Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 8 из 32)

Е2

Рис. 2-38

На статоре и роторе помещаются две обмотки, сдвинутые в пространстве под углом равным 120°.

Магнитные оси этих обмоток взаимно перпендикулярны. Одна из обмоток статора является обмоткой возбуждения и питается от однофазной сети переменного тока.

Если при этом ротор ВТ повернуть на угол a, то ЭДС наводимые в обмотках ротора, будут пропорциональны синусу и косинусу угла поворота:

Е1=Еmax * sina,

E2=Emax * cos a,

где Е1, E2 – действующие значения ЭДС в обмотке ротора;

Emax – максимальное значение ЭДС в обмотке ротора (при совпадении осей обмоток ротора и статора);

Максимальное значение ЭДС (без учета потерь) в обмотке ротора определяется по формуоле

Еmax=Wр / Wс,

где U – напряжение возбуждения ВТ; Wр – число витков в обмотке ротора; Wс - число витков в обмотке статора.

ВТ по назначению подразделяются на:

- синусно-косинусные;

- линейные;

- построительные; - масштабные;

- фазовращательные.

В качестве датчиков угла используются синусно-косинусные ВТ (СКВТ), так как у них зависимость коэффициентов взаимоиндукции от угла поворота носит характер синусоиды и косинусоиды.

Линейные ВТ (ЛВТ), у них зависимость коэффициентов взаимоиндукции от угла поворота носит линейный характер. ЛВТ представляют собой синусные ВТ, обмотки которых включают по специальной цепи.

Построительные ВТ применяют для преобразования прямоугольных координат в биополярные.

Масштабные ВТ используются для согласования масштабов в каскадных схемах с ВТ. У них также, как и у ЛВТ, выходное напряжение пропорционально углу поворота ротора a.

Согласование масштабов производится установкой требуемого коэффициента трансформации путем поворота ротора на соответствующий угол a. В таком положении ротор застопоривается.

В зависимости от схемы включения - выходным сигналом ВТ может быть амплитуда переменного напряжения или угол сдвига фаз между напряжениями. Соответственно режим работы называется амплитудным или режим фазовращателя.

В амплитудном режиме ВТ на одну из роторных (или статорных) обмоток подается постоянное по амплитуде напряжение - напряжение возбуждения.

При этом возникает пульсирующий магнитный поток, ось которого совпадает с осью обмотки, находящейся под напряжением возбуждения.

В режиме фазовращателя используют СКВТ. Обмотки статора включаются в систему двух питающих напряжений со сдвигом фаз 90°.

U1=Umax * sin wt

U2=Umax * cos wt

Благодаря этому возникает круговое вращающееся поле, которое перемещается в пространстве с угловой частотой w.

При этом в роторных обмотках СКВТ индуцируется ЭДС, имеющая такую же частоту, но сдвинутая по фазе относительно питающего напряжения U1 и U2 на угол j поворота ротора СКВТ.

U1=Umax * sin (wt+j) и U2=Umax * cos (wt+j)

Таким образом, в режиме фазовращателя СКВТ является датчиком, преобразующим угол поворота в фазовый угол синусоид напряжения.

Рисунок 2.39

2.5 Дистанционная передача

В устройствах автоматики необходимо передавать на значительные расстояния линейные и угловые перемещения, а также вращение.

В этих системах механическое перемещение с помощью датчика преобразуются в электрический сигнал, который по проводам (линиям связи) поступает на приемник.

Последний в свою очередь преобразует электрический сигнал снова в механическое перемещение, пропорциональное первоначальному (исходному) механическому перемещению. В технике широко применяются системы дистанционной передачи угла на переменных токах, выполненные на сельсинах.

2.5.1 Сельсинные датчики

В устройствах автоматики необходимо передавать на значительные расстояние линейные и угловые перемещения, а также вращение. В этих системах механическое перемещение преобразуется с помощью датчика в электрический сигнал через линии связи на приемник, который в свою очередь преобразует электрический сигнал в механическое перемещение пропорционально исходному. В этих системах применяются сельсины.

Сельсины - это специальные индукционные микромашины переменного тока, которые предназначены для передачи на расстояние угловых перемещений одного или нескольких валов механически несвязанных между собой.

В зависимости от их функций сельсины подразделяются:

- сельсины датчики (СД);

- сельсины приемники (СП); - сельсины трансформаторы (СТ);

- дифференцированный сельсин (ДС).

СД предназначен для передачи заданных угловых перемещений. Ротор СД поворачивается на заданный угол автоматики от привода или вручную. СП используется для воспроизведения заданного ротором СД углового перемещения. Ротор СП вращается свободно и устанавливается в положение, которое соответствует угловому перемещению ротора СД.

СТ служит для воспроизведения углового перемещения ротора СД в виде пропорционального электрического напряжения.

ДС служит для алгебраического суммирования угловых перемещений двух механически несвязанных валов.

