Вопросы для самостоятельной работы

1. Почему при подаче напряжения к обмотке якоря и обмотке возбуждения двигателя якорь начинает вращаться?

2. Чем отличается уравнение равновесия напряжений ДПТ от уравнения равновесия напряжения ГПТ?

3. Почему при прямом пуске пусковой ток двигателя значительно превышает номинальный ток?

4. От чего зависит скорость вращения двигателя и как ее можно изменять?

5. Каким выражением определяется связь скорости вращения с моментом двигателя?

6. Как осуществить реверс двигателя?

7. Как осуществляется пуск ДПТ?

8. Как изменяется режим работы ДПТ при обрыве цепи возбуждения, если предыдущий режим: а) вращение при номинальной нагрузке; б) холостой ход; в) начало пуска под нагрузкой?

9. Перечислите методы регулирования скорости вращения ДПТ.

10. Начертите схему магнитной цепи исследуемого двигателя с указанием главных и дополнительных полюсов.

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЛЬСИНОВ

Цель работы

Изучить устройство и принцип работы сельсинов, их основные характеристики, приобрести навыки использования сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах работы.

Краткие теоретические и практические сведения

Сельсины - это электрические микромашины, применяемые для синхронного вращения или поворота различных осей механизмов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга и механически между собой не связанных. Наиболее распространены системы передачи угла на базе однофазных сельсинов. Однофазные сельсины – индукционные машины, которые имеют однофазную обмотку возбуждения и трехлучевую (наподобие трехфазной) обмотку синхронизации. На рис. 8.1 показана схема синхронной передачи угла с использованием однофазных контактных сельсинов с обмотками возбуждения на статоре и обмотками синхронизации на роторе. Один из сельсинов – датчик угла (сельсин-датчик СД), другой – приемник (сельсин-приемник СП). Обмотки синхронизации датчика и приемника связ аны линией связи.

Однофазные сельсины могут использоваться для работы в индикаторном и трансформаторном режимах "передачи угла".

Индикаторный режим применяют в системах, где момент сопротивления на оси сельсина-приемника невелик (на оси расположена стрелка или шкала индикатора). В этом режиме с помощью сельсинов передают информацию об угловом положении какого-либо механизма, с которым жестко связана ось ротора сельсина-датчика. Индикатор на оси сельсина-приемника показывает угловое положение этого механизма.

Трансформаторный режим применяется в системах, где на ведомой оси (оси сельсина-приемника) имеется значительный момент сопротивления. Поэтому заданный сельсином-датчиком угол отрабатывается сельсином-приемником не самостоятельно, а с помощью механически и электрически связанного с ним исполнительного механизма.

Кроме контактных сельсинов с контактными кольцами и щетками для связи роторной обмотки с внешней цепью в настоящее время широко используют бесконтактные сельсины. В бесконтактных сельсинах и обмотка возбуждения, и обмотка синхронизации расположены на статоре.

Рассмотрим работу сельсин-системы передачи угла в индикаторном режиме (рис. 8.2). В этом режиме ось сельсина-датчика связана с механизмом, о положении которого необходимо получить информацию. На оси сельсина-приемника, расположенного обычно на пульте, находится стрелка или шкала, отображающая информацию о положении механизма (заслонки, поплавка топливомера, руля, антенны и др.). Обмотки возбуждения сельсина-датчика и сельсина-приемника запитываются в индикаторном режиме от одной сети. Обмотки синхронизации связаны линией связи.

Обмотки возбуждения сельсина-датчика и сельсина-приемника создают в магнитных системах сельсинов пульсирующие по оси d магнитные потоки , которые наводят ЭДС в лучах обмоток синхронизации датчика и приемника. Если положение обмоток синхронизации датчика и приемника совершенно одинаково, т.е. и угол рассогласования , то ЭДС в соответствующих лучах обмоток синхронизации датчика и приемника равны и направлены встречно. Следовательно, при токи в обмотках синхронизации и линиях связи отсутствуют:

.

В этом случае отсутствует момент взаимодействия роторных токов с потоком статора, поэтому сельсины находятся в покое (синхронизирующий момент ).

Когда ротору сельсина-датчика задается угол поворота , то между соответствующими лучами датчика и приемника возникает разность ЭДС, равная разности ЭДС датчика и приемника . В обмотках синхронизации и линиях связи появляются токи

.

Токи, проходящие по обмоткам синхронизации, взаимодействуют с пульсирующими потоками обмоток возбуждения и создают в датчике и приемнике синхронизирующие моменты . Эти моменты имеют в датчике и приемнике различные направления: в датчике момент стремится вернуть ротор в исходное положение, однако механизм, с которым связан ротор, фиксирует его в положении ; в приемнике момент действует в сторону поворота ротора на угол . Поскольку на оси ротора сельсина-приемника небольшой момент сопротивления, он и отрабатывает этот угол с определенной точностью. При токи в обмотках синхронизации снова станут равными нулю.

