Файл: Нечаев П.А. Электронавигационные приборы учебник.pdf

Электрическая дистанционная синхронная передача — это элект­ рическая система, которая обеспечивает синхронную работу двух или нескольких устройств, механически не связанных друг с другом.

Всякая система синхронной передачи состоит из четырех основных элементов: датчика, линии связи, приемника и источника питания.

Конструкция отдельных элементов системы синхронной передачи может быть различной и зависит главным образом от питающего напряжения (постоянным или переменным током), на который рассчи­ тана работа данной системы.

В настоящее время в гирокомпасах для дистанционной передачи

мосинхронизирующаяся синхронная передача пятипроводная» (со­ кращенно ССП). Свое название она получила потому, что обладает свойством самосинхронизации в пределах одного оборота вала датчика

итребует пятипроводной линии передачи. В данной системе датчик

иприемники принципиально одинаковы и носят название сельсинов. Простота устройства такой системы по сравнению с системами на

постоянном токе и ее свойство самосинхронизации явились причиной широкого применения этих систем в современной технике.

Система ССП, кроме свойства самосинхронизации, имеетиряддругих преимуществ по сравнению с системами, работающими на постоян­ ном токе. Она обеспечивает плавное вращение роторов принимающих сельсинов при высокой точности установки их в согласованном поло­ жении; имеет одинаковую конструкцию сельсинов-датчиков и сель­ синов-приемников при малых габаритах и весе, что облегчает их про­ изводство; устойчиво и надежно работает при колебании питающего напряжения и частоты в пределах ±10% ; не имеет разрывающих цепь тока контактов и др.

Сельсины — специальные индукционные малогабаритные электри­ ческие машины, представляют собой своеобразные трансформаторы, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение вза­ имной индуктивности между обмотками статора и ротора.

чены для работы от сети однофазного переменного тока напряжением 110—120 В, частотой 50, 400 или 500 Гц. У каждого сельсина имеются две обмотки: первичная (однофазная) подключается к однофазной сети и носит название обмотки возбуждения, а вторичная (трехфазная) является обмоткой уравнительных токов и называется обмоткой син­ хронизации.

В зависимости от конструкции сельсина обмотки возбуждения могут быть сосредоточенными (уложенными в виде катушек на явновыраженных полюсах) и распределенными (уложенными в пазах сер­ дечника); вторичная обмотка (трехфазная) всегда распределенная.

Обмотки возбуждения и синхронизации могут располагаться отно­ сительно друг друга как на роторе, так и на статоре.

Если сельсин бесконтактный, то обе обмотки (возбуждения и син­ хронизации) располагаются на статоре, а ротор обмоток не имеет.

138

По назначению сельсины подразделяются на сельсины-датчики (контактные и бесконтактные) и сельсины-приемники (контактные

ибесконтактные).

Се л ь с и н ы-д а т ч и к и служат для передачи угловых переме­ щений каких-либо устройств и механизмов. Ротор датчика обычно ме­ ханически связан с приводным устройством, воспроизводящим задан­ ное угловое перемещение.

Се л ь с и н ы - п р и е м н и к и предназначены для точного вос­ произведения углового перемещения, передаваемого сельсином-дат­ чиком. В отличие отТроторов сельсинов-датчиков роторы сельсиновприемников имеют возможность свободно вращаться и при включении в схему воспроизводят с высокой точностью угловое перемещение ротора сельсина-датчика.

Отечественная промышленность выпускает большое количество различных типов контактных и бесконтактных сельсинов.

Ниже рассмотрены основные типы сельсинов, используемых в схе­

ются двух видов, отличающихся друг от друга только конструкцией. Сельсин первого вида имеет однофазную обмотку возбуждения, рас­ положенную на статоре с двумя явно выраженными полюсами, между которыми вращается ротор, имеющий трехфазную обмотку. Трехфазная обмотка ротора состоит из трех одинаковых обмоток, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120° и соединенных обычно звездой. Эти обмотки называются обмотками синхронизации. Их концы выведены на контактные кольца, находящиеся на валу ротора.

По контактным кольцам скользят три неподвижные контактные щетки, жестко закрепленные на корпусе сельсина. Электрическая цепь от щеток выведена на клеммную плату, куда выходят также две клем­ мы от обмотки возбуждения. Сельсин в систему синхронной передачи подключается на клеммах платы.

