Министерство образования и науки российской федерации сибирский федеральный университет
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
5.1.3. Элементы системы вращения и наклона антенны 5.1.3.1. Сельсины Сельсины представляют собой индукционную машину и служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких механически несвязанных валов. Одну из этих машин, механически соединенную сведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя приемником. Система синхронной связи работает так, что при повороте ротора СД на какой-либо угол Д ротор СП поворачивается на такой же угол Θ П Следовательно, система стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования Θ = Д – Пи в идеальном случае свести угол Θ к нулю. Системы синхронной связи подразделяют на два основных вида синхронного поворота (передачи угла) и синхронного вращения (электрического вала. В зависимости от назначения и режимов работы различают сельсины, работающие в индикаторном режиме сельсины, работающие в трансформаторном режиме, и ДС. При индикаторном режимеротор СП соединяют непосредственно с ведомой осью. Его применяют при малом значении тормозного момента на ведомой оси, обычно в тех случаях, когда на оси укреплена хорошо уравновешенная стрелка индикатора (отсюда название – индикаторный. При трансформаторном режиме сигнал о наличии рассогласования между положениями роторов СД и СП подается через усилитель на исполнительный двигатель, который поворачивает ведомую ось и ротор сельси- на-приемника, ликвидируя рассогласование. При этом режиме выходной сигнал приемника пропорционален синусу угла рассогласования, как в ВТ, – такой режим работы сельсина получил название трансформаторного. Трансформаторный режим применяют в тех случаях, когда к ведомой оси приложен значительный тормозной момент, те. когда приходится поворачивать какой-либо механизм. Сельсины имеют две обмотки первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку синхронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины обмотку синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной. Трехфазные сельсины имеют такую же конструкцию, как трехфазные асинхронные двигатели с контактными кольцами на роторе их применяют только в системах электрического вала. 5.1. Общие сведения о системах вращения 159 Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения – на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы. Принцип работы сельсинов в индикаторном режиме. При индикаторном режиме навалу СП имеется незначительный момент сопротивления, поэтому для поворота ротора СП вслед за поворотом ротора СД требуется небольшой вращающий момент, который можно получить от приемника без дополнительных усилительных устройств. При работе сельсинов в рассматриваемом режиме обмотки возбуждения СД и СП включены в общую сеть переменного тока [1, риса обмотки синхронизации соединены между собой линией связи. Если углы поворота соответствующих обмоток фаз СД Д и СП Θ П по отношению к осям полюсов одинаковы (Д = Па обмотки возбуждения сельсинов В Д и В П включены в одну и туже сеть, то пульсирующие магнитные поля, созданные этими обмотками, наведут в соединенных друг с другом одноименных обмотках синхронизации одинаковые ЭДС Е АД = Е АП ; Е ВД = Е ВП ; Е СД = Е СП Одноименные ЭДС СД и СП имеют встречное направление, поэтому в обмотках синхронизации не возникает токов и электромагнитные моменты сельсинов равны нулю. Если теперь повернуть ротор СД на какой-то угол Δ Θ 1 = Д – П, то одноименные фазы сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитным полями их ЭДС не будут равны (Е АД Е АП и т. д. Вследствие этого в обмотках синхронизации возникнут токи, которые, взаимодействуя с магнитными полями, создадут вращающие моменты. Моменты, действующие на роторы СД и СП, направлены в противоположные стороны и под их влиянием угол рассогласования уменьшится. Если при повороте на ротор сельсина-датчика будет закреплен, то ротор сельсина-приемника под действием возникшего момента также повернется на угол Δ Θ 1 и опять будет выполняться равенство Д = Θ П В реальных условиях сельсины всегда дают некоторые погрешности в передаче угла. Эти погрешности вызваны наличием трения в подшипниках и щетках, неточностью