На рис.9.1. показана принципиальная схема машинного телеграфа с индукционными системами синхронной связи и электромеханическим устройством выявления их рассогласования для включения вызвной сигнализации.
Рис.9.1
Система синхронной связи для передачи команд не имеет переключателей и состоит из одного сельсина-датчика команд ДК основного прибора, телеграфа КП2 и двух параллельно включенных сельсинов-приемников команд ПК, один из которых расположен в исполнительном приборе телеграфа ИП1 в ЦПУ, а другой – в исполнительном приборе телеграфа ИП2 машинного отделения (на схем не показан). Бортовые командные приборы телеграфа КП1 и КА3 (на схеме не показаны), расположенные вместе с основным прибором КП2 в рулевой рубке, датчиков команд не имеют. Рукоятки задания команд всех приборов телеграфа рулевой рубки связаны механически между собой и с сельсином-датчиком команд ДК основного прибора КП2.
Система синхронной связи для репитования команд имеет переключатель ПТ на два положения, посредством которого может подключаться сельсин-датчик репитования команд ДО1 исполнительного прибора телеграфа ИП1 в ЦПУ или такой же сельсин-датчик исполнительного прибора телеграфа ИП2 машинного отделения. В любом случае в систему синхронной связи для репитования команд включен один сельсин-датчик ДО и все сельсины-приемнки репитованных команд ПО основного прибора КП2 и приборов КП1 и КП3 телеграфа рулевой рубки.
Устройство вызывной сигнализации состоит из контактного элемента КС выявления рассогласования осей сельсина-датчика ДК и сельсина-приемника ПО2 основного командного прибора телеграфа КП2, электромагнитного реле сигнализации РС и трещотки Тщ. В линии связи, соединяющей обмотки синхронизации сельсинов-датчиков и сельсинов-приемников, последовательно включены электротепловые реле РТ1 и РТ2. Для сигнализации о включении-отключении в каждом приборе телеграфа установлено специальное электромагнитное реле с сигнальным флажком – бленкер (Бл). Подсветка шкалы в каждом приборе осуществляется от малогабаритных ламп накаливания ЛО. В приборах телеграфа, установленных в рулевой рубке, предусматривается плавная регулировка и выключение подсветки шкалы при помощи реостата R2. В цепях возбуждения сельсинов, в цепях сигнализации и подсветки устанавливают плавкие предохранители для отключения этих цепей при коротких замыканиях.
При включении телеграфа выключателем В подается напряжение на обмотки возбуждения сельсинов, обмотки бленкеров и на лампы подсветок. Бленкеры срабатывают и убирают с видимой шкалы приборов сигнальные флажки с надписью «Не работает». Роторы сельсинов-приемников устанавливаются под действием синхронизирующего момента в положение, заданное сельсином-датчиком. При перестановке рукояток командных приборов КП1, КП2 и КП3 проворачивается связанный с ними ротор сельсина-датчика ДК, а роторы сельсинов-приемников репитованных команд ПО1, ПО2 и ПО3 остаются в исходном положении. С помощью контактного устройства КС выявляется рассогласование осей роторов сельсинов ДК и ПО2 основного командного прибора КП2 и замыкается цепь обмотки реле РС. Реле РС срабатывает и при этом включается вызывная сигнализация. В ЦПУ или в МО репетуют полученную команду. При этом ротор сельсина-датчика ДО1 (ДО2) устанавливается в положение, заданное сельсином-датчиком ДК и сельсином-приемником ПК1 (ПК2). Под действием синхронизирующих моментов проворачиваются роторы сельсинов-приемников ПО1, ПО2 и ПО3 и рассогласование систем синхронной связи устраняется. Контакты КС размыкаются и отключают вызывную сигнализацию
Сельсинами называют электрические микромашины переменного тока, обладающие способностью самосинхронизации и применяемые в синхронных системах дистанционной передачи угла в качестве датчиков и приемников. Передача угловой величины в такой системе происходит синхронно, синфазно и плавно. При этом между устройством, задающим угол (датчиком), и устройством, принимающим передаваемую величину (приемником), существуют только электрические соединения в виде линии связи.
Сельсины бывают трехфазные силовые и однофазные, однако в системах управления практически используются только однофазные.
Однофазные сельсины работают в основном в двух режимах. В индикаторном режиме датчик поворачивается принудительно, а приемник устанавливается в согласованное с датчиком положение под воздействием собственного синхронизирующего момента. Этот режим используют в системах контроля угла поворота объекта. Погрешность передачи порядка 0,5°-1,5°.
