Сельсин датчик: что это такое, устройство и принцип действия, схема

Вопросы и ответы

Общие сведения, классификация

Синхронно-сцепные машины предназначены для совершения синхронных или синфазных поворотов двух осей, механически не связанных друг с другом, либо для их поворота. Индукционные системы синхронной связи делятся на трехфазные и однофазные. Трехфазные системы используются для синхронизации двух валов приводных двигателей, которые не связаны механически.

Обычно это силовые системы с относительно большой мощностью, называемые электроосевыми системами. Они используются, например, в мостовых выдвижных ящиках, запорных воротах, установках бумажной промышленности и т д. Однофазные системы применяются в маломощных установках и широко применяются в схемах автоматических устройств.

МикроЭВМ, используемые в индуктивно-синхронных системах связи в качестве датчиков и приемников, называют самосинхронизирующими, подчеркивая их способность к самосинхронизации (самосинхронизация означает самосинхронизацию).

В теории синхронной связи автоматических устройств различают два понятия: синхронная передача индикатора — индикаторный режим клеточного прицела и следящий привод — преобразователь режима клеточного прицела.

В первом случае необходимо передать лишь небольшой момент, как, например, необходимо повернуть стрелку на приборе (индикаторе) для указания на расстоянии положения какого-либо регулирующего устройства — клапана, задвижки , заслонка, ворота и т.д.

Передача показаний на пульт управления особенно важна в тех случаях, когда человек по каким-либо причинам не может приблизиться к регулируемому органу. Схема синхронной передачи индикатора дана на рис. 347.

Здесь сельсин-датчик Д (обмоточный узел) и сельсин-приемник П (обучающий узел) при угле намотки а будут вычислять пропорциональный угол приблизительно непосредственно, т.е стрелка индикатора на оси ресивера П.

При необходимости передачи угла поворота механизма на вал, на который приложен более или менее значительный момент сопротивления, можно использовать схему индикатора только при мощных силовых синхронизациях. Линия связи также должна быть мощной.

Рациональнее и проще поступить иначе: передать слабый сигнал от датчика к приемнику, который затем, усилившись, воздействует на исполнительный механизм, соединенный с приводным механизмом. В такой системе сервопривода схема связи разработана таким образом, что напряжение на приемник P (сигнал) является функцией угла поворота ротора датчика D.

Кроме того, должна быть обратная связь между приемником и приводным двигателем, который приводит роторы датчика и приемника в постоянное положение (положение нулевого сигнала) в конце лечения. Схема сервопривода дана на рис. 348. На намоточном устройстве Д, возбуждаемом сетевым напряжением, производится механический поворот на угол а (угол намотки).

Сигнал, сформированный в устройстве обработки И, после предварительного усиления в устройстве усилителя УУ в виде управляющего напряжения поступает на исполнительный двигатель ИД, возбуждаемый сетевым напряжением. Исполнительный двигатель, механически связанный с нагрузочным валом, приводит его во вращение.

За счет механической обратной связи исполнительного двигателя с рабочим устройством Р управляющее напряжение будет постепенно уменьшаться, и при повороте рабочего органа Р на угол намотки а Uy станет равным нулю и исполнительный двигатель остановится. В результате грузовой вал повернется на угол a или пропорциональный ему прибл.

Индукционно-синхронные системы связи обладают рядом положительных свойств: отсутствием искровых переключений, то есть разрыва цепи питания датчиков при работе системы; высокая точность, обеспечивает малые углы ошибки между положениями роторов датчика и приемника в согласованном режиме (не выше 2,5° для машин более низкого класса); плавность обучения приемника вращению датчика; возможность наличия датчика и бесконтактного приемника; тот же тип датчика и приемника.

Виды синхронной связи

Прежде чем начать разбираться, что такое сельсис и как он работает, стоит ознакомиться с существующими разновидностями синхронной связи. По этому параметру системы принято делить на системы с асинхронным вращением и вращением. Каждый вариант имеет свои особенности.

Синхронное вращение

В состав входят два одинаковых асинхронных электродвигателя, оснащенных фазными роторами. Обмотки ротора соединены. Статор подключен к 380 В.

