Что такое сельсины

Сельсины: назначение, устройство, принцип действия

Сельсины представляют собой особый вид электрических машин переменного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких сот ватт (менее киловатта). Служит сельсин для дистанционной передачи механического угла поворота электрическим путем между устройствами, не имеющими между собой механической связи.

Всякий сельсин имеет статор и ротор, на которых расположены обмотки переменного тока. Существуют сельсины с однокатушечной обмоткой на статоре и трехкатушечной на роторе, и, наоборот, с трехкатушечной обмоткой на статоре и однокатушечной на роторе, и, наконец, с трехкатушечной обмоткой на статоре и с такой же обмоткой на роторе.

По своему назначению в схемах авторегулирования сельсины делятся на:

• сельсин-датчики,
• сельсин-приемники
• дифференциальные.

Для уяснения работы сельсина рассмотрим рис. 1, а.

Рис. 1. Схемы включения сельсинов: а — по системе датчик — приемник; б — сельсин-приемник в трансформаторном режиме; в — дифференциального

Сельсин-датчик и сельсин-приемник своими однокатушечными обмотками статора подключены к одной и той же сети переменного тока, а трехкатушечные обмотки ротора соединены между собой. Если теперь повернуть ротор датчика на произвольный угол, то на такой же угол повернется ротор приемника. Если ротор датчика вращать непрерывно с произвольной скоростью, то с такой же скоростью будет вращаться и ротор приемника.

Действие сельсинной связи основано на принципе электромагнитной индукции, заключающейся в следующем. Переменный ток однокатушечной обмотки статора индуктирует в трехкатушечной обмотке ротора токи, величины которых зависят от относительного расположения обмоток ротора и статора.

Если роторы обоих сельсинов расположены одинаково по отношению к своим статорам, то токи в соединительных проводах роторов равны и противоположны между собой, и поэтому ток в каждой катушке равен нулю. Как следствие, равен нулю вращающий момент на валу одного и другого сельсинов.

Если теперь вручную или иным способом повернуть ротор сельсин-датчика на определенный угол, то нарушится равновесие токов между роторами, и на валу сельсин-приемника возникнет вращающийся момент, благодаря чему его ротор будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет неравновесие, токов, т. е. пока этот ротор не примет то же положение, что и сельсин-датчик.

В системах авторегулирования нередко сельсин-приемник работает в трансформаторном режиме (рис. 1, б). В этом случае ротор приемника закрепляется неподвижно, а обмотка его статора отключается от сети. В этой обмотке индуктируется э. д. с. со стороны ротора, по обмоткам которого протекают токи, обусловливаемые положением ротора сельсин-датчика. Это означает, что величина э. д. с. на зажимах ротор приемника пропорциональна углу поворота датчика.

В исходном положении роторы смещены на 90° относительно друг друга и в этом случае индуктируемая на роторе датчика э. д. с. равна нулю. Теперь при повороте ротора-датчика на роторе приемника будет индуктироваться э. д. с. Епр, пропорциональная углу рассогласования роторов

Епр = Емакс х sin θ

Дифференциальный сельсин применяется в тех случаях, когда нужно контролировать разность углов поворота двух осей, т. е. их рассогласование. В этом случае два сельсин-датчика находятся на двух валах, скорости которых сравниваются между собой. Трехкатушечными обмотками роторы этих сельсинов соединены с трехкатушечными обмотками статора и ротора третьего сельсина, являющегося дифференциальным (рис. 1, в). Угол поворота ротора дифференциального сельсина равен разности углов поворота сельсин-датчиков.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Сельсин

Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами (от англ.  self-synchronizing ) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. При повороте одного из сельсинов (сельсин-датчика) на определённый угол в нём наводится ЭДС, отличная от первоначальной. Поскольку сельсины (их роторы) соединены, то эта же ЭДС будет возникать и во втором сельсине (сельсин-приёмнике) и по правилу левой руки он отклонится от первоначального положения на тот же угол.

Содержание

Типы и режимы работы

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные.

Трёхфазные сельсины

Трёхфазные сельсины применяются в системах, где требуется обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), находящихся на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины

Однофазные сельсины могут работать в двух режимах.

• Индикаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а сельсин-приёмник устанавливается в соответствующее ему положение.
• Трансформаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а на выходе сельсин-приёмника формируется напряжение, являющееся функцией угла рассогласования между ними.

Для обоих режимов существуют схемы включения:

• парная (датчик и приёмник),
• многократная (датчик и несколько приёмников),
• дифференциальная (два датчика и приёмник).

Недостатки, решения

• Невысокая точность синхронизации, когда сельсин находится под нагрузкой. Для этого в передающей цепи применяют пару сельсинов — «грубый» и «точный» (последний установлен через редуктор и за один оборот основного вала делает несколько оборотов). Если сигнал с грубого сельсина слабее некоторого порога, автоматика передаёт в линию сигнал с точного.
• Не нагруженный исполнительными механизмами сельсин колеблется с частотой переменного тока — приходится использовать демпферы.