У сельсина второго вида обмотка возбуждения расположена на роторе, имеющем два полюса, а на статоре — обмотка синхронизации. Питание к обмотке возбуждения сельсина в этом случае подается через две неподвижные контактные щетки, скользящие по двум контакт­ ным кольцам ротора.

Концы трехфазной обмотки и обмотки возбуждения (со щеток) также выведены на клеммную плату, с помощью которой сельсин подключается к внешней цепи.

Расположение обмоток — первичной на статоре, а вторичной на роторе и наоборот — не отражается на характеристике сельсинов. Однако для надежности их работы это имеет существенное значение. В случае расположения первичной обмотки на роторе у сельсина име­ ется только два контактных кольца, а не три, как в первом случае. Это упрощает конструкцию ротора, уменьшает его вес и момент тре­ ния на его валу. Поэтому сельсины такой конструкции предпочти­

139

тельно использовать в маломощных индикаторных дистанционных передачах, где требуется высокая точность.

Несмотря на значительные преимущества перед принимающими сельсинами на постоянном токе, контактные сельсины все же обладают одним существенным недостатком, который уменьшает надежность их работы, — наличием контактных колец и щеток. Во время работы сельсина кольца и щетки подвержены окислению, может ослабнуть поджатие щетки ит. д., а это вызовет нарушение контакта между щет­ кой и кольцом, т. е. приведет к обрыву цепи в системе синхронной передачи. Усиливать поджатие щеток для обеспечения надежности контакта не рекомендуется, так как в этом случае увеличивается мо­ мент трения на валу ротора, что в свою очередь приводит к снижению точности работы сельсина. Поэтому контактные сельсины требуют пе­ риодического наблюдения и регулярной чистки колец и щеток.

Бесконтактные сельсины, выпускаемые в последнее время отечест­ венной промышленностью, стали широко применяться в гирокомпа­ сах для дистанционной передачи показаний. Бесконтактные сельсины отличаются от контактных отсутствием щеток и колец на валу ротора, что является существенным положительным качеством таких сель­ синов.

Рис. 87. Устройство бесконтактного сельсина:

/ — статор; 2 — внешний магнитопровод; 3 — обмотка синхронизации; 4 —корпус сельсина; 5 — кольцевые тороиды; 6 — обмотка возбуждения; 7 — 8 — подвижный магнитопровод; 9 — вал ротора; 1 0 —крышка

У бесконтактного сельсина также имеются ротор и статор (рис. 87). Ротор бесконтактного сельсина не имеет обмотки и контакт­ ных колец. Он представляет собой подвижный магнитопровод опре­ деленной формы, изготовленный из магитного и немагнитного ма­ териалов.

Статор 1 бесконтактного сельсина набирается из листов трансфор­ маторной стали. Трехфазная обмотка бесконтактного сельсина —

140

вторичная обмотка (или обмотка синхронизации) 3 уложена в пазах статора.

Пакет статора впрессовывается в алюминиевый корпус 4 сель­ сина и удерживается на его продольных выступах между пакетами внешнего магнитопровода 2.

По обе стороны статора укладываются кольцевые катушки однофаз­ ной обмотки возбуждения (первичная обмотка) 6, которые в корпусе сельсина удерживаются кольцевыми тороидами 5 из трансформаторной стали. Для уменьшения вредных воздушных зазоров между боковы­ ми тороидами и пакетами внешнего магнитопровода последние тща­ тельно шлифуются в местах посадки. Обмотки сельсина расположены на статоре таким образом, что магнитная ось обмотки возбуждения совпадает с осью ротора и перпендикулярна магнитной оси вторичной (трехфазной) обмотки. При таком расположении обмоток исключается их взаимное влияние друг на друга. Чтобы обеспечить пересечение неподвижной вторичной трехфазной обмотки магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения, т. е. чтобы связать магнитный поток возбуждения со вторичной обмоткой, применен подвижный магнитопровод (ротор) 7—8.

Особенностью конструкции ротора является то, что он изготовлен из двух пакетов листовой трансформаторной стали, разделенных косой вставкой из немагнитного материала (пластмасса или алюминий), и имеет как бы два магнитных полюса особой формы, укрепленных на валу и изолированных друг от друга. Вал 9 ротора изготовляют из немагнитной стали и крепят в подшипниках боковых крышек 10.