Синхронный поворот

В состав входит ячейка зрения, исполнение которой допускает самосинхронизацию. В зависимости от количества фаз они делятся на:

  • Трехфазные, конструкция которых полностью соответствует асинхронным двигателям. Область применения таких устройств ограничена разницей между синхронизирующими моментами при вращении ротора;
  • Однофазные, аналогичные по конструкции машинам синхронного типа с минимальной мощностью. Обмотка возбуждения такого оборудования работает только при прохождении переменного тока.

Типы

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота на основе сельсинов и звеньев сельсинов делятся на две группы: трехфазные силовые и однофазные.

Трёхфазные сельсины

Трехфазные двигатели применяют в системах, где необходимо обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), расположенных на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины

Однофазное клеточное зрение может работать в двух режимах.

Индикаторный режим.

Датчик «Сельсин» принудительно поворачивается на определенный угол, а приемник «Сельсин» устанавливается в соответствующее положение.

Трансформаторный режим.

Синхродатчик принудительно поворачивается на определенный угол, и на выходе синхроприемника формируется напряжение, зависящее от угла рассогласования между ними.

Для обоих режимов существуют схемы включения:

  • парилка (датчик и ресивер),
  • несколько (датчик и несколько приемников),
  • дифференциальный (два датчика и один приемник).

Конструктивные особенности

Конструктивно синхронизация синхронизаций может быть контактной и бесконтактной. В первом случае соединение обмотки ротора с внешней электрической цепью осуществляется с помощью щеток и контактных колец. Устройство с контактной синхронизацией напоминает асинхронный двигатель с маломощным фазным ротором.

Статоры и роторы таких сельсов считаются неявными полюсами, а обмотки распределены. На роторе размещена обмотка возбуждения, к которой посредством двух контактных колец подводится электрический ток. Некоторые типы устройств имеют ярко выраженные полюса статоров и роторов, что значительно увеличивает их синхронизирующий момент.

В процессе эксплуатации контактные кольца синхронизаторов постепенно изнашиваются и требуют замены. Этот фактор считается единственным серьезным недостатком этих устройств. Бесконтактные датчики, назначение и конструкция которых требуют отсутствия контактных элементов, имеют две обмотки, расположенные на статоре.

Сам ротор представляет собой цилиндр из ферромагнитного материала. Специальный алюминиевый слой разделяет ротор на два изолированных друг от друга полюса.

На концах узла установлены сердечники, для изготовления которых использовалась стальная пластина. Поверхность этих сердечников изнутри расположена над ротором. Внешняя поверхность соединена с стержнями внешней магнитной цепи.

Однофазная обмотка возбуждения состоит из двух дисковых катушек, расположенных по обеим сторонам статора, между синхронизирующей обмоткой и сердечниками.

При работе бесконтактной пломбы в магнитной системе замыкается импульсный магнитный поток. При этом он подключен к трехфазной синхронизирующей обмотке статора. Весь путь замкнутого магнитного потока показан на рисунке штриховой линией.

При вращении ротора ось магнитного потока меняет свое положение относительно синхронизирующих обмоток. Поэтому ЭДС, возникающая в фазах синхронизирующей обмотки, находится в прямой зависимости от вращения ротора. Таков принцип работы таких агрегатов.

Существенным недостатком бесконтактного зрения является слабое и неэффективное использование активных материалов. Масса таких моделей примерно в 1,5 раза превышает контактные конструкции, в основном за счет значительных воздушных зазоров. В результате бесконтактные ячейки характеризуются более высокими токами намагничивания и диссипативными потоками.

Схема и принцип действия

На предложенных схемах показаны разные варианты включения (как датчик, как приемник и как дифференциальный блок).

После их анализа можно сделать следующие выводы:

  • И датчики, и приемники подключаются напрямую к сети своими обмотками статора.
  • Их трехвитковые обмотки ротора соединены линейными электрическими соединениями.
  • Из-за этого включения, когда первичный ротор поворачивается на заданный угол, аналогичный узел приемника будет поворачиваться на ту же величину.
  • Если вращать подвижную часть датчика с фиксированной скоростью, соответствующий блок приемника будет вращаться с той же частотой.

В основе этого эффекта лежит принцип э/м индукции, суть которого заключается в способности обмотки переменного тока индуцировать поле в близко расположенной катушке (вариант «а» на схеме»).

Важно! Только изменение величины или фазы (то есть переменного тока) способно индуцировать внешнее поле.