В современных устройствах сельсины всё чаще заменяются энкодерами. И только там, где простота, надёжность и ремонтопригодность важнее точности (например, в авиации), сельсины всё ещё остаются незаменимыми.

См.также

Литература

• Арменский Е. В., Фалк Г. Б. Электрические микромашины: Учебн. пособие для студентов электротехнических специальностей вузов. — 3-е, перераб и доп. — М .: Высшая школа, 1985. — 231 с. — 22 000 экз.
• Электротехнические изделия / Под общ. ред. профессоров МЭИ (Гл. ред. И. Н. Орлов). — М: Энергоатомиздат, 1986. — 712 с.
• Электровоз ВЛ80С. Руководство по эксплуатации / Н. М. Васько. — М: Транспорт, 2001. — 454 с.

• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

• Информационные электрические машины

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Сельсин» в других словарях:

СЕЛЬСИН — (англ. selsyn от англ. self сам и греч. synchronos одновременный), электрическая машина для дистанционной передачи информации об угле поворота вала др. машины. Применяется, напр., для дистанционного управления, передачи на расстояние показаний… … Большой Энциклопедический словарь

сельсин — сущ., кол во синонимов: 3 • автосин (1) • дифсельсин (1) • синхронизатор (1) … Словарь синонимов

сельсин — Информационная электрическая машина переменного тока, предназначенная для выработки напряжений, амплитуды и фазы которых определяются угловым положением ротора, и применяемая в качестве датчика или приемника в системах дистанционной синхронной… … Справочник технического переводчика

сельсин — (англ. selsyn, от англ. self сам и греч. sýnchronos одновременный), электрическая машина для дистанционной передачи информации об угле поворота вала другой машине. Применяется, например, для дистанционного управления, передачи на расстояние… … Энциклопедический словарь

сельсин — (англ. selsyn self сам гр. syn (chronos) одновременный) самосинхронизирующаяся электрическая машина для передачи на расстояние информации об угле поворота вала другой машины; примен. в системах автоматики и в телемеханике. Новый словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

сельсин — selsinas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. rotary resolver; selsyn; synchro vok. Drehmelder, m; Selsyn, n rus. сельсин, m pranc. selsyn, m; synchro, m … Automatikos terminų žodynas

сельсин — selsinas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. selsyn vok. Drehmelder, m; Selsyn, m rus. сельсин, m pranc. selsyn, m … Fizikos terminų žodynas

сельсин-трансформатор — сельсин в трансформаторном режиме — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы сельсин в трансформаторном … Справочник технического переводчика

сельсин-приемник — сущ., кол во синонимов: 1 • сельсин приёмник (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

сельсин-приёмник — сущ., кол во синонимов: 1 • сельсин приемник (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Сельсины — назначение и конструкция

Среди множества электрических машин существует особая разновидность, с помощью которых в синхронных системах осуществляется дистанционная передача угла. Они известны как сельсины, назначение и конструкция этих устройств разделяет их на датчики и приемники.

Общее устройство сельсина

Данные системы способны синхронно и плавно передавать на расстояние необходимые угловые величины. Механическая связь между ними отсутствует, а все передачи выполняются за счет электрических соединений, выступающих в качестве линий связи. Мощность таких приборов находится в пределах от нескольких ватт до 1 кВт, поэтому они могут использоваться для решения многих технических задач.

В конструкцию каждого сельсина входит статор и ротор с обмотками переменного тока. В соответствии со своими особенностями, эти устройства конструктивно могут состоять из следующих элементов:

• Обмотка с одной катушкой на статоре и с тремя – на роторе.
• Обмотка с тремя катушками на статоре и с одной – на роторе.
• Обмотка с тремя катушками на статоре и с тремя – на роторе.

Как видно из представленной схемы, сельсины, задействованные в схемах автоматических регулировок, разделяются на следующие категории:

• Сельсин-датчики.
• Сельсин-приемники.
• Дифференциальные сельсины.

Основной функцией этих устройств является синхронный поворот или вращение двух или нескольких осей, не имеющих между собой механической связи. Аппарат, механически связанный с ведущей осью, считается датчиком, а другой такой же прибор, соединенный с ведомой осью называется приемником. Когда ротор датчика поворачивается на какой-то угол, то ротор приемника синхронно выполняет поворот на такой же угол.

Каждый сельсин имеет обмотки, разделяющиеся на первичную – обмотку возбуждения и вторичную – обмотку синхронизации. В зависимости от количества фаз первичной обмотки, устройства могут быть одно- или трехфазными. Вторичная обмотка практически всегда выполняется в трехфазном варианте.

Расположение первичной и вторичной обмотки не влияет на принцип работы сельсин-устройств. Тем не менее, обмотку синхронизации принято устанавливать на статоре, а обмотку возбуждения на роторе. Такое размещение позволяет снизить количество контактных колец и повысить общую надежность устройства.

