Работа сельсинов в трансформаторном режиме

 

Простейшая трансформаторная система синхронной связи (рис. 6.14) состоит из двух сельсинов — приемника и датчика, соединенных линией связи, усилителя (У) и исполнительного двигателя (ИД), вал которого механически соединен с валом ротора сельсина-приемника (обратная механическая связь).

 

 

Однофазная обмотка сельсина-датчика ОВ_Д подключается к сети переменного тока. Ток этой обмотки создает пульсирующий магнитный поток Ф_вд, который, сцепляясь с обмоткой синхронизации, наводит в ее фазах следующие ЭДС:

 

 

где Е_фmax — максимальная ЭДС, наводимая магнитным потоком в однофазной обмотке возбуждения датчика.

Значения этих ЭДС зависят от расположения фаз обмотки синхронизации относительно обмотки возбуждения.

Под действием ЭДС Е_АД, Е_ВД, Е_СД (E _фД) в соединенных между собой одноименных фазах обмоток синхронизации датчика и приемника, а также в линии связи возникают токи I_А, I_В, I_С (I _ф), которые определяются значениями соответствующих ЭДС, а также полными сопротивлениями фаз датчика z _фД, приемника z _фП и линии связи z_л:

 

Считая, что фазы обмоток синхронизации датчика и приемника имеют одинаковые сопротивления и включают в себя каждая по половине сопротивления линии, т.е. z _ФД + z _л/2 = z_фП + z_л /2= z _Ф, получим

 

 

Подставив в выражение (6.7) значения ЭДС соответствующих фаз из формулы (6.6), можно найти токи I_А, I_В, I_С. Эти токи, протекая по фазам обмотки синхронизации приемника, создают пульсирующие магнитные потоки Ф _АП, Ф _ВП, Ф _СП пропорциональные магнитодвижущим силам фаз F_АП, Е_ВП, Е_СП и направленные по их осям.

В двухполюсном сельсине магнитодвижущая сила (МДС) фазы (амплитуда ее первой гармоники) может быть найдена по формуле

 

 

где w — число витков в обмотке фазы; k_w — коэффициент, зависящий от конструкции обмотки.

МДС фаз легко определить, подставив в последнее равенство токи I_А, I_В, I_С из формулы (6.7) с учетом формулы (6.6).

Потоки фаз приемника Ф _АП, Ф _ВП, Ф _СП складываясь, образуют результирующий магнитный поток Ф_П обмотки синхронизации приемника, направленный под некоторым (зависящим от угла рассогласования) углом к выходной однофазной обмотке приемника (ВО_П).

Поток Ф_п, пульсируя с частотой сети, наводит в выходной однофазной обмотке приемника ЭДС, являющееся выходным напряжением приемника U _вых.

Согласованным положением сельсинов в трансформаторной системе синхронной связи называется такое положение роторов, при котором выходное напряжение приемника U_вых равно нулю. В отличие от согласованного положения сельсинов в индикаторной системе в этом случае поворот ротора сельсина-приемника составляет 90°. Вследствие этого за начало отсчета углов в сельсине-приемнике принимается точка на оси, перпендикулярной оси однофазной выходной обмотки (см. рис. 6.14).

Сельсин-приемник в трансформаторной системе синхронной связи самостоятельно не отрабатывает заданный датчиком угол α_д, а лишь вырабатывает ЭДС выходной обмотки, изменяющуюся по закону синуса в зависимости от угла рассогласования θ. Отработка заданного датчиком угла — поворот ротора сельсина-приемника на угол α_п = α_д — осуществляется с помощью исполнительного двигателя.

Принцип действия трансформаторной системы синхронной связи (см. рис. 6.14) состоит в следующем. При выводе ротора сельсина-датчика из согласованного положения (повороте на некоторый угол α_д = θ) на выходной обмотке сельсина-приемника появляется напряжение U _вых. Это напряжение подается на вход усилителя, а затем на обмотку управления исполнительного двигателя.