изготовления и др. В зависимости от класса точности сельсины позволяют осуществить передачу угла с погрешностью 0,25–2,5 %. Принцип работы сельсинов в трансформаторном режиме Сельсины, работающие в трансформаторном режиме, конструктивно не отличаются от сельсинов, работающих в индикаторном режиме, и применяются в следящих системах. Схема включения сельсинов, работающих в транс Глава 5. Система вращения, качания антенны и синхронно-следящего привода РЛС ПР 160 форматорном режиме, приведена в [1, рис. 5.5]. Отличие этой схемы от схемы, показанной в [1, рис. 5.4], состоит в том, что однофазная обмотка В П СП не включается в сеть переменного тока, а подключается к управляющему блоку усилителя. При подаче питания в обмотку возбуждения В Д СД в обмотках синхронизации потечет ток, который в СП создаст пульсирующий магнитный поток. В исходном положении ротор этого сельсина должен быть расположен так, чтобы его ось была ориентирована перпендикулярно оси пульсирующего магнитного потока, созданного обмотками синхронизации. В этом случае оси обмоток В Д и В П будут сдвинуты в пространстве на 90° и напряжение на выводах обмотки В П будет равно нулю. На усилитель не будет подаваться сигнал, ион не будет давать питание на исполнительный двигатель. Система будет неподвижна. Если теперь повернуть ротор СД на какой-либо угол Θ, то токи в обмотках синхронизации изменятся, и ось магнитного потока в сельсине- приемникеСПповернется на тот же угол. При этом появится напряжение на обмотке В П , пропорциональное sin Θ. На вход усилителя поступит сигнал. Усиленный сигнал от усилителя поступит на исполнительный двигатель, который приведет в действие исполнительный механизм и одновременно повернет ротор СП в такое положение, когда его обмотка В П снова будет сдвинута на 90° относительно оси обмотки В Д . В этом положении подача сигнала на усилитель прекращается и привод останавливается. Таким образом исполнительный механизм будет повторять повороты или вращение ротора СД. Дифференциальные сельсины ДС используют в тех случаях, когда требуется поворачивать ведомую ось на угол, равный сумме или разности углов поворота двух ведущих осей O 1 ирис. При этом сведущими осями механически связаны два сельсин- датчика СД 1 и СД 2 , ас ведомой осью – ДС. Сельсины-датчики выполнены обычно, те. имеют однофазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации. Конструкция ДС подобна конструкции трехфазного асинхронного двигателя он имеет на статоре и роторе потри распределенных обмотки, оси которых сдвинуты на 120°; обмотка статора присоединена к обмотке синхронизации СД 2 , а обмотка ротора – к обмотке синхронизации СД 1 В рассматриваемой схеме при любых углах поворота Θ 1 и Θ 2 роторов датчиков СД 1 и СД 2 в цепях обмоток синхронизации проходят токи, определяемые ЭДС, индуцированными в фазах соответствующих обмоток. Эти токи в ДС, являющемся приемником, создают магнитодвижущую силу (МДС) статора F 1 и МДС ротора F 2 , которые также, как и при работе сельсинов в трансформаторном режиме, смещены относительно оси первой фазы статора и ротора (от которой ведется отсчет) соответственно на углы Θ 1 и Θ 2 5.1. Общие сведения о системах вращения 161 Есливекторы МДС статора и ротора Θ 1 и занимают одинаковые положения в пространстве, то между статором и ротором существуют только радиальные силы притяжения. При между векторами МДС ротора и статора образуется угол Θ = Θ 1 + Θ 2 (знак «–» при повороте роторов датчиков в одну сторону и «+» при повороте роторов датчиков в противоположные стороны. В результате этого появляется синхронизирующий момент, под действием которого ротор дифференциального сельсина поворачивается в сторону оси МДС статора F 1 , те. происходит отработка угла Θ. 5.1.3.2. Тахогенераторы Тахогенераторами называют электрические машины, выходная ЭДС которых пропорциональна угловой скорости ротора. Поскольку генерируемая в электрических машинах ЭДС пропорциональна скорости ротора, в качестве ТГ может быть использован любой тип электрического генератора синхронный, асинхронный, постоянного тока, индукционный и т. д. В идеальном случае ТГ должен давать на выходе напряжение, пропорциональное частоте вращения U = k·n или d U k dt Θ = , где n – частота