Принцип действия различных схем

Принцип действия системы наглядно виден на схемах, представленных на рисунке. На схеме «а» датчик и приемник подключены через статорные однокатушечные обмотки к единой сети переменного тока, а обмотки ротора с тремя катушками соединяются друг с другом. Получается система «датчик-приемник». При повороте ротора сельсин-датчика на какую-либо величину угла, ротор приемника повернется на точно такой же угол.

Основой синхронной связи является электромагнитная индукция. Под действием переменного тока обмотки статора, в роторной обмотке индуктируются токи, на величину которых оказывает влияние расположение обмоток статора и ротора относительно друг друга.

Когда роторы в обоих сельсин-устройствах располагаются одинаково относительно статоров, токи в проводах, соединяющий роторы будут при общем равенстве противоположны между собой. Поэтому в каждой катушке ток будет равен нулю. Следовательно валы сельсинов находятся в состоянии покоя и их вращающий момент также равен нулю.

При повороте ротора сельсин-датчика на какой-то угол, данное равновесие токов нарушается и на валу приемника появится вращающий момент. Его ротор будет вращаться до полного исчезновения неравновесия токов. Это неравновесие исчезнет, когда ротор сельсин-приемника примет такое же положение, что и ротор датчика.

В автоматическом регулировочном режиме довольно часто требуется работа приемника в режиме трансформатора. На схеме «б» видно, что ротор приемника закреплен неподвижно, а обмотка статора отключена от сети. Далее в ней будет индуктироваться ЭДС под влиянием тока, протекающего по обмоткам ротора. Величина этого тока будет зависеть от положения ротора датчика. То есть величина ЭДС ротора приемника будет находиться в пропорции с углом поворота сельсин-датчика. В исходном положении оба ротора смещаются на 90 градусов между собой, поэтому ЭДС на роторе датчика будет равна нулю. Таким образом, поворот ротора датчика вызовет индукцию ЭДС на роторе приемника, пропорциональной углу рассогласования обоих роторов.

Схема «в» отображает работу дифференциального сельсина, который используется для контроля разницы углов поворота сразу двух осей. Два датчика располагаются на двух отдельных валах с одинаковыми скоростями вращения. Третий сельсин-датчик является дифференциальным, а его угол поворота представляет собой разницу между углами поворота датчиков.

Конструктивные особенности

Конструктивно синхронизирующие сельсины могут быть контактными и бесконтактными. В первом случае соединение роторной обмотки с внешней электрической цепью осуществляется с помощью щеток и контактных колец. Устройство контактных сельсинов напоминает асинхронный двигатель с маломощным фазным ротором.

Статоры и роторы таких сельсинов считаются неявнополюсными, а обмотки – распределенными. На роторе располагается обмотка возбуждения, к которой электрический ток подведен посредством двух контактных колец. Некоторые виды устройств имеют явно выраженные полюса статоров и роторов, что существенно повышает их синхронизирующий момент.

В процессе эксплуатации сельсинов контактные кольца постепенно изнашиваются и требуют замены. Этот фактор считается единственным серьезным недостатком данных устройств. Бесконтактные сельсины, назначение и конструкция которых предполагает отсутствие контактных элементов, имеют две обмотки, размещенные на статоре. Сам ротор представляет собой цилиндр, изготовленный из ферромагнитного материала. Специальная алюминиевая прослойка разделяет ротор на два полюса, изолированных друг от друга.

В торцах устройства установлены сердечники, для изготовления которых использовалась листовая электротехническая сталь. Поверхность этих сердечников со стороны внутренней части размещается над ротором. Наружная поверхность смыкается со стержнями внешнего магнитопровода.

Однофазная обмотка возбуждения представляет собой двухдисковые катушки, расположенные по обеим сторонам статора, между обмоткой синхронизации и сердечниками.

Во время работы бесконтактного сельсина происходит замыкание импульсного магнитного потока в магнитной системе. Одновременно он соединяется с трехфазной синхронизирующей статорной обмоткой. Весь путь замкнутого магнитного потока обозначен на рисунке прерывистой линией.

При повороте ротора ось магнитного потока изменяет свою позицию по отношению к синхронизирующим обмоткам. Поэтому ЭДС, возникающая в фазах синхронизирующей обмотки, находится в прямой зависимости от поворота ротора. В этом заключается принцип работы таких приборов.

Существенным недостатком бесконтактных сельсинов считается слабое и малоэффективное использование активных материалов. Масса таких моделей примерно в 1,5 раза превышает контактные конструкции, в основном из-за существенных воздушных зазоров. В результате, бесконтактные сельсины отличаются более высокими токами намагничивания и рассеивающими потоками.

Что такое сельсины и их применение

Любая отрасль промышленности содержит в своем арсенале электрические машины, которые занимают наибольшее количество устройств. Электрическая машина преобразует механическую и электрическую энергию, отсюда и название — электромеханическое устройство.

Электрические машины делятся на два типа: 1) электрогенератор — машины, преобразующие механическую энергию в электрическую энергию; 2) электродвигатели (электродвигатель) – машины, способные преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию.