В трансформаторном режиме датчик поворачивается принудительно, а приемник вырабатывает напряжение, являющееся функцией угла рассогласования. Этот режим наиболее часто используют в системах управления углом поворота объекта.
Однофазный сельсин может работать как в индикаторном, так и в трансформаторном режимах в качестве датчика и приемника. Однако ввиду специфичности предъявляемых требований выпускаемые сельсины предназначаются для конкретного режима работы.
Основные требования, предъявляемые к дистанционным передачам на сельсинах:
1) высокая статическая и динамическая точности. Статическая точность определяется погрешностью следования в режиме медленного поворота, а динамическая – в режиме вращения с меняющейся по заданному закону угловой скоростью. Погрешность следования дистанционной передачи – это отклонение угла поворота ротора сельсина -приемника от угла поворота сельсина-датчика в положении согласования;
2) способность к самосинхронизации в пределах одного оборота, т.е. свойство системы на сельсинах занимать только одно устойчивое согласованное положение в пределах оборота;
3) сохранение свойства самосинхронизации и заданной точности при высоких угловых скоростях и наличии в системе нескольких приемников.
Однофазные сельсины по конструкции и наличию скользящего контакта можно подразделить на контактные и бесконтактные.
Рис 9.2
Контактные сельсины состоят из двух частей: статора и ротора. На статоре (или роторе) располагают однофазную обмотку возбуждения В (рис. 9.2, а); на роторе (или статоре) – обмотку синхронизации С. Конструктивно они подобны синхронным машинам с электромагнитным возбуждением.
У однофазных сельсинов обмотку синхронизации выполняют по типу трехфазной, т.е. три отдельные обмотки смещены в пространстве на 120° и соединены в звезду. Обмотка синхронизации всегда распределенная; обмотка возбуждения может быть и распределенной, и сосредоточенной.
Число пар полюсов в сельсине выбирают равным единице (рм=1), чтобы получить самосинхронизацию в пределах одного оборота.
Обмотка возбуждения сельсина создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток, проходя по магнитопроводу сельсина, пересекает витки обмотки синхронизации и наводит в них трансформаторные ЭДС, зависящие от угла поворота ротора. Так как при повороте ротора взаимоиндуктивность между обмотками возбуждения и синхронизации плавно изменяется по закону косинуса, то в обмотке синхронизации наводятся фазные ЭДС, пропорциональные косинусу угла поворота ротора.
У некоторых сельсинов имеется короткозамкнутая демпферная обмотка Д, расположенная перпендикулярно обмотке В.
Принцип работы сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток: на статоре или на роторе. Однако наиболее распространены (рис. 9.2, б) сельсины с обмоткой возбуждения 4, расположенной на роторе 3, и обмоткой синхронизации 2 на статоре 1. У них меньше контактных колец 6 и щеток 7, что обеспечивает более высокую надежность, меньший момент трения и объем сельсина. В цепи передачи сигнала (линии связи обмоток синхронизации) отсутствуют скользящие контакты. При такой конструкции проще выполнить на роторе демпферную обмотку 5.
Бесконтактные сельсины
Наличие скользящих контактов значительно снижает надежность контактных сельсинов. Поэтому были разработаны также бесконтактные сельсины: с униполярным возбуждением ротора со стороны статора и с переходным кольцевым трансформатором. В настоящее время широко применяют бесконтактные сельсины с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной обмоткой синхронизации, расположенными на статоре, вследствие чего отпадает необходимость в скользящих контактах.
Рис.9.3. Устройство бесконтактного сельсина:
1-обмотка возбуждения, 2- обмотка синхронизации, 3 — пакет ротора, 4- промежуток из немагнитного материала, 5 — тороиды, 6 —пакет статора, 7 — внешний магнитопровод, 8 — корпус, 9 — пазы статора.
