Безконтактні сельсини

Контактні сельсина мають низку недоліків, основні з яких полягають в наявності не надійного ковзного контакту, збільшеному моменті тертя, іскрінні і т. д.

Від цих недоліків вільні безконтактні сельсини. Такі сельсини пропонувались ще у 1896р. з появою дистанційної передачі кутових переміщень. Групу сельсинів складають безконтактні сельсини із Z-подібним ротором (рис.16.11).

а) б) в)

Рис. 16.11. Безконтактні сельсини із Z-подібним ротором

У 1901р. Тірман запропонував конструкцію сельсина (рис.16.11, а). Основним недоліком цієї конструкції є наявність повітряного зазору 4. У 1913р. Бекман запропонував конструкцію рис.16.11, б без цього недоліку. Але і в тій, і в іншій конструкції магнітний потік проходить поперек листів пакета статора, що призводить до поганого використання сталі. Не дивлячись на це, конструкція рис.16.11, б краща, оскільки в ній повітряний зазор між статором 1 та ротором 2 менший, ніж в конструкції 16.11, а, яка має кільцеву обмотку синхронізації 6. Обидві конструкції мають котушкові обмотки збудження 5.

На рис.16.11, в наведена конструкція сельсина-телегона. Полюси ротора виконані у вигляді пелюсткових секторів, які обертаються сумісно з порожнистим стрижнем на валу 3. Обмотка збудження нерухома. Z-подібний ротор та ярмо статора виконані з м’якої сталі. Обмотка синхронізації двофазна.

Безконтактні сельсини з винесеним зовнішнім магнітним ланцюгом конструктивно повторюють безконтактний кігтеподібний синхронний генератор фірми Уніон (патент 1897р.). Такий сельсин наведено на рис.16.12. Магнітний потік проходить по двох паралельних гілках магнітного ланцюга та замикається поза статором 1. Безконтактні сельсини, які продукувались в колишньому СРСР, є узагальненням такого типу машин.

Рис. 16. 12. Безконтактний сельсин із зовнішнім магнітним ланцюгом

Вони були розроблені у ВЕІ ім.Леніна у 1938р. професорами А.Т.Іосіфьяном та Д.В.Свечарником. Конструкція такого сельсина наведена на рис.16.13.

Рис. 16.13. Безконтактний сельсин ВЕІ

Статор 1 набирається з листової трансформаторної сталі з поперечним шихтуванням. В статорному пакеті розміщується трипроменева обмотка синхронізації 2. котушки однофазної обмотки збудження 3 у вигляді кілець, які утримуються поперечно шихтованими кільцевими тороїдами 4. Ротор складається з двох пакетів 5 та 6, які шихтовані подовжнім шихтуванням. Ротор сельсина має вал з немагнітної сталі 9.

Основний повітряний зазор між ротором і статором та між кільцевими тороїдами й ротором не більше від 0.2÷0.3 мм.

Шлях проходження магнітного потоку показано на рис.16.13 стрілками. Це два паралельних шляхи 5-1-6-4-8-4-5.

Якщо скласти схему синхронної передачі на таких безконтактних сельсинах та розвернути ротор сельсина-датчика на деякий кут, то, завдяки подовжньому шихтуванню роторних пакетів 5 і 6 магнітний потік, пов'язаний з ротором датчика, повернеться на такий же кут. Це викличе зміну ЕРС в променях обмотки синхронізації. У всьому іншому електромагнітні процеси в схемах з безконтактними сельсинами аналогічні процесам в схемах з контактними сельсинами.

Окрім розглянутих безконтактних сельсинів, існують сельсини з трансформаторним збудженням. Так у 1904р. Е.Тірман запропонував конструкцію такого сельсина, наведену на рис.16.14.

Рис. 16.14. Безконтактний сельсин з трансформаторним збудженням

Однофазна обмотка збудження сельсина 1 живиться від кільцевого однофазного трансформатора, який має первинну 2 та вторинну 3 обмотки. У 1939р. І.М.Садовський запропонував сельсин, який складається з двох машин, виконаних з різним числом полюсів, на одному валу та в одному корпусі. Обмотка статора однієї машини вмикається в мережу, а така ж обмотка іншої машини слугує обмоткою синхронізації. Двократною трансформацією енергія передається на вихід сельсина.