Ротор двигателя начинает вращаться, поворачивая при этом ротор сельсина-приемника, с которым он механически связан. Вместе с ротором приемника поворачивается в пространстве и его магнитный поток Ф_п; при этом изменяются потокосцепление с выходной обмоткой и ее ЭДС (выходное напряжение U _вых). Роторы двигателя и сельсина-приемника поворачиваются до тех пор, пока ротор сельсина-приемника не повернется на заданный датчиком угол α_п = α_д и сельсины не займут согласованное положение, в котором поток Ф_п перпендикулярен оси выходной обмотки ВО_П и выходное напряжение сельсина-приемника U_вых, а следовательно, и напряжение на усилителе и обмотке управления исполнительного двигателя, равны нулю.

В отличие от индикаторной системы синхронной связи по проводам линии связи трансформаторной системы всегда, даже в согласованном положении, протекают токи. Сельсины-приемники в трансформаторной системе питаются не от сети (как это имеет место в индикаторной системе), а от обмотки синхронизации датчика.

 

Вращающиеся трансформаторы

 

Вращающиеся трансформаторы — это небольшие индукционные электрические машины, предназначенные для преобразования механического перемещения (угла поворота ротора α) в электрический сигнал — выходное напряжение U, амплитуда которого находится в определенной функциональной зависимости от угла поворота ротора.

Конструктивно вращающиеся трансформаторы весьма разнообразны, однако в настоящее время наибольшее распространение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы, изготовляемые аналогично двухфазным асинхронным двигателям с контактными кольцами. Пакеты статора и ротора таких вращающихся трансформаторов (ВТ) изготовляют из тщательно изолированных друг от друга листов электротехнической стали, полученных на штампах высокой точности. В полузакрытых пазах статора и ротора располагаются двухфазные обмотки, оси которых сдвинуты на 90° относительно друг друга (рис. 6.15). Обычно обе обмотки S и K статора имеют одинаковое число витков (W_s = W_K) и одинаковые активные R и реактивные сопротивления X. Обмотки ротора А и В также выполняются одинаковыми (w_A = w_B; R_A = R_B; Х_А = Х_в).

У большинства вращающихся трансформаторов концы обмоток ротора выводятся к контактным кольцам, по которым скользят щетки. Кольца и щетки обычно изготовляются из сплавов серебра. В некоторых вращающихся трансформаторах, предназначенных для работы с ограниченным углом поворота ротора, кольца и щетки заменяются гибкими спиральными пружинами из латуни (наподобие токосъемов измерительных приборов).

 

 

Особенностью вращающихся трансформаторов является то, что у них взаимоиндуктивность между первичными (статора) и вторичными (ротора) обмотками при повороте ротора на угол а изменяется строго по синусоидальному (или косинусоидальному) закону в зависимости от угла а, что при определенных условиях обеспечивает такой же закон изменения амплитуды ЭДС вторичных обмоток.

В зависимости от того, какой функцией угла поворота ротора является выходное напряжение U, различают следующие вращающиеся трансформаторы:

синусные (СВТ) — U= U _maxsinα, где U_max — максимальное выходное напряжение.

синусно-косинусные (СКВТ) — U_A = U _maxsinα; U_B = U _maxcosα;

линейные (ЛВТ) — U = k α, где k = const.

Четырехобмоточные вращающиеся трансформаторы, имеющие по две обмотки на статор и ротор, в автоматике и вычислительной технике при определенных схемах соединения обмоток используются в виде:

построителей, позволяющих производить преобразование координат, определять (строить) вектор по его составляющим;

приборов для согласования (масштабирования) напряжений отдельных каскадов — масштабных ВТ (МВТ);

трансформаторных сельсинов в системах синхронной связи;

фазовращателей.

Один и тот же вращающийся трансформатор практически может выполнять различные функции. Его выходные характеристики зависят от схем соединения и питания обмоток.