О сновная характеристика индикаторного режима – зависимость момента синхронизации М_С от угла рассогласования (рис. 8.3).

С увеличением угла растет разность ЭДС обмоток синхронизации датчика и приемника, поэтому увеличиваются токи обмоток синхронизации и возрастает синхронизирующий момент

.

Такое увеличение синхронизирующего момента наблюдается до значения угла , после чего происходит срыв.

В трансформаторном режиме обмотка возбуждения сельсина-приемника предназначена для выработки сигнала (напряжения), зависящего от угла рассогласования . Обмотка возбуждения сельсина-датчика запитывается от сети и создает в его магнитной системе пульсирующий по оси d поток . Обмотки синхронизации сельсинов, как и в индикаторном режиме, связаны линиями связи.

К ак видно из схемы (рис. 8.4), кроме двух сельсинов в трансформаторном режиме используются усилитель (У) и исполнительный двигатель (ИД), вал которого может поворачивать нагрузочный механизм (НМ) и ротор сельсина-приемника.

Если ротору сельсина-датчика задать поворот на определенный угол , то в конечном итоге с помощью исполнительного двигателя на этот угол будет повернут нагрузочный механизм, находящийся на значительном расстоянии от пульта управления, где находится сельсин-датчик.

Рассмотрим работу схемы подробнее. В трансформаторном режиме, поскольку обмотка возбуждения приемника не запитана, в сельсине-приемнике нет пульсирующего потока возбуждения и ЭДС в лучах обмотки синхронизации равна нулю. Поэтому даже при отсутствии рассогласования ( ) под действием ЭДС, наведенной в обмотках синхронизации датчика, в линиях связи и обмотках синхронизации будут протекать токи

при .

Эти токи, протекая по обмотке синхронизации приемника, создают свой результирующий пульсирующий магнитный поток, являющийся суммой потоков от всех трех лучей обмотки синхронизации приемника. Такой же поток создается и в сельсине-датчике, причем по закону Ленца он ослабляет поток возбуждения и направлен по оси этого потока d.

В согласованном положении ( ) по обмотке синхронизации приемника, расположенной так же, как и обмотка датчика, протекают те же токи, что и в датчике. Поэтому обмоткой синхронизации приемника создается такой же пульсирующий поток, как и в датчике, т.е. поток, пульсирующий по оси d.

Обмотка возбуждения в сельсине-приемнике расположена в пространстве под углом 90° к обмотке возбуждения датчика, т.е. по оси q. Поэтому пульсирующий поток, созданный токами в обмотке-синхронизации приемника при , не наводит ЭДС в его обмотке возбуждения. Если ротору сельсина-датчика задать поворот на угол ,то ЭДС изменится по величине в лучах обмотки синхронизации датчика и поэтому изменятся величины токов, протекающих по линиям связи в обмотку синхронизации приемника. Результирующий магнитный поток, созданный токами трех лучей этой обмотки , не будет направлен по оси d. В теории сельсинов доказывается, что вектор этого потока имеет направление под углом к оси d, поэтому появляется составляющая потока по оси q, где расположена обмотка возбуждения приемника. В обмотке возбуждения этой составляющей потока наводится ЭДС, величина которой прямо пропорциональна синусу угла рассогласования , а частота равна частоте питающей сети . Зависимость ЭДС в обмотке возбуждения приемника от угла рассогласования показана на рис. 8.5.

Если бы обмотка возбуждения сельсина-приемника располагалась так же, как и обмотка возбуждения датчика, то при в ней наводилась бы максимальная ЭДС, которая уменьшалась бы с ростом и при равнялась нулю. Зависимость изображена на рис. 8.5 пунктирной линией.

Т аким образом, в трансформаторном режиме в обмотке возбуждения сельсина-приемника наводится ЭДС, пропорциональная углу рассогласования . После усиления ЭДС в усилителе (рис. 8.6) она в виде управляющего сигнала поступает на обмотку управления исполнительного двигателя. Последний начинает вращаться и поворачивать нагрузочный механизм, одновременно поворачивая (сводя к нулю угол рассогласования) ротор сельсина-приемника. Когда нагрузочный механизм и ротор приемника будут повернуты на угол, заданный датчиком , и угол рассогласования и ЭДС обмотки возбуждения приемника станут равными нулю, то двигатель остановится. Нагрузочный механизм займет положение, заданное с помощью сельсина-датчика.