вращения, об/мин; Θ – угол, на который перемещается вал механизма, связанного с тахогенератором; k – постоянный коэффициент. Эту зависимость, являющуюся основной, называют выходной характеристикой тахогенератора. В автоматических системах наибольшее распространение получили два типа ТГ: асинхронные и постоянного тока. ТГ постоянного тока выполняют с постоянными магнитами на статоре или с электромагнитным возбуждением от независимого источника постоянного тока. В них используют якорь обычного типа с барабанной обмоткой, а также полый или дисковый с печатной обмоткой. При неизменном токе возбуждения Вт. е. при неизменном потоке Ф, ЭДС пропорциональна частоте вращения, что является основой для использования машины постоянного тока в качестве ТГ: Е = с·Ф·п, где с – постоянный коэффициент. Его выходное напряжение а а а Н , R U E I R E U R = − = где а – ток ТГ; Н – сопротивление нагрузки а – сопротивление ТГ. Глава 5. Система вращения, качания антенны и синхронно-следящего привода РЛС ПР 162 Уравнение выходной характеристики тахогенератора: а а Н Н Ф 1 1 E c При идеализированных условиях (при Фи) характеристики являются линейными, а их угол наклона коси абсцисс уменьшается при снижении сопротивления нагрузки. Следовательно, ТГ можно применять только при неизменной нагрузке, те. совместно с индикатором или другим устройством, на который рассчитан данный ТГ. Крутизна выходной характеристики современных ТГ постоянного тока S = 3…100 мВ/(об/мин), где меньшие значения относятся к ТГ с постоянными магнитами. Наиболее распространены ТГ с номинальной частотой вращения n = 1 500…3 000 об/мин. Погрешности выходной характеристики. Выходная характеристика ТГ практически отклоняется от линейного закона в результате размагничивающего действия реакции якоря, наличия нелинейного сопротивления в переходном контакте между коллектором и щетками и изменения тока возбуждения из-за увеличения сопротивления обмотки возбуждения при ее нагревании. Размагничивающее действие реакции якоря проявляется при возрастании частоты вращения n, так как при этом повышается напряжение U, увеличивается тока тахогенератора, а следовательно, и МДС якоря Поэтому при повышенных частотах вращения выходное напряжение U возрастает медленнее, чем увеличивается частота вращения. Чтобы уменьшить влияние размагничивающего действия реакции якоря, вцепи нагрузки желательно иметь максимально большое сопротивление Ни ТГ должен работать при небольших относительных частотах вращения. Нелинейный характер сопротивления щеточного контакта также создает определенную погрешность по сравнению с идеализированной характеристикой. При этом выходная характеристика остается линейной, однако в области малых частот вращения ТГ становится нечувствительным к изменению п – появляется зона нечувствительности.Для уменьшения погрешности, создаваемой падением напряжения Щ под парой щеток, в ТГ применяют металлографитовые щетки, у которых величина Щ незначительна. Нагревание обмотки возбуждения ТГ приводит к увеличению ее сопротивления В, вследствие чего уменьшаются ток возбуждения, магнитный потоки выходное напряжение. Чтобы при повышении температуры обмотки возбуждения ток возбуждения изменялся незначительно, после 5.1. Общие сведения о системах вращения 163 довательно с ней включают либо терморезистор, который стабилизирует сопротивление цепи обмотки возбуждения, либо добавочный резистор с сопротивлением до Н, выполненный из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления. Кроме того, чтобы уменьшить влияние тока возбуждения на магнитный поток, ТГ часто выполняют с сильно насыщенной магнитной системой. Достоинствами ТГ постоянного тока являются малые габариты и масса при большой выходной мощности отсутствие фазовой погрешности, что обусловлено работой на активную нагрузку кроме того, в ТГ с постоянными магнитами не требуется иметь вспомогательный источник электрической энергии для возбуждения. 