Электрические машины, используемые в автоматизации, делятся на две группы: силовые электродвигатели и элементы автоматизации электрических машин. Силовые электродвигатели обычно не являются элементами автоматической системы и управляют только рабочим органом, который обычно не является объектом автоматизации.

Элементы автоматизации электрических машин составляют очень разнообразную группу электрических машин, как по назначению, так и по конструкции. Основными типами элементов автоматизации электрических машин являются исполнительные двигатели, усилители электрических машин, тахогенераторы, синхронные машины связи, вращающиеся трансформаторы.

В отличие от силовых электродвигателей, элементы автоматизации электрических машин обязательно включены в систему автоматизации и реагируют на электрические или механические воздействия, возникающие в этой системе.

Основой для создания электрических машин и трансформаторов послужил закон электромагнитной индукции, открытый М. Фарадеем. Начало практическому применению электрических машин было положено русским академиком Б.С. Якоби, который в 1834 году создал конструкцию электрической машины, явившейся прототипом современного электродвигателя.

Изобретение русского инженера М.О. Доливо-Добровольского (1889) трехфазного асинхронного двигателя, отличающегося простотой конструкции и высокой надежностью, способствовало широкому применению электрических машин в промышленности. К началу XX века были созданы почти все типы современных электрических машин и разработаны основы их теории. С тех пор электрификация промышленности и транспорта идет быстрыми темпами.

Общие сведения и классификация

В системах автоматического управления и регулирования иногда возникает необходимость передачи заданного угла поворота вала контролируемого или регулируемого объекта на расстояние или получения информации об угловом положении вала этого объекта. Для этой цели системы передачи удаленных углов используются на электрических синхронных машинах связи, называемых сельсинами. сельсины относятся к информационным электрическим машинам, так как они преобразуют угол поворота в электрический сигнал и, наоборот, электрический сигнал в угловое перемещение.

Схема сельсинов

На рис. 1 показаны структурные схемы систем дистанционной передачи угла поворота вала с помощью синхродатчика СД и синхроприемника СП, соединительных линий связи LS. При повороте вала В на угол α (рис. 1, а) датчик соединения формирует сигнал, соответствующий этому углу, который находится на линии связи на синхронном приемнике СП, где преобразуется в угловое смещение ротора СП на угол α. Рассматриваемая система называется индикаторной, так как вал ресивера вращает индикаторную стрелку И, которая влияет на шкалу угла поворота вала В. Система индикации сообщает только информацию об угловом положении артериального давления. Если требуется воспроизвести угол поворота α вала Б на каком-либо рабочем механизме, то система выполняет усилителем мощности У и исполнительным двигателем ИМ (рис. 1, б), через редуктор Р, создает на валу рабочего механизма РМ крутящий момент, достаточный для поворота вала на угол а. При этом ротор синхроприемника СП поворачивается на угол α. Такая система дистанционной передачи называется трансформатором. На рис. 1 показаны структурные схемы систем дистанционной передачи угла поворота вала с помощью синхродатчика СД и синхроприемника СП, соединительных линий связи LS. При повороте вала В на угол α (рис. 1, а) датчик соединения формирует сигнал, соответствующий этому углу, который находится на линии связи на синхронном приемнике СП, где преобразуется в угловое смещение ротора СП на угол α. Рассматриваемая система называется индикаторной, так как вал ресивера вращает стрелку индикатора И, которая влияет на шкалу угла поворота вала В. Система индикации сообщает только информацию об угловом положении артериального давления. Если требуется воспроизвести угол поворота α вала Б на каком-либо рабочем механизме, то система выполняет усилителем мощности У и исполнительным двигателем ИМ (рис. 1, б), который через редуктор Рвводит крутящий момент на валу рабочего механизма РМ, достаточный для поворота вала на угол α. При этом ротор синхроприемника СП поворачивается на угол α. Такая система дистанционной передачи называется трансформатором.

Рис. 1. Структурные схемы дистанционных систем передачи угла поворота на сельсинах: а – индикаторная, б – трансформаторная

Cельсины также используются в системах электрических валов, которые осуществляют синхронное вращение валов нескольких механизмов, расположенных на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины получили наибольшее применение в системах дистанционной передачи сигналов. Такой сельсин состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Однофазная обмотка возбуждения S расположена на статоре однофазного сельсина (рис. 2), а трехфазная обмотка синхронизации OS, соединенная звездой, расположена на роторе. Контактные кольца и щетки используются для электрического подключения обмотки ротора к внешней цепи. Кольца закреплены на валу сельсина и изолированы друг от друга. Между кольцами и щетками имеется скользящий контакт, так как кольца вращаются вместе с ротором, а щетки неподвижны.

В дополнение к рассматриваемому сельсину, называемому контактным сельсином, существуют бесконтактные сельсины, в которых все обмотки расположены на статоре, следовательно, они не имеют контактных колец и щеток.

