
где с - конструктивная постоянная машины; aWq - поперечные ампер - витки трехфазной обмотки.
Здесь приняты во внимание только поперечные ампер - витки, определяемые посредством проекции общих ампер-витков [aW] на поперечную ось: [aW}^{aW] sin a,
т.к. продольные ампер - витки при взаимодействии с потоком возбуждения момента не создают.
Равенство моментов СД и СП позволяет ограничиваться определением синхронизирующего момента одного из сельсинов, например, сельсин - датчика, для другого сельсина значение момента будет таким же, но противоположным по знаку.
Поперечные ампер - витки можно найти из выше указанного уравнения, принимая во внимание уравнение связи между общими ампер - витками каждой фазы луча и токами, протекающими во обмотках этих фаз:
aW j=k I; sin (cot-ip), где k - коэффициент пропорциональности, а индекс i обозначает номер катушки трехфазной обмотки.
Таким образом, среднее значение синхронизирующего момента пропорциональна синусу угла рассогласования валов сельсинов.
Равновесное состояние наступает в двух точках ( 3 =0, 9 = п ), однако точка 3 = л является точкой неустойчивого равновесия, т.к. при увеличении рассогласования .9 в окрестности этой точки появляется отрицательный момент, стремящийся еще более увеличить 3до положения & -2л: (3 = 0 ) , а при уменьшении рассогласования появляется положительный момент, уменьшающий рассогласование до значение & = О .
Чувствительность системы характеризуется крутизной характеристики Мс( &), которая определяется величиной максимального значения синхронизирующего момента Мтах. С возрастанием момента Мтах чувствительность увеличивается. Вопрос: Как повысить чувствительность характеристик сельсина?
4. Трансформаторный режим работы.
При работе в трансформаторном режиме вал СД жестко связан с валом первого рабочего механизма РМ1, а вал СП - с валом второго механизма РМ2. Трехфазные обмотки сельсинов соединены трехпроводной линией связей. Обмотка возбуждения СД питается переменным током постоянной амплитуды и частоты. С однофазной обмоткой СП снимается выходной сигнал.
Магнитный поток Фв> создаваемый током, протекающий в обмотке возбуждения СД, индуктирует в катушках трехфазной обмотки СД э.д.с.. Под действием этих э.д.с. по соединительным проводам и обмоткам потекут токи, которые создадут магнитодвижущую силу, определяемую ампер - витками каждой катушки.
Таким образом, общие ампер - витки ротора всегда совпадают с продольной осью, или, что то же самое, всегда направлено под углом а оси первой катушки.
Т.к. в обмотке СП протекают те же токи, что и в обмотках СД но имеющие противоположные направления, то магнитодвижущая сила, созданная ими, в СП будет иметь линию действия, направленную под углом а к оси первой катушки. Направление же вектора магнитодвижущей силы СП будет противоположна по отношению к м.д.с. сельсин - датчика.
Косинусоидальная зависимость представляет собой статистическую характеристику сельсинов в трансформаторном режиме. Обычно в системах управления требуется, чтобы при отсутствии рассогласований выходной сигнал равнялся нулю. Такое требование можно реализовать в сельсиннои измерительной системе, если при согласованном положении валов рабочих механизмов роторы сельсинов рассогласовать на 90°, а уже затем жестко соединить их с валами рабочих механизмов. При изменении знака рассогласования фаза выходного сигнала меняется на противоположную.
Динамические свойства сельсинного датчика соответствует динамическим свойствам параметрических датчиков перемещения переменного тока, т.е. в первом приближении при линейной аппроксимации статической характеристики сельсин - датчик можно считать безынерционным звеном с передаточной функцией W(p)=k. Вопрос: Преимущество трансформаторного режима?
5. Режим алгебраического суммирования угловых перемещений.
В режиме алгебраического суммирования угловых перемещений двух механически не связанных валов функция суммирования выполняется дифференциальным сельсином ДС, включаемым в промежутке между двумя сельсин - датчиками, роторы которых механически сочленяются с валами двух рабочих механизмов.
Принцип действия такой схемы состоит в следующем. Потоки возбуждения сельсин -датчиков создаются обмотками возбуждения, питаемыми переменным напряжением. В исходном положении, соответствующем согласованному состоянию входных валов сельсин - датчиков и выходного вала дифференциального сельсина, векторы результирующих потоков статора Фи ротора Ф2 дифференциального сельсина совпадают по направлению, следовательно, ротор ДС остается неподвижным. При повороте ротора СД1 по часовой стрелке на угол а результирующий магнитный поток Ф] статора дифференциального сельсина повернется на тот же угол, но против часовой стрелки. Поворот ротора СД2 по часовой стрелке на угол а 2 приведет к повороту на тот же угол, но в противоположную сторону результирующего магнитного потока Фа ротора дифференциального сельсина. Т.к. потоки Ф[ и Фа оказываются направленными под углом а^а^-а друг к другу, то возникает синхронизирующий момент в расточке статора дифференциального сельсина, стремящийся развернуть его ротор на угол, соответствующий согласованному положению, при котором направление магнитных потоков Ф] и Ф2 совпадает. Очевидно, что этот угол равен разности углов поворота входных ( командных) валов. Если ротор СД2 повернут на угол а 2 против часовой стрелки, то ротор дифференциального сельсина повернется на угол, равный сумме a i + a 2. Таким образом, сельсинные измерительные преобразовательные элементы с дифференциальными сельсинами осуществляет дистанционное алгебраическое суммирование угловых перемещений двух механически не связанных валов рабочих механизмов.
Вопрос: Где можно использовать режим алгебраического суммирования сельсина? 6. Погрешности сельсинов. Методы повышения точности передачи и измерения угловых координат.
Погрешности сельсинов подразделяются на производственные и эксплуатационные. К производственным погрешностям следует отнести: -несбалансированность ротора СП; -неидентичность исполнения сельсинной пары;
-неравномерность магнитной проводимости ротора и статора из-за наличия пазов; -наличие момента трения в подшипниках и токосъемных устройствах, что приводит в появлению зоны нечувствительности.
К эксплуатационным погрешностям относятся следующие: -изменение момента трения;
-влияние изменения частоты напряжения источника питания;
-различные длины токопроводящих линий от источника к обмоткам возбуждения СД и СП; -влияние длины линий связи.
Существуют различные пути устранения погрешностей.
Так, уменьшение ошибки, определяемой наличием трения, достигается путем применения бесконтактных сельсинов. Однако наиболее распространенный способ повышения точности сельсинов основан на применении двухканальных сельсинных передач как в индикаторном, так и в трансформаторном режиме.
Контрольные вопросы:
Что такое механическая редукция?
Как реализуется электрическая редукция?
Основное назначение сельсинов?
Перечислите режимы работы сельсинов?
Как возникают погрешности сельсинов?
Литература:
1. «Элементы систем автоматического управления и контроля.» Н.И. Подлес-ный, В.Г. Рубанов.
{/spoilers}