Датчики углового положения и перемещения – сельсины

Сельсины представляют собой индукционные электрические машины, которые предназначены для передачи на расстояние угловых перемещений двух или нескольких валов, механически не связанных друг с другом.

Обычно сельсины работают в паре. Сельсин, связанный с ведомым валом называется сельсином – датчиком (СД), а сельсин, связанный с ведомым валом – сельсином – приемником (СП).

Каждый сельсин состоит из двух обмоток. Однофазная обмотка (ОВ) расположена на статоре, а трехфазная обмотка уложена в пазы ротора и соединена в звезду.

Различают два режима работы сельсинов.

Индикаторный режим (рис16 с.5)

Применяется для дистанционной передачи угловых перемещений на расстояние. Однофазные обмотки СД и СП подключены к источнику питания, а трехфазные обмотки соединены друг с другом. При подаче напряжения в ОВ по трехфазным обмоткам потечет переменный электрический ток, который создает в них пульсирующий магнитный поток Ф, индуцирующий в обмотках роторов СД и СП эдс Е. Если соответствующие обмотки роторов СД и СП расположены одинаково, то Е_1, Е_2, Е_3, СД и Е₁¹ Е₂¹ Е₃¹ СП направлены встречно и токи в проводах роторов отсутствует.

Если ведущий вал, а вместе с ним и ротор СД повернуть на некоторый угол, то направление эдс в обмотках ротора СД изменится. В результате по проводам между СД и СП потечет электрический ток. При взаимодействии тока ротора с полем статора в СП создается вращающий момент, который поворачивает ротор СП до тех пор, пока не установиться равновесие.

В результате, ротор СП (а значит, и ведомый вал) поворачивается на тот же угол, что и ротор СД (а значит, ведущий вал).

Трансформаторный режим (рис.15 с.5)

Обмотка возбуждения (ОВ) подключается к напряжению питания U_пит. Только у СД, а к обмотке ОВ сельсина – приемника подключен прибор или индикатор.

Под действием электрического тока в ОВ, в обмотках ротора СД наводятся эдс, которые вызывают токи в обмотках ротора СП и суммарный магнитный поток Ф. Если ось статорной обмотки СП перпендикулярна этому магнитному потоку Ф, то потокосцепление между обмотками сельсина – приемника (статора и ротора) отсутствует и напряжения на выходе ОВ СП нет. Прибор, подключенный к этой обмотке покажет нуль.

При повороте ротора СД изменяется направление эдс и токов, что приводит к изменению направления магнитного потока Ф. При этом возникает потокосцепление между обмотками ротора и статора СП и на выходе статорной обмотки СП появляется U_вых (стрелка прибора отклонится на угол, пропорциональный углу поворота ротора СД).

Вращающиеся трансформаторы (рис.17 с.5)

На статоре и роторе вращающегося трансформатора (ВТ) размещены по две обмотки, магнитные оси которых перпендикулярны. Ротор ВТ может поворачиваться на некоторый угол, произвольный по отношению к статору.

Принцип действия ВТ основан на изменении коэффициентов взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при повороте ротора.

В зависимости от схемы включения ВТ работают в двух режимах.

Амплитудный режим

На одну из обмоток (статорную или роторную) подается постоянное по амплитуде напряжение U_{возбуждения.} При этом возникает пульсирующий магнитный поток Ф, ось которого совпадает с осью обмотки, находящейся под напряжением возбуждения. Этот поток индуцирует в другой обмотке статора или ротора эдс Е₁ и Е₂ пропорциональные синусу или косинусу угла поворота.

Е₁ = Е_1макс * sin α; Е₂ = Е_2макс * cosα

где Е₁ и Е₂ – действующие значения эдс во вторичных обмотках;

Е_1макс Е_2макс – максимальное значение эдс во вторичных обмотках (при совпадении оси обмотки возбуждения с осью вторичной обмотки).

Режим фазовращателя

Статорная обмотка включается в систему двух питающих напряжений со сдвигом фаз 90⁰.

U₁ = U_max* sin ωt U₂ = U_max * cos ωt

Благодаря этому создается круговое вращающееся магнитное поле, которое перемещается в пространстве с угловой частотой w. При этом в роторных обмотках индуцируется эдс, имеющие такую же частоту, но сдвинутые по фазе относительно питающего напряжения на угол, который зависит от угла поворота ротора.

U₁¹ = U_max * sin(ωt +φ) U₂¹ = U_max * cos(ωt+φ)

Таким образом, в режиме фазовращателя ВТ является датчиком, преобразующим угол поворота в фазовый угол синусоидального напряжения.

Датчики скорости (тахогенераторы)

Служат для измерения частоты вращения. Могут работать на постоянном и переменном токе.

Тахогенератор постоянного тока – это малогабаритная электрическая машина постоянного тока, у которой напряжение на зажимах якоря пропорционально частоте вращения вала якоря.

Е =U_я = К_е Фω

где Е – эдс, индуцируемая в обмотке якоря;

Ф – поток возбуждения;

К_е – конструктивный коэффициент.

Учитывая, что поток возбуждения постоянная величина, можно записать:

U_я = Кт_г ω

где Кт_г = К_е * Ф

Тахогенераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Асинхронный тахогенератор

Имеет две обмотки – обмотку возбуждения (ОВ) и выходную обмотку. При вращении ротора в выходной обмотке наводится эдс, пропорциональная частоте вращения, т.е.

Е = Кт_г * U_в*ω

где Кт_г – конструктивный коэффициент;

U_в – напряжение обмотки возбуждения;

ω– частота вращения ротора