сельсин является асинхронной электрической машиной, так как ее принцип работы основан на трансформаторном соединении между обмотками на статоре и роторе: напряжение, подаваемое на одну из обмоток, передается на другую обмотку за счет индуктивного соединения между ними.

Cельсины устройство

Сельсинами называются электрические микромашины, которые обладают способностью к самосинхронизации и используются в системах индукционной синхронной связи в качестве датчиков и приемников. Слово «сельсин» происходит от английских слов self-synchronizing, что означает самосинхронизирующийся.

Рис. 2. Схема однофазного сельсина

Принцип действия сельсина

сельсины, используемые в индукционных синхронных системах связи, и сами системы можно разделить на две группы: трехфазный источник питания и однофазный. Устройства индукционной синхронной связи используются для передачи углового перемещения или линейного, преобразованного в угловое, на расстояние. В то же время существует только электрическое соединение между устройством, которое задает угол (датчик), и устройством, которое принимает передаваемое значение (приемник). Это электрическое соединение между датчиком и приемником называется линией связи. Передача угловой величины в такой системе происходит синхронно, синфазно и плавно.

Трехфазные сельсины используются в электрических цепях вала, где требуется строго синхронное и синфазное вращение двух двигателей, удаленных друг от друга. В таких схемах сельсин работает и как датчик, и как приемник.

Однофазные сельсины могут работать в двух основных режимах:

• индикатор, когда датчик принудительно поворачивается и приемник устанавливается в положение, соответствующее датчику, под воздействием его собственного синхронизирующего момента;
• трансформатор, когда датчик принудительно поворачивается, а приемник генерирует напряжение в зависимости от угла смещения.

Для обоих режимов возможны следующие схемы: а) парилка: приемник датчика;

б) множественный: датчик – несколько приемников; в) дифференциальный: два датчика — приемник.

Однофазный сельсин может работать как в индикаторном, так и в трансформаторном режиме в качестве датчика и приемника. Однако в силу специфики требований выпускаемые сельсины рассчитаны на определенный режим работы.

Основные требования ко всем однофазным сельсинам:

• высокая статическая и динамическая точность. Статическая точность определяется величиной ошибки передачи угла в режиме медленного вращения, а динамическая точность определяется в режиме непрерывного вращения;
• способность к самосинхронизации во время одного оборота, т.е. свойство системы на сельсинах занимать только одно устойчивое последовательное положение во время оборота;
• сохранение свойства самосинхронизации при высоких скоростях вращения.

Чтобы соответствовать этим требованиям, индикаторные сельсины должны развивать наибольшие удельные и максимальные синхронизирующие моменты и иметь минимальное время простоя ротора приемник.

Трансформаторные сельсины должны иметь максимально возможное удельное выходное напряжение при заданном сопротивлении нагрузки и минимальном выходном сопротивлении приемника.

Кроме того, в зависимости от условий использования к сельсинам предъявляются и другие требования.

Конструкция однофазных сельсинов

Однофазные сельсины по конструкции и наличию скользящего контакта можно разделить на контактные и бесконтактные.

Контактные сельсины (рис. 3, а) состоят из двух частей: статора и ротора. На статоре (или на роторе) размещена однофазная обмотка возбуждения, а на роторе (или на статоре) размещена обмотка синхронизации ОС. Конструктивно они аналогичны синхронным машинам с электромагнитным возбуждением.

Рис. 3. Схемы контактных сельсин:

а — электрический, б — конструктивный: 1 – статор; 2 — обмотка синхронизации; 3 — ротор; 4 — обмотка возбуждения;
5 — обмотка демпфера; 6 — контактные кольца

В однофазных сельсинах обмотка синхронизации выполнена по трехфазному типу, т.е. три отдельные обмотки смещены в пространстве на 120° и соединены со звездой, а индуцируемая в ней ЭДС и токи, проходящие через ее отдельные обмотки, имеют одинаковое время фаза. Поэтому правильнее было бы назвать синхронизирующую обмотку трехлучевой.

Обмотка синхронизации всегда распределена. Обмотка возбуждения может быть выполнена как распределенной, так и концентрированной. Поскольку в случае распределенной обмотки характеристика крутящего момента имеет меньшую крутизну, предпочтительно использовать концентрированную обмотку возбуждения в сельсинах, предназначенных для режима индикатора. Количество пар полюсов в сельсине выбрано равным единице (p — 1), чтобы получить самосинхронизацию во время одного оборота.

Обмотка возбуждения сельсина создает пульсирующий магнитный поток. Этот поток, проходя через магнитопровод сельсина, пересекает пучки обмотки синхронизации и индуцирует в них ЭДС в зависимости от угла поворота ротора. Поскольку при вращении ротора взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и обмоткой синхронизации плавно изменяется по закону косинуса, в лучах обмотки синхронизации индуцируется ЭДС, пропорциональная косинусу угла поворота ротора.

Некоторые сельсины имеют демпфирующую обмотку OD, расположенную перпендикулярно обмотке возбуждения.