Для лучшего проведения в сельсине магнитного потока имеется внешний неподвижный магнитопровод, состоящий из шести—восьми продольных пакетов (в зависимости от габаритов сельсинов), наб­ ранных также из листовой трансформаторной стали. Пакеты внешнего магнитопровода впрессовываются в продольные углубления корпуса сельсина. Между пакетами внешнего магнитопровода и пакетом ста­ тора имеется воздушный зазор, который на работу сельсина не влияет.

Главное значение имеет основной воздушный зазор между полюса­ ми ротора и статором, а также боковые зазоры между кольцевыми тороидами и полюсами ротора. Чем меньше основной зазор, тем мень­ ше магнитный поток рассеяния и, следовательно, тем лучше электри­ ческие и механические параметры сельсина. Поэтому при изготовле­ нии бесконтактных сельсинов основной воздушный зазор стремятся сделать как можно меньше. В существующих сельсинах он обычно составляет 0,2—0,3 мм.

Из сказанного видно, что конструктивные особенности бескон­ тактных сельсинов оказывают значительное влияние на путь про­ хождения магнитного потока в сельсине. На практике этот путь доста­ точно сложен. На рис. 87 стрелками показан путь магнитного потока обмотки возбуждения бесконтактного сельсина.

Магнитный поток, выходящий из верхней части статора, проходит через основной воздушный зазор в правый полюс ротора, где, развет­ вляясь на два потока, расходится в диаметрально противоположных направлениях. Проходя через полюсные выступы ротора и боковой

141

воздушный зазор, эти потоки входят снизу и сверху в правый коль­ цевой тороид 5, откуда, распределяясь между верхним и нижним про­ дольными пакетами внешнего магнитопровода, проходят в левый то­ роид. Из левого тороида через левый боковой зазор потоки входят с диаметрально противоположных направлений в левый полюс ротора, где снова соединяются в один общий поток.

Далее общий поток из левого полюса ротора через нижний основ­ ной воздушный зазор входит в пакет статора, симметрично охватывая пазы и обмотку, расположенную в них; затем, объединяясь в верхней части статора в один поток, через основной воздушный зазор вновь проходит в ротор. Если ротор сельсина повернуть на некоторый угол, то благодаря конструктивным особенностям ротора магнитный поток, связанный с ним, повернется на такой же угол.

Таким образом, поворот ротора в бесконтактном сельсине обеспе­ чивает поворот магнитного потока возбуждения, который, пересекая трехфазные обмотки синхронизации, индуктирует в каждой из них э. д. с. Так как направление магнитного потока возбуждения изменяет­ ся при повороте ротора, то и величины индуктированных э. д. с. в фазах зависят от углового положения ротора. Следовательно, вектор результирующего магнитного потока, создаваемого этими э. д. с., будет синхронно вращаться с ротором.

Поскольку электромагнитные процессы в схемах с бесконтактными сельсинами качественно аналогичны электромагнитным процессам, происходящим в схемах с контактными сельсинами, т. е. принцип на­ ведения э. д. с. во вторичной обмотке бесконтактного сельсина ана­ логичен принципу наведения э. д. с. в контактном сельсине, то и ра­ бота дистанционной передачи с применением бесконтактных сельси­ нов принципиально не отличается от работы передачи на контактных сельсинах. Отличие заключается только в том, что у контактного сель­ сина изменение пространственного положения вторичной обмотки от­ носительно потока возбуждения, т. е. оси первичной обмотки, обуслов­ ливается поворотом самих обмоток, а у бесконтактного сельсина, об­ мотки которого неподвижны, этот эффект достигается поворотом вра­ щающегося магнитопровода, т. е. ротора, не имеющего обмотки.

Кроме того, при одинаковых габаритах контактного и бесконтакт­ ного сельсинов магнитный поток, а следовательно, и э. д. с. во вто­ ричной обмотке бесконтактного сельсина будут несколько меньше, чем у контактного сельсина. Это объясняется тем, что в бесконтактном сельсине имеется больше воздушных зазоров и вследствие этого уве­ личивается магнитный поток рессеяния.

Таким образом, при одинаковых значениях мощности и синхрони­ зирующего момента вес и габариты бесконтактного сельсина будут больше, чем у контактного.

Синхронизирующий статический момент для контатных и бескон­ тактных сельсинов пропорционален синусу угла рассогласования между роторами датчика и приемника и на практике с достаточной степенью точности определяется по следующей формуле:

Мст = Мшах sin 0,

142