Величина ЭДС, наводимой в обмотке статора, зависит от ее снятия с обмоток ротора. В случае, когда вращающиеся части двух агрегатов (приемного и передающего) расположены одинаково от их статоров, наблюдается интересный эффект.

Он заключается в том, что в этой ситуации токи в цепях ротора равны и противоположны по направлению, что приводит к обнулению результата. Следствием этого является потеря крутящего момента на валах обоих уплотнений (они неподвижны)

Общее устройство сельсина

Эти системы способны синхронно и плавно передавать требуемые значения углов на расстояние. Между ними нет механической связи, а все передачи осуществляются электрическими соединениями, выполняющими роль линий связи. Мощность таких устройств варьируется от нескольких ватт до 1 кВт, поэтому их можно использовать для решения многих технических задач.

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

Как видно из представленной схемы, пломбы, участвующие в автоматической регулировке, делятся на следующие категории:

  • Датчики Сельсина.
  • Сельсин приемники.
  • Дифференциальный осмотр.

Основной функцией этих устройств является синхронное вращение или вращение двух и более осей, не имеющих между собой механической связи.

Устройство, механически связанное с ведущим валом, считается датчиком, а другое подобное устройство, соединенное с ведомым валом, называется приемником. Когда ротор датчика поворачивается на определенный угол, ротор приемника вращается синхронно на этот же угол.

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

Расположение первичной и вторичной обмоток не влияет на принцип работы сельсиновых агрегатов. Однако принято устанавливать синхронизирующую обмотку на статоре, а обмотку возбуждения на роторе. Такое размещение уменьшает количество контактных колец и повышает общую надежность устройства.

Функция датчика положения

Если взять и как-то (вручную, например) повернуть ротор одного из устройств на определенный угол, баланс токов в катушке нарушается. Из-за электрического соединения в катушках второго устройства наблюдается аналогичная ошибка баланса токов.

В результате появляется результирующий ненулевой, что приводит к образованию е/м поля и индукционного момента (силы вращения). Под его воздействием подвижный узел исполнительной части повернется в состояние, при котором текущий баланс полностью восстановится. Легко понять, что это состояние будет соответствовать положению другой сущности.

Системы синхронного поворота: основные режимы

Компании работают в двух режимах. Каждый из них имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при выборе оборудования.

Индикаторный

Если оборудование работает в этом режиме, ротор приемного блока соединен с ведомым валом. Схема актуальна при выборе минимального тормозного момента для ведомой оси и размещении на ней стрелки индикатора. Обмотки возбуждения включены в общую цепь. Синхронизаторы совмещены с линией связи.

Генерируемые магнитные потоки инициируют возникновение ЭДС на обмотках всех фаз. Небольшое несоответствие приводит к протеканию электрического тока. За счет тока в датчиках и элементе приемного вала сельсина образуются разнонаправленные моменты. С их помощью можно полностью выровнять угол расхождения.

Ротор, размещенный на датчике, тормозится. В результате крутящий момент влияет на механизм, вращающий ведущий вал. Благодаря такой конструкции можно добиться одновременного поворота роторов обоих соединенных элементов на один и тот же угол.

Трансформаторный

Электрический сигнал, возникающий при несогласовании роторов, сначала подается на усилительную часть схемы. Далее — на ротор привода. Последний начинает вращать ротор элемента приемного вала и ведомого вала до полного выравнивания имеющейся разницы.

Аналогичный режим актуален при приложении тормозного момента на ведомую ось, имеющего достаточно большую величину. То есть, помогает развернуть механизм.

Обмотка датчика соединена с приводным валом и подключена к источнику питания 220 В. Для подачи напряжения на элемент, маркирующий управление двигателем, используется усилитель. Обмотка приемника используется для подключения к сельсину.

Для объединения синхронизирующих обмоток двух датчиков используется линия связи. В обмотке возбуждения индуцируется ток, который создает ЭДС в обмотке синхронизации.

Через оба элемента протекает ток, так как их обмотки соединены. В приемном элементе генерируются магнитные импульсы. Если элементы не совпадают, под действием тока в обмотке возникает ЭДС. На входе появляется напряжение, которое срабатывает на специальном усилительном элементе. От него подается напряжение на статор, принадлежащий исполнительному механизму.