Принцип работы сельсина

Принцип работы сельсина не зависит от расположения каждой из обмоток: на статоре или на роторе. Однако наибольшее распространение получили сельсины с обмоткой возбуждения на роторе и обмоткой синхронизации на статоре (рис. 3, б). Они имеют меньшее количество контактных колец и щеток, что обеспечивает более высокую надежность, меньший момент трения и объем сельсина. В цепи передачи сигнала отсутствуют скользящие контакты (линии связи с обмоткой синхронизации). При такой конструкции легче наматывать заслонку на ротор.

Наличие скользящих контактов значительно снижает надежность контактных сельсинов. Поэтому чаще используются бесконтактные сельсины:

а) с однополярным возбуждением ротора со стороны статора;

б) с переходным кольцевым трансформатором.

В бесконтактной катушке с однополярным возбуждением подача контактного тока на ротор заменяется бесконтактной подачей магнитного потока. На рисунке 4 показана конструктивная схема такого бесконтактного сельсина.

На статоре расположен пакет основного магнитопровода 1, в пазах которого расположена трехфазная обмотка синхронизации 2. Обмотка возбуждения 3, выполненная в виде двух кольцевых катушек, также размещена на статоре. По краям статора расположены два кольцевых магнитопровода 4. Они магнитно замкнуты друг на друга пакетами внешнего магнитопровода 5, которые запрессованы в цилиндрический корпус сельсина 6.

Основной и кольцевой магнитопроводы собраны из изолированных листов электротехнической стали, продетых нитку вдоль поперечной оси катушки. Чтобы каждый лист не представлял собой короткозамкнутую катушку на пути основного потока возбуждения, вводимого вдоль продольной оси, он имеет радиальное сечение в одном месте. Сборка листов в упаковку имеет веерообразную форму, что обеспечивает равномерную магнитную проводимость упаковок вдоль любой оси. Пакеты внешней магнитной цепи заряжаются вдоль продольной оси сельсина. Ротор сельсина 7 состоит из двух пакетов, разделенных немагнитным зазором 8.

Каждый пакет собран из изолированных листов электротехнической стали, а плоскости листов ротора параллельны продольной оси сельсина. Немагнитный зазор обычно представляет собой пластик, в который запрессованы листы обоих корпусов ротора. Иногда в качестве немагнитного слоя используется силуминовый сплав.

Принцип работы бесконтактного сельсина

Принцип работы бесконтактного сельсина легко понять, проследив путь магнитного потока F.

Пусть ток в обмотке возбуждения 3 протекает в заданное время, как показано на фиг. 4. Затем магнитный поток будет направлен слева направо. Поток, выходящий из точки А, встречает на пути немагнитный зазор 8, меняет направление и входит в пакет магнитопровода 1 через воздушный зазор Δ, проходит через него путь 180° и входит в правый пакет ротора через воздушный зазор δ2. Отсюда

поток через зазор δ3 включается в правый кольцевой магнитопровод 4. Далее поток пакетов внешнего магнитопровода 5 удерживается в левом кольцевом ярме 4 и, проходя через воздушный зазор δ4, возвращается в левый мешок ротора, где замыкается в точке А. Проходя мимо основного магнитопровода 1, поток подключается к обмотке возбуждения синхронизации и выводит на нее ЭДС.

Рис. 4. Конструктивная схема бесконтактного поворотного устройства с однополярным возбуждением Когда ротор вращается, магнитный поток также вращается вместе с ним, т.е. потоковая связь обмотки синхронизации с потоком возбуждения изменяется по тому же закону, что и у контактного сельсина. Поэтому работа этих сельсинов в синхронных системах связи не имеет принципиальных отличий от работы контактных сельсинов.

Сравнивая траектории магнитного потока в контактных и бесконтактных сельсинах согласно рис. 3, б и 4, нетрудно заметить, что в бесконтактных сельсинах магнитный поток преодолевает вдвое больше воздушных зазоров. Значительная часть MDS обмотки возбуждения расходуется на преодоление воздушного зазора, поэтому обмотка возбуждения бесконтактных сельсинов больше по размерам и весу, чем у контактных, изготовленных в тот же полезный момент. Магнитопровод в бесконтактных сельсинах также имеет больший размер и вес, чем в контактных.

Для сравнения в таблице 1 приведены некоторые данные двух типов бесконтактных приемников серии BS и серии NS серии сельсина, имеющих, соответственно, одинаковые габаритные размеры (частота напряжения 50 Гц).

Таблица 1

Удельный момент, Нм/град

Вес на единицу удельного момента, кГ/(Нм/град)

Мощность на единицу удельного момента, ВА/(Нм/ град)

На рисунке 5 показан бесконтактный датчик с однополярным возбуждением типа BS-404 в разобранном виде.

Рис.5. Конструкция бесконтактного сельсина: 1 – кольцевой сердечник (тороид); 2 – катушка обмотки возбуждения; 3 – обмотка синхронизации; 4 –

корпус, 5 – сердечник статора; 6 – подшипниковые щиты; 7 – механический демпфер; 9 – пакеты внешнего магнитопровода.