Ротор бесконтактного сельсина (рис. 9.3) имеет два стальных пакета, разделенных немагнитным материалом (обычно сплавом алюминия). Пакеты ротора собраны из стальных листов, размещенных в плоскости, параллельной оси вала. На статоре расположены стальной пакет с распределенной обмоткой синхронизации, два боковых кольца (тороиды), две тороидальные катушки обмотки возбуждения и внешний магнитопровод. Стальной пакет, в котором размещена обмотка синхронизации, и тороиды собраны из листов, расположенных перпендикулярно оси вала, а внешний магнитопровод—из листов, расположенных параллельно оси вала. Следовательно, во всех элементах магнитной системы сельсина плоскость листов параллельна направлению силовых магнитных линий. Тороидальные катушки обмотки возбуждения должны быть включены так, чтобы направление тока в них в любой момент времени было согласованным. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается в каждом элементе магнитной системы сельсина по пути, показанному на рис. 9.2, в штриховыми линиями со стрелками. Из одного пакета ротора он проходит через небольшой воздушный зазор, а затем по статору переходит во второй пакет ротора, охватывая проводники обмотки синхронизации. Непосредственному переходу потока из одного пакета ротора в другой препятствует косой промежуток, заполненный немагнитным материалом. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый пакет. При повороте ротора изменяется положение оси потока относительно обмоток синхронизации, поэтому э. д. с., индуктируемая в фазах обмотки синхронизации, будет зависеть от угла поворота ротора, так же как и в контактных сельсинах, вследствие чего принцип действия этих видов сельсинов будет одинаковым.
Недостатком бесконтактных сельсинов является худшее использование материалов, чем в контактных сельсинах, из-за больших потоков рассеяния и увеличенного тока холостого хода. При одинаковом удельном синхронизирующем моменте масса бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.
Трансформаторный режим.
Для передачи углового перемещения на расстояние с преодолением значительного момента сопротивления используются системы дистанционной передачи угла в виде следящих систем, частью которых являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. При этом по линии связи передается незначительный по мощности сигнал.
Рис 9.4
На рис. 9.4 изображена функциональная схема системы дистанционной передачи угла (следящей системы) с сельсинами в трансформаторном режиме. Выходное напряжение сельсина-приемника через усилитель мощности УМ поступает на исполнительный двигатель ИД, который через редуктор Ред. поворачивает объект управления ОУ, а вместе с ним и ротор сельсина -приемника на угол, заданный датчиком. После поворота ОУ и ротора приемника на угол ?д=?п магнитный поток сельсина-приемника Фп вновь будет перпендикулярен к оси выходной обмотки, выходное напряжение станет равным нулю и система будет находиться в новом положении устойчивого равновесия.
Трансформаторные системы дистанционной передачи угла в зависимости от погрешности следования делятся на семь классов точности: в высшем классе точности статическая погрешность не превышает ± 0,1’, в низшем классе статическая погрешность достигает + 30’. Трансформаторные сельсины позволяют, как правило, создавать системы с погрешностью от ±5’ до ±30’.
Погрешность определяется в основном конструктивными и технологическими факторами: асимметрией обмоток, неравномерностью магнитной проводимости вдоль окружности машины, разбросом параметров датчика и приемника и т.д. При прочих равных условиях погрешность следования тем меньше, чем больше крутизна Sc. Это можно объяснить следующим образом. Технологические погрешности и разброс параметров датчика и приемника приводят к тому, что в согласованном положении системы ( ?д=0) на выходе приемника появляется добавочная ЭДС Едоб. ЭДС Едоб имеет в общем случае две составляющие: ЭДС ошибки Еош, совпадающую по фазе с выходной ЭДС Еy, и остаточную ЭДС Еост, сдвинутую по фазе на 90°. ЭДС ошибки может быть скомпенсирована выходной ЭДС Еу путем дополнительного поворота ротора приемника на угол, при котором Еy= -Еош. Это значит, что исполнительный двигатель следящей системы повернет объект управления и ротор приемника на угол ?д??п, т.е. появится угловая ошибка (погрешность следования) ??т=Еош/Sт.
Следует иметь в виду что крутизна сельсина-приемника уменьшается при увеличении расстояния между датчиком и приемником, так как увеличивается сопротивление линии связи Rл, уменьшается ток и поток обмоток синхронизации и снижается ЭДС Еy. Это накладывает определенные ограничения на допустимое расстояние между датчиком и приемником (до нескольких сотен метров по длине линии связи). У трансформаторной системы дистанционной передачи угла могут быть и эксплуатационные погрешности, возникающие в результате влияния условий эксплуатации на крутизну сельсина-приемника. Изменение сопротивления нагрузки в цепи обмотки управления сельсина -приемника сказывается на крутизне Sп, так как меняется внутреннее падение напряжения и реакции обмотки управления на поток Фп. Крутизна Sп изменяется пропорционально амплитуде напряжения возбуждения датчика.