В зависимости от характера токосъема сельсины подразделяются:

- контактные (контактные кольца и щетки) (СК);

- бесконтактные (вращающийся электрический контакт заменяется вращающимся магнитным контактом) (СБ).

В зависимости от конструкции подразделяются: - однофазные (СО); - трехфазные (С Тр).

СО имеют на статоре обмотку возбуждение которой питается от однофазной сети переменного тока.

С Тр по конструкции аналогичны трехфазным асинхронным двигателям, у которых на статоре и роторе трехфазные обмотки.

Они применяются в системах «электрического вала», то есть при больших мощностях.

Они предназначены для получения точного синхронного вращения валов двигателей находящихся на значительном расстояние друг от друга.

Применение:

- портальные краны;

- в основных механизмах разводящих мостов.

Сельсины имеют:

- однофазную обмотку возбуждения, который располагается на статоре; - трехфазную обмотку синхронизации, которую укладывают в пазы ротора.

Концы фазовых обмоток выводят на три контактных кольца, расположенных на валу и подсоединенных к внешней цепи.

Трехфазная обмотка состоит из 3 катушек сдвинутых относительно друг друга на 120 ° и соединенных звездой.

Сельсины работают в 2 режимах:

- индикаторном; - трансформаторном.

Индикаторный режим

Это режим, когда пару сельсинов используют для передачи угловых перемещений на большие расстояния (указывающий).

Обмотки возбуждения (ОВ) СД и СП подключают одной и той же однофазной сети переменного тока, а трехфазные обмотки соединены между собой по линиям связи.

Принцип действия:

При одинаковом положении ротора в сельсинах по отношению к обмоткам возбуждения, ток по обмоткам ротора не протекает, то есть равномерное состояние. При повороте ротора СД на заданный угол «альфа», ЭДC в обмотке этого ротора по отношению к ЭДС в обмотках ротора СП сдвигаются по фазе. Под действием этого сдвига возникает разность ЭДС, которая вызывает протекание уравнительного тока по обмоткам роторов.

При взаимодействии тока ротора с полем статора в СП создается вращающийся момент, под действием которого ротор СП поворачивается на угол «бэтта» до тех пор пока не восстановится на тот же угол на какой был повернут ротор СД (угол «альфа»=угол «бэтта»).

Вал СП соединен с устройством показывающим угол поворота ротора сельсинного датчика.

В этом режиме используются: контактные и бесконтактные сельсины.

В отличие от индукционного режима к сети переменного тока подключается только статорная обмотка СД, а обмотка СП подключена к нагрузке, с которой снимается напряжение пропорциональное углу рассогласования.

Принцип действия:

Если повернуть ротор СД на заданный угол «бета», то магнитный поток обмотки возбуждения индуцирует ЭДС в фазовых обмотках ротора сельсина датчика, которые создают токи в обмотках статора СП. Под их воздействием возникают магнитные потоки. Магнитные потоки в однофазной статорной обмотке СП индуцируют ЭДС (Е1, Е2, Е3), а результирующая ЭДС на зажимах статорной обмотки будет определяться: Uвых=(ен'+ен”+ен”’); Uвых=Umax*cos g где g=b-b1-угол рассогласования.

Если g=0, то Uвых= Umax.

Если g=90°, то Uвых=0.

Положение роторов, когда угол между ними равен 90 градусов СП находятся в заторможенном состоянии и это состояние берется за исходное. Соответственно, если, то вычитываем пропорциональный угол рассогласования. Трансформаторный режим применяется в синхронных следящих системах.

Статическая точность передачи характеризуется статической ошибкой, которая определяется углом рассогласования между осями сельсина датчика и приемника при отсутствии вращения. Статическая ошибка определяется нагрузкой момента на валу сельсина приемника, а также собственной погрешностью сельсина. Динамическая точность характеризуется динамической ошибкой, которая определяется углом рассогласования между осями сельсина датчика и приемника при вращении.

Большое влияние на точность дистанционной передачи оказывает изменение питающего напряжения.

Иногда требуется, чтобы индикационная передача отрабатывала угол равный сумме или разности двух значений, в этом случае применяются в качестве одного из элементов передачи дифференциальный сельсин, который по конструкции аналогичен трех фазному асинхронному двигателю. У дифференциального сельсина по числу витков расположению катушек и параметрам обмотки статора и ротора выполняются одинаковыми. Дифференциальный сельсин в индикационной передачи используется как приемник, работающий от двух датчиков. На валу дифференциального сельсина приемника располагается устройство с помощью которого снимается отработанный угол. Трех фазная обмотка ротора СД1 соединяется по линиям связи с трех фазной обмоткой статора дифференциального сельсина приемника, а трех фазная обмотка ротора СД2 аналогично соединяется с трех фазной обмоткой статора дифференциального сельсина приемника.