Бесконтактные реле с переходными трансформаторами состоят из двух частей: машины и трансформатора, соединенных только электрически (рис. 6). Машинная часть не отличается от кон-

Тактично Селина. Обмотка синхронизации 2 расположена на статоре 1, а обмотка возбуждения 4 (иногда демпфирующая) расположена на роторе 3. Трансформаторная часть представляет собой кольцевой трансформатор с двумя обмотками. Обмотки статора 5 с ферромагнитным сердечником 6 и ротора 7 с ферромагнитным сердечником 8 выполнены в виде сосредоточенных катушек, магнитные оси которых совпадают с направлением вала. Благодаря концентрическому расположению взаимная индуктивность обмоток не изменяется при вращении ротора. Когда однофазный трансформатор переменного напряжения подается на выводы обмотки статора, вторичное напряжение, неизменное по амплитуде, снимается с его обмотки ротора.

Рис. 6. Конструктивная схема бесконтактного генератора с переходным кольцевым трансформатором

Это напряжение подается по проводам на обмотку возбуждения детали машины. Таким образом, скользящие контакты могут быть устранены.

Наличие двукратной передачи энергии через воздушный зазор (в деталях трансформатора и машины) приводит к тому, что бесконтактные сельсины обладают более высокой мощностью возбуждения по сравнению с контактными.

Благодаря переходному трансформатору длина бесконтактного сельсина больше.

Бесконтактные сельсины имеют более сложную конструкцию и несколько более высокую стоимость. Однако высокая надежность этих сельсинов окупает их недостатки. Кроме того, бесконтактные сельсины имеют меньший момент трения на валу, чем контактные.

Дифференциальные сельсины отличаются от рассмотренных однофазных контактных сельсинов только тем, что они имеют трехлучевые обмотки на статоре и роторе.

Отличительной особенностью контактных сельсинов является наличие контактных колец и щеток, через которые обмотка ротора подключается к внешней цепи. Обычно сельсины делаются биполярными. Система магнитных контактов сельсина (сердечники статора и ротора) изготовлена из листовой электротехнической стали. сельсины могут быть явно полярными и неявно полярными. В однополюсных сельсинах один из элементов магнитопровода (статор или ротор) имеет два ярко выраженных полюса с полюсными катушками обмотки возбуждения. Затем другой элемент (ротор или статор) неявно поляризуется с распределенной синхронизирующей обмоткой ОС, состоящей из трех фазных обмоток, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 120° (рис. 7, а, б). Если ротор приемника сельсина однополюсный, то на его сердечнике обычно размещается демпфирующая обмотка в виде короткозамкнутой катушки, ось которой перпендикулярна оси полюсов. В неполюсных сельсинах обмотки статора и ротора распределены. В этом случае обмотки синхронизации OS и возбуждения S могут располагаться как на роторе, так и на статоре (рис. 7, б).

В системах индикаторов обычно используются явные полюсные сельсины, поскольку они имеют увеличенное значение удельного синхронизирующего момента. В трансформаторных системах используются неявные полюсные сельсины, так как их удельный синхронизирующий момент меньше, чем у явных полюсных, но распределение магнитной индукции в воздушном зазоре почти синусоидальное, что обеспечивает им необходимую точность в трансформаторной системе.

Рис. 7. Магнитные системы однофазных контактных сельсинов: с явнополюсным статором (а), с явнополюсным ротором (б), неявнополюсная (в)

На рисунке 8 показано устройство контактного сельсина с неявной магнитной системой. Обмотка синхронизации 4 расположена на сердечнике 3 статора, а обмотка возбуждения 2 расположена на сердечнике 1 ротора. Контактные кольца 5 и щетки обычно изготавливаются из сплава, содержащего серебро, что способствует более надежной и продолжительной работе этого контактного узла сельсинов. Обмотка возбуждения может располагаться как на роторе, так и на статоре. Когда он установлен на роторе, количество контактных колец равно двум. В этом случае ток возбуждения непрерывно проходит через кольца и щетки, даже когда система согласована. Если на роторе расположена обмотка синхронизации, ток проходит через кольца и щетки (в случае индикаторной системы) только в том случае, если система не соответствует. При этом количество колец увеличивается до трех, что приводит к увеличению момента сопротивления за счет увеличения сил трения в узле контакта.

Сила прижатия щеток к контактным кольцам оказывает существенное влияние на свойства сельсина. При низком давлении момент сопротивления на валу сельсина уменьшается, но увеличивается переходное электрическое сопротивление скользящего контакта и, как следствие, погрешность индикаторной системы. Если щетки нажимаются слабо, то во время вибраций возможна периодическая потеря скользящего контакта и неисправность системы. С сильным давлением контакт с кольцами улучшается, но момент сопротивления увеличивается из-за увеличенных сил трения щеток о кольца, что увеличивает погрешность системы индикаторов и сокращает срок службы щеток и контактных колец из-за их быстрого износа.