Недоліками сельсинів з трансформаторним збудженням є великі втрати холостого ходу й збільшення аксіальних розмірів. Ці ж недоліки притаманні тією чи іншою мірою всім безконтактним сельсинам.

Магнесини

Недоліки контактних сельсинів сильно впливають при передачі кута на малі відстані з малим моментом опору виконавчого механізму. Звичайно до таких пристроїв додатково ставляться вимоги мінімальних габаритів та маси. В контактних сельсинах момент тертя може бути сумісним з моментом опору виконавчого механізму, що значно збільшує погрішність. Безконтактні сельсини розглянутих конструкцій також не можуть в цьому випадку бути застосовані у зв’язку з відносно великими габаритами й масою. Одним з рішень цієї задачі є застосування магнітоелектричних безконтактних сельсинів – магнесинів.

Рис. 16.15. Схема вмикання магнесинів

Уперше такі мікромашини були застосовані в 1942р. в авіаційному дистанційному компасі. Схема з’єднання магнесинів наведена на рис.16.15. Особливості конструкції магнесинів полягають у тому, що ротор виконується з двополюсного циліндричного постійного магніту, який намагніченій у діаметральному напрямі. Кільцева статорна обмотка, яка живиться однофазним змінним струмом, розташовується на тороїдному статорі, який шихтований з окремих пластин пермалою. Статор розташовується всередині циліндричного осердя (екрану) з листового пермалою. Це осердя відіграє подвійну роль: слугує для замкнення магнітного потоку при насиченні осердя статора й забезпечує однорідність магнітного поля навколо статора. Точки 1, 2, 3, до яких приєднуються лінії живлення та зв’язку, розташовуються під кутами 120º та рівномірно поділяють обмотку.

Рис. 16.16. Графіки магнітних залежностей в магнесині

В магнесині роль обмотки збудження відіграє постійний магніт-ротор. При живленні обмотки статора магнесина змінним струмом з частотою ƒ у тороїді осердя статора створюється змінний магнітний потік Ф_зб. На рис.16.16 наведено криву зміни цього потоку й низки інших величин, вважаючи їх синусоїдними.

Оскільки пермалой має вузьку петлю гістерезису, можливо наближено вважати, що залежність між індукцією В та напруженістю Н магнітного поля є однією кривою (без гістерезису). Тому магнітна проникливість μ та магнітна провідність λ за період двічі досягають максимуму й мінімуму.

Крім змінного потоку Ф_зб, по статорному опору замикається потік Ф_с, який створюється ротором (рис.16.15). Внаслідок того, що магнітна провідність λ змінюється з подвоєною частотою, потік Ф_с пульсує з тією ж частотою (рис.16.16). Ці пульсації магнітного потоку Ф_с індукують в обмотці статора ЕРС Е_с з частотою 2ƒ.

В дійсності в наслідок насичення осердя статора виникають вищі гармоніки в кожній з кривих, наведених на рис.16.16.

Якщо осі роторів датчика й приймача знаходяться в однаковому положенні відносно обмоток статорів, то точки 1, 2, 3 є еквіпотенціальними по відношенню як до напруги з частотою ƒ, так і до ЕРС Е_с Тому струми в лініях зв’язку будуть відсутніми.

В тому разі, коли ротор датчика повернеться на деякий кут, а ротор приймача останеться в попередньому положенні, струми з частотою ƒ по лініям зв’язку проходити не будуть, оскільки обмотки статорів для них остануться потенціально врівноваженими. В лініях зв’язку почнуть проходити струми подвоєної частоти, оскільки потенціали точок 1, 2, 3 залежать від положення ротора (від того, скільки витків кожної з ділянок 1-2, 2-3, 3-1 перетинається потоком Ф_с, який розгалужується).Зрівняльні струми з частотою 2ƒ взаємодіють з потоком Ф_с, створюючи синхронізуючий момент, який намагається як в датчику – так і в приймачі погодити положення роторів магнесина.

Таким чином, в межах одного оберту магнесин має властивості самосинхронізації.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: