Погрішності в сельсинах та способи їх зменшення

 

Погрішності синхронних передач кута з сельсинами можливо поділити на три групи: технологічні, конструктивні та експлуатаційні.

Технологічні погрішності визначаються недоліками у виготовленні сельсина. Це неточність статичного й динамічного балансування, перекіс ротора, нерівномірність повітряного зазору машини; неоднаковість магнітних властивостей сталі машини в різних радіальних напрямах; різні опори обмоток; наявність короткозамкнених витків.

Майже всі похибки сельсинів при повороті ротора змінюються періодично. Для різних видів похибок число періодів за один оберт різне. Від неточності балансування ротора – один період, за рахунок неточностей у виготовленні – два періоди і т. д.

В динамічному режимі роботи індикаторних сельсинів при неточному балансуванні ротора внаслідок періодичної дії сил ваги виникають вимушені коливання ротора.

При критичних швидкостях обертання частота вимушених коливань дорівнює власній частоті коливань ротора. Тому похибка передачі так зростає, що може призвести до порушення нормальної роботи передачі.

За нерівності параметрів променів обмотки синхронізації похибки зменшують вмиканням додаткових активних, індуктивних та ємнісних опорів.

Погрішності, які викликані конструктивними обмеженнями, виникають внаслідок несинусоїдності просторової кривої МРС (недосконалість обмоток та зубчаста будова статора й ротора; насичення магнітного ланцюга; інерційності ротора; наявності тертя в ковзних контактах, підшипниках і т. д.; у зв’язку з наявністю зовнішнього демпфера).

Внаслідок наявності зубцевих гармонік поля періодичність похибки за один оберт становить z±1, де z – число пазів ротора.

Похибки від несинусоїдності МРС в індикаторних сельсинах виявляються менше, ніж в трансформаторних, внаслідок двостороннього живлення. Для зменшення цих похибок застосовують скорочення кроку обмотки, скіс пазів ротора й статора. Наявність демпферної обмотки в трансформаторному сельсині екранує поперечний магнітний потік та підвищує точність роботи.

Квадратична залежність М_стах(U), яка визначена формулою (16.49), справедлива лише при ненасиченому магнітному ланцюзі машини. Якщо магнітний ланцюг насичений, то у зв’язку з не однаковим магнітним станом сельсинів виникає різний ступінь залежності М_стах(U) у індикаторних та Е(U) у трансформаторних сельсинів. Це призводить до появи додаткової кутової або потенціальної похибки.

Тому сельсини виконують з ненасиченим магнітним ланцюгом, а для трансформаторних сельсинів застосовують як магнітний матеріал пермалой. В динамічному режимі виникає похибка, яка обумовлена моментом інерції ротора. Вона визначається коефіцієнтом динамічної добротності, який визначається формулою (12.3).

Як в статиці, так і в динаміці виявляється момент тертя в підшипниках, ковзних контактах і т. д. При цьому похибка визначається статичним коефіцієнтом добротності, який визначається формулою (12.2).

Наявність зовнішнього демпфера створює навантаження на валу сельсина-приймача. Тому виникає додатковий кут непогодженості (похибка).

В трансформаторному режимі, особливо при обертанні сельсинів, на вихідній обмотці сельсина-приймача з’являється напруга, яка не зникає навіть при θ=0 (нульовий сигнал). У загальному вигляді нульовий сигнал не співпадає за фазою з вихідною напругою Е (рис.16.9) і може бути розкладений на складові: яка співпадає за фазою з Е (напруга похибки) та зсунуту відносно Е на 90º (залишкова напруга за основною гармонікою). Крім того, виникають залишкові ЕРС вищих часових гармонік. Основні причини появи нульового сигналу – конструктивні та технологічні обмеження у виготовленні. Зкомпенсувати нульовий сигнал можливо підбираючи та встановлюючи додаткові опори в ланцюзі обмоток синхронізації.

Експлуатаційні погрішності виникають внаслідок коливань мережевих напруг та частоти, змін температури обмоток та оточуючого середовища, нерівномірної швидкості обертання ротора сельсина, великої швидкості обертання (швидкісна похибка), відносно великих струмів навантаження в трансформаторних та моменту навантаження в індикаторних сельсинах. Коливання мережевої напруги, у зв’язку із залежністю М_стах від U², допускаються не більше, ніж ±10% від U_н.

Розглянемо вплив на погрішності змін частоти мережевої напруги. ЕРС, яка індукується в обмотці А₁ (рис.16.5) при θ=0:

,

тобто

. (16.100)

З іншого боку:

. (16.101)

Синхронізуючий момент:

. (16.102)

Враховуючи у (16.102) формули (16.100), (16.101), одержимо:

. (16.103)

Оскільки в формулі (16.101) вважалось, що r≈0, у залежності (16.103) одержано ƒ ². В дійсності r має такий же порядок, як і х. Тому степінь ƒ буде дещо меншим від двох.

Якщо зі змінною частотою f величина E_m остається незмінною (U=const), то М_с змінюється зворотнопропорційно ƒ ². Якщо ж зі зміною ƒ змінюється U, то М_с змінюється в малих межах. Звичайно ƒ коливається в межах ±5%.

Зі зміною температури обмоток змінюється їх опір, тому змінюється й М_с.

Нерівномірна швидкість обертання створює додаткові динамічні похибки внаслідок впливу моменту інерції ротора приймача.