Это приводит к тому, что ведомый вал начинает вращаться вслед за ротором ресивера. При устранении существующей разности напряжение становится равным нулю, и вращение ведомой оси прекращается.

Особенности используемой технологии и конструкции влияют на величину погрешности. Это включает:

  • Разница между параметрами датчика и приемного блока;
  • Неравномерные показатели магнитной проводимости;
  • Отсутствие симметрии в обмотках.

При передаче угла неизбежно возникают ошибки. Их появление обусловлено определенными условиями эксплуатации. При изменении значения сопротивления в сети управления изменится порядок работы датчиков.

Конструкция

Исполнение пломб диктует принцип их действия. Принято различать:

  • контактный, где для соединения обмотки ротора и внешней цепи используются щетки и токосъемные кольца;
  • бесконтактный, не содержащий контактных элементов.

Каждый вариант имеет свои характерные особенности, с которыми обязательно стоит ознакомиться, чтобы понять принцип работы.

Читайте также: Cервопривод для теплого пола: виды, какой выбрать, установка на коллектор

Контактные

Контакт по своей конструкции аналогичен асинхронным электродвигателям с фазным ротором и малой мощностью. К ним неявно относятся полюсный ротор и статор. Из-за этого обе обмотки распределены. Ротор имеет обмотку возбуждения. Два кольца используются для подачи электрического тока.

Некоторые модели уже имеют статор и ротор. Это их явное преимущество. В результате увеличивается значение синхронизирующего момента. Однако контактные элементы в данном случае являются явным недостатком.

Бесконтактные

Для их включения не требуются контактные элементы. Обе обмотки изначально установлены на статоре. Ротор имеет характерную цилиндрическую форму. Для изготовления используется материал с ферримагнитными свойствами. Алюминиевый слой делит рот на два полюса.

Тороидальные сердечники расположены на концах уплотнений. Их внутренняя часть расположена над ротором. Внешний соединен с стержнями внешнего магнитопровода. Для изготовления сердечников используется листовая электротехническая сталь. Однофазная обмотка агрегата состоит из двух дисковых катушек, расположенных по обеим сторонам статора между сердечниками и синхронизирующей обмоткой.

При работе устройства магнитный поток импульсного типа замкнут. Трехфазная синхронизирующая обмотка подключена к статору. Положение оси потока магнитной индукции изменяется при изменении пространственного положения ротора.

Она занимает иное положение по отношению к синхронизирующим обмоткам. Величина результирующей ЭДС напрямую зависит от величины угла, на который может повернуться ротор.

Недостатки таких устройств заключаются в не столь эффективном использовании активных материалов. Кроме того, они в среднем на 50 % тяжелее контактных аналогов из-за больших воздушных зазоров. Благодаря последнему увеличивается величина токов намагничивания.

Недостатки, решения

Синхронизаторы имеют низкую точность синхронизации, особенно при значительной механической нагрузке на вал синхроприемника.

Для решения этой проблемы с сельсинами соединениями используются следящие электромеханические комбинированные ленты — вал ресивера вращается вспомогательным электродвигателем, который включен в схему авторегулирования, в этом случае сельсин-ресивер выступает в роли датчика перекоса угол поворота ведущего и ведомого валов.

Фактически в этом случае они передают только угол поворота, за синхронизацию вращения валов отвечает автоматический регулятор, управляющий вспомогательным электродвигателе.

Еще одним недостатком сельсинов является относительно низкая точность угловой передачи, обусловленная погрешностями изготовления магнитопровода сельсинов. Для повышения точности используется пара синхронизаторов — «грубого» и «точного» (последний устанавливается через редуктор и за один оборот главного вала делает несколько оборотов).

Если сигнал грубого канала слабее определенного порога, автоматика посылает сигнал тонкого канала на линию связи. Для обеспечения точности оба датчика (датчик и приемник) также соединены через редуктор.

Без крутящего момента ротор Selsyn колеблется с частотой сети переменного тока, поэтому для подавления этих колебаний необходимо использовать механические демпферы. Из-за этого в помещениях, где установлены мониторы сотовой связи, постоянный монотонный шум.

В современных устройствах самоконтроль все чаще заменяется энкодерами. И только там, где простота, надежность и ремонтопригодность важнее точности (например, в авиации), до сих пор широко применяется зрение тюленя.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector