Сельсинные датчики

Сельсины представляют собой малогабаритные самосинхронизирующиеся электрические машины переменного тока, сходные по конструкции с синхронными машинами. Сельсины бывают контактными и бесконтактными.В контактных сельсинах на статоре размещают однофазную, а на роторе – трехфазную обмотки или наоборот. В бесконтактных сельсинах на статоре размещают обе об мотки, а ротор выполняют специальной конструкции с немагнитной прослойкой.

Основными режимами работы сельсинов являются индикаторный и трансформаторный. В обоих режимах одновременно используют два сельсина – сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП).Индикаторный режим применяют для контроля и дистанционной передачи угла поворота и различных величин (уровня, давления, толщины материала, натяжения и т. д.), преобразованных предварительно в угловое перемещение, в тех случаях, когда на выходе не требуется значительного вращающего момента. Трансформаторный режим применяют для преобразования угла рассогласования двух механических не связанных осей в выходное напряжение.

В индикаторном режиме однофазные обмотки возбуждения (ОВ) СД и СП включают в общую однофазную цепь переменного тока, а трехфазные обмотки синхронизации соединяют между собой одноименными зажимами (рис. 2.29, а).Между СД и СП имеются только электрические связи.

Переменный ток, протекающий по однофазным ОВ, создает в обоих сельсинах пульсирующие магнитные потоки Ф. Эти потоки индуктируют ЭДС в обмотках синхронизации СД и СП, действующие значения которых определяются по формулам:

(2.37)

а б

Рис. 2.29. Схемы включения сельсинов в индикаторном (а)
и трансформаторном (б)режимах

При согласованном положении роторов обоих сельсинов (θ _д = θ _п) в одинаковых фазах СД и СП будут индуктироваться равные по величине ЭДС. Эти ЭДС уравновешивают друг друга, так как обмотки синхронизации включены встречно. Следовательно, тока в обмотках синхронизации сельсинов при θ _д = θ _п не будет и роторы обоих сельсинов будут неподвижны.

При повороте ротора СД на угол θ _д > θ _п в обмотках синхронизации сельсинов возникнут токи

I = Δ E / (2 Ζ _ф),

где D Е = Е _п– Е _д – результирующая ЭДС; Ζ _ф – сопротивление одной фазы.

Эти токи, взаимодействуя с магнитным потоком ОВ, обусловят возникновение вращающего синхронизирующего момента М _с, который повернет ротор СП на угол θ _п. Величина момента

М _с = M _maxj(q). (2.38)

где М _mах – максимальный момент сельсина, определяемый его параметрами; q = θ _д – θ _п – угол рассогласования.

Моментно-угловая зависимость М _с = j(q)является статической характеристикой сельсинной пары, работающей в индикаторном режиме (рис. 2.29, а).При малых углах рассогласования (θ < 30°) статическая характеристика линейна:

M _c = k q,

где k = M _c / q – коэффициент передачи, Н× м / град.

В случае, когда командная ось вращается с постоянной угловой скоростью, говорят о динамическом режиме работы системы синхронной передачи угла. При этом исполнительная ось вращается с той же скоростью и в том же направлении, что и командная ось. Синхронизирующий момент в динамическом режиме определяется согласно выражению

,

где n – частота вращения ротора сельсина-датчика в об/мин;

р – число пар полюсов машины (обычно р = 1);

f – частота питающего напряжения в Гц.

Точность дистанционной передачи сельсинными измерительными устройствами зависит от момента трения и нагрузки на валу. В зависимости от величины погрешности Δ θ сельсины делят на три класса точности: Ι – Δ θ = ±0, 75°, II – Δ θ = ±1, 5°; III – Δ θ = ±2, 5°.

В трансформаторном режиме работы сельсинов (рис. 2.29, б) угловое рассогласование между сельсинами (q = θ _д – θ _п) преобразуется в выходное напряжение. К сети переменного тока подключают только однофазную обмотку возбуждения СД, а однофазная обмотка СП, называемого сельсином-трансформатором (СТ), является выходной, с которой снимается напряжение U _вых. Пульсирующий магнитный поток Ф, создаваемый током ОВ сельсина-датчика, по-прежнему индуктирует Ε _1д, Е _2д, Е _3д в трехфазной обмотке, под действием которых в обмотках сельсинов возникают токи

I ₁ = Ε _1д / 2 Z; I ₂ = Е _2д / 2 Z; I ₃ = Е _3д / 2 Z. (2.39)

Эти токи создают в СТ магнитный поток Ф_т, направленный в зависимости от угла рассогласования под углом q = θ _д – θ _п к продольной оси выходной однофазной обмотки. В выходной обмотке наводится ЭДС E _вых» U _вых, являющаяся выходным сигналом: U _вых = U _maxcosq.

Так как нулевой отсчет соответствует сдвигу роторов СД и СП на 90°, то

U _вых = U _max cos (q + 90) = U _max sin q. (2.40)

Зависимость U _вых = φ (θ) является статической характеристикой сельсинов в трансформаторном режиме.При малых углах рассогласования (sin q» q) выходное напряжение U _вых = k q, где k = U _вых/q – коэффициент передачи, В/град. Обычно для сельсинов U _{вых mах} = 50 – 100 В, k = 0, 55 – 1, 10 В/град. При повороте ротора СД в обратном направлении от согласованного (–q_д) фаза выходного напряжения изменяется на 180°.

Сельсины, наряду с использованием в устройствах для преобразования и передачи угла поворота или вращения, применяются также в следящих системах.

В трансформаторном режиме (рис. 2.29, б)роторы сельсинов-трансформаторов СТГО и СТТО соединяют между собой так же, как и сельсины-приемники. Если ротор СДГО повернуть на угол θ _вх, то ротор СДТО повернется на угол i θ _вх, где i = 30 – 40 – передаточное число механического редуктора (обычно выбирают нечетное число i).

В динамическом отношении сельсины являются безынерционными элементами.