З формули (16.51) можливо зробити висновок про те, що зі збільшенням відносної швидкості ν зменшується динамічний момент М_Д. Тому зростає швидкісна динамічна похибка синхронної передачі. Тому при даній дійсній швидкості обертання величину ν зменшують за рахунок підвищення синхронної швидкості ω_с, тобто підвищенням частоти до 400÷500 Гц.

Якщо сельсин-трансформатор живить вхід електронного або напівпровідникового підсилювача, то струмом в обмотці можливо знехтувати, вважаючи U_вих=Е. Якщо ж z_н малий (вхід магнітного підсилювача), то створюється погрішність, яка залежить від z_н:

. (16.104)

Крім того, внаслідок впливу реакції якоря змінюються магнітний потік Ф та ЕРС Е_тах, що призводить до додаткових погрішностей.

В залежності від допустимих погрішностей сельсини поділяються на класи точності. Для індикаторних сельсинів існує три класи точності:

Клас точності
Δθтах в градусах	0.5	1.0	1.5

Трансформаторні сельсини поділяють на шість класів:

Клас точності
Δθтах в мінутах	±1	±2	±5	±10	±20	±30

Якщо використовувати сельсини-трансформатори в індикаторному режимі, то внаслідок малої крутості початкової частини характеристики М(θ) передача буде виконуватись зі значними похибками.

Для визначення похибок в індикаторних сельсинах відхиляють вал датчика послідовно на кути 10º, 20º і т. д. до 360º. При цьому вимірюють положення валу приймача в погодженому положенні. Дослід проводиться для двох напрямів та будується крива Δθ(θ_д). Максимальна середня статична похибка, яка визначає клас точності сельсина, визначається, як

. (16.105)

Точність трансформаторних сельсинів визначається аналогічно, причому погодженим вважається положення, при якому Е=Е_тіп. За числом періодів зміни похибок можливо визначити їх природу.

 

Сельсин-двигун

 

У тих випадках, коли потрібні невеликі моменти на валу сельсина-датчика та відносно великі – на валу сельсина-приймача (якщо, наприклад, ротор сельсина-датчика механічно пов'язаний зі стрілкою приладу й М_сд впливає на його точність), як сельсин-приймач може бути використаний сумісний сельсин-двигун (рис.16.19). Двигун виконується з порожнистим ротором. Обмотка синхронізації розташовується на зовнішньому (зс), а збудження – на внутрішньому (вс) статорі.

Рис. 16.19. Схема вмикання сельсина-двигуна

 

З’єднання обмотки збудження з мережею здійснюється через ковзні контакти.

При погодженому положенні сельсинів у сельсині-двигуні потоки обох обмоток діють по подовжній осі й створюють пульсуюче магнітне поле. З появою кута непогодження з’являється поперечний магнітний потік обмоток синхронізації. Потік, створюваний обмоткою збудження, внаслідок наявності конденсатора С, буде зсунутий відносно Ф_q у часі та просторі. Тому виникає обертове магнітне поле. Ротор двигуна обертається й повертає через редуктор на заданий кут об’єкт керування та внутрішній статор. Обертання ротора, тобто відпрацювання кута, продовжується доти, доки поле знов не стане пульсуючим, тобто не стане θ=0.

Сельсин-двигун дозволяє одержати М_стах=1 Н·м/град замість звичайно одержуваних на валу сельсина-приймача М_стах=0.0005÷0.28 Н·м/град.

 

Контрольні запитання

1. Що таке система синхронної передачі? Що таке синхронність та син фазність? Який склад системи синхронної передачі?
2. Що таке сельсин? Що таке індукційні системи синхронної передачі? Які їхні різновиди й переваги, режими роботи?
3. Де та для чого застосовують синхронні передачі?
4. Чим визначається точність синхронної передачі? Режими повороту та обертання. Які основні вимоги ставляться до систем синхронної передачі?
5. Як класифікуються сельсини? Якими показниками характеризується робота сельсинів?
6. Що таке трифазні сельсини та яка схема їхнього вмикання? Пояснити принцип їхньої дії.
7. Пояснити основний недолік трифазної системи синхронної передачі за допомогою відповідних графіків та співвідношень.
8. Пояснити конструкцію контактних однофазних сельсинів.
9. Що таке індикаторний режим роботи контактних однофазних сельсинів? Коли та де такий режим застосовується? Поясніть склад та принцип дії такої системи синхронної передачі. Які основні показники такої передачі?
10. Як визначаються основні показники сельсинної індикаторної передачі?
11. Статичний та динамічний режими роботи сельсинів. Явище розносу. Застосування демпферів.
12. Навести схему та пояснити дію сельсинної передачі у трансформаторному режимі.
13. Навести схему вмикання та пояснити принцип дії одновісних сельсинів.
14. Навести різновиди конструкцій та пояснити принцип дії безконтактних сельсинів.
15. Навести схему вмикання та пояснити принцип дії магнесинів. Де вони застосовуються?
16. Навести схему вмикання та пояснити принцип дії, режими роботи та застосування диференціальних сельсинів.
17. Які режими роботи сельсинів називають спеціальними? Зробіть аналіз роботи кількох приймачів від одного датчика.
18. Які особливості роботи сельсинної передачі з великими відстанями між датчиком та приймачем?
19. Як класифікуються погрішності в передачі кута? Охарактеризуйте технологічні та конструктивні погрішності.
20. Охарактеризуйте експлуатаційні погрішності сельсинної передачі.
21. На які класи точності поділяють сельсини? Як визначаються похибки в індикаторних та трансформаторних сельсинах?
22. Поясніть призначення, схему вмикання та принцип дії сельсина-двигуна.