Рис. 8. Устройство контактного сельсина с неявной магнитной системой

Наличие скользящего контакта является существенным недостатком контактных сельсинов, что снижает их надежность и точность.

Для повышения надежности контактных сельсинов кольца и щетки обычно изготавливаются из сплавов, содержащих серебро. Однако эта мера не полностью устраняет недостатки, присущие контактным сельсинам.

Наиболее широко используемыми в устройствах автоматизации являются бесконтактные сельсины, не имеющие скользящих электрических контактов (колец и щеток). Эти сельсины отличаются от контактных высокой точностью и стабильностью характеристик; при колебаниях температуры, влажности и т.д., а также высокой эксплуатационной надежностью.

В настоящее время используются бесконтактные сельсины двух конструкций: сельсины с двумя обмотками на статоре и сельсины с кольцевым трансформатором. сельсины с двумя обмотками на статоре были разработаны советскими учеными А.Г. Иосифяном и Д.В. Свечарником. На рисунке 9 показана конструктивная схема такого сельсина. Ротор 6 представляет собой цилиндр, изготовленный из ферромагнитного материала (стали), состоящий из двух магнитно разделенных частей, называемых полюсами. Алюминиевая прослойка используется в качестве магнитной изоляции, отделяющей полюса ротора друг от друга.

Рис. 9. Конструктивная схема бесконтактного сельсина конструкций Иосифяна и Свечарника

Один и тот же слой удерживает полюса ротора вместе. На торцевых сторонах сельсина расположены тороидальные сердечники 1, изготовленные из тонколистовой электротехнической стали. Внутренняя поверхность этих сердечников расположена над ротором, а стержни внешнего магнитопровода 4 прилегают к их наружной поверхности. Однофазная обмотка возбуждения сельсина выполнена в виде двух дисковых катушек 2, расположенных на противоположных сторонах статора между обмоткой синхронизации 5 и тороидальными сердечниками 1. Магнитный поток возбуждения, замыкаясь вокруг правой дисковой катушки 2 вдоль правого тороидального сердечника 1, проходит через воздушный зазор в один из полюсов ротора 6.

Благодаря немагнитному зазору 7, разделяющему полюса ротора, этот магнитный поток проходит через воздушный зазор между ротором и статором в сердечник 3 статора с обмоткой синхронизации 5. Проходя через зубья и на задней стороне этого сердечника поток через воздушный зазор проходит во второй полюс ротора.

Затем через зазор и левый тороидальный сердечник 1 вокруг левой дисковой катушки 2 он входит в стержни внешней магнитопровода 4 и замыкается в правом тороидальном сердечнике 1.

Таким образом, во время работы сельсина пульсирующий поток магнитного возбуждения замыкается в магнитной системе сельсина, блокируясь с обмоткой синхронизации на сердечнике статора. В то же время, если ротор сельсина вращается, то магнитный поток будет вращаться вместе с полюсами ротора, т.е. в бесконтактном сельсине, как и в контактном, потоковое соединение потока возбуждения с обмоткой синхронизации зависит от пространственного положения (угла поворота) ротора. Благодаря разделению бесконтактного ротора сельсина на магнитно изолированные полюса обмотки синхронизации и возбуждения могут быть расположены на статоре, а контактные кольца и щетки могут быть удалены. Магнитный поток возбуждения (см. рис. 9), замыкаясь в магнитопроводе сельсина, проходит через воздушный зазор четыре раза. Поэтому для создания требуемого магнитного потока в сельсине требуется значительное MDS обмотки возбуждения, что является причиной увеличения габаритных размеров бесконтактного сельсина по сравнению с контактным сельсином.

В таблице 2 приведены технические данные контактных и бесконтактных приемников сельсина с одинаковыми максимальными значениями синхронизирующих моментов. Несмотря на большой вес и габаритные размеры, бесконтактные сельсины широко применяются в устройствах автоматизации, что объясняется их повышенной надежностью и стабильностью характеристик. В последнее время стали использоваться бесконтактные сельсины с кольцевым трансформатором (рис. 10). Обмотка синхронизации 2 такого сельсина расположена на статоре 4, обмотка возбуждения 1 расположена на роторе 3. Обмотка возбуждения питается от кольцевого трансформатора. Магнитопровод этого трансформатора состоит из двух частей, разделенных воздушным зазором. Неподвижная часть 5 с первичной обмоткой 6 расположена на статоре, а вращающаяся часть 8 со вторичной обмоткой 7 расположена на роторе. Энергия от первичной обмотки трансформатора 6 передается на вторичную обмотку 7, соединенную с обмоткой возбуждения сельсина. Магнитный поток F в кольцевом магнитопроводе трансформатора дважды проходит через воздушный зазор, что является причиной увеличенного значения тока намагничивания, а следовательно, и габаритных размеров трансформатора.

Однако на частотах 400, 500 и 1000 Гц, для которых предназначен рассматриваемый сельсин, кольцевой трансформатор имеет небольшие габаритные размеры, позволяющие разместить его в корпусе сельсина.