5.1.3.3. Электромашинные усилители Электромашинные усилители представляют собой специальные электрические генераторы постоянного или переменного тока, выходная мощность которых может изменяться в широких пределах за счет изменения мощности управления. Отношение выходной мощности к мощности управления называют коэффициентом усиления по мощности. Современные ЭМУ имеют весьма большие коэффициенты усиления, необходимые для усиления сравнительно слабых управляющих сигналов. Простейшим ЭМУ является обычный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, у которого, как известно, мощность, подаваемая на обмотку возбуждения (управления, во много раз меньше мощности, получаемой на выходе от обмотки якоря. Усиление мощности в этой машине происходит за счет механической энергии, поступающей от приводного двигателя, что характерно для всех других ЭМУ. Однако в генераторах с независимым возбуждением нельзя получить большие коэффициенты усиления, необходимые для современных систем автоматического регулирования, поэтому разработан ряд специальных машин. Существуют различные типы ЭМУ постоянного и переменного тока с различными принципами действия. Различают ЭМУ продольного поля с одной ступенью усиления) и ЭМУ поперечного поля (с двумя ступенями. Наиболее распространены ЭМУ поперечного поля [1, рис. 5.7]. Такой ЭМУ представляет собой генератор постоянного тока, обычно двухполюсный с двумя парами щёток на коллекторе. На полюсах статора расположены одна или несколько обмоток возбуждения, чаще называемые обмотками управления (ОУ). При подаче управляющего сигнала У на ОУ по ней проходит ток У, который создает небольшой продольный поток ФУ, направленный вдоль оси d–d. При вращении якоря этот поток индуцирует ЭДС E q , которая достигает наибольшего значения на щётках а–а и равна нулю на щётках b–b. Так как якорь замкнут накоротко щётками а–а, сум- Глава 5. Система вращения, качания антенны и синхронно-следящего привода РЛС ПР 164 марное сопротивление короткозамкнутой поперечной цепи а мало, то даже при незначительной ЭДС вцепи (обмотке) якоря возникает достаточно большой ток I q : q q a E I R = . Этот ток создаёт сильное поперечное магнитное поле (магнитный поток Фа. При вращении якоря в поперечном полена щётках b – b , связанных с внешней цепью, индуцируется ЭДС E d . В результате этого во внешней цепи возникает большой ток нагрузки I d , обусловливающий большую выходную мощность Н d d a E I R R = + ∑ МДС якоря создаваемая током I d , направлена встречно МДС обмотки управления У, поэтому продольный поток якоря а будет размагничивать машину. Для компенсации МДС на статоре ЭМУ помещают компенсационную обмотку К которую включают в цепь нагрузки для точного регулирования МДС компенсационной обмотки F K параллельно ей присоединяют шунтирующий реостат R Ш Коэффициент усиления ЭМУ представляет собой отношение выходной мощности к входной вых2 У вх1 P К P = ЭМУ с поперечным полем можно рассматривать как генератор постоянного тока, состоящий из двух ступеней, включенных в каскад. Впервой ступени магнитный поток создается ОУ, а выходной обмоткой служит обмотка якоря, замкнутая накоротко проводником, включенным между поперечными щетками. Выходная мощность первой ступени Р вых1 является одновременно входной мощностью второй ступени Р вх2 Учитывая, что вы P вx2 , коэффициент усиления вых2 вых1 вых2 У У1 У2 вх1 вх1 вх2 P P P К К К, где вых1 У1 вх1 P К P = – коэффициент усиления первой ступени вых2 У2 вх2 P К P = – коэффициент усиления второй ступени. Обычно при мощности машины до нескольких киловатт ЭМУ и приводной асинхронный двигатель располагают в общем корпусе. Они имеют общий вал, на котором устанавливают пакет ротора приводного двигателя, якорь усилителя и его коллектор. 5.2. Система вращения и наклона антенны радиолокационной станции ПР 165 5.2. Система вращения и наклона антенны радиолокационной станции ПР 5.2.1. Назначение, состав и технические характеристики системы вращения и наклона антенны Система вращения и наклона антенны служит для обеспечения вращения антенны в горизонтальной плоскости и поворота стрел антенны в вертикальной плоскости. При автономной работе станции СВНА обеспечивает следующие режимы работы • режим кругового вращения антенны со скоростями 2±0,2; 4±0,2 или 6±0,3 об/мин (режим стабильных скоростей вращения • режим плавного изменения скорости вращения антенны от 0,4 до 6 об/мин с реверсированием • режим замедленной плавной скорости вращения антенны от 0 до 3 об/мин с реверсированием (для снятия ДНА в горизонтальной плоскости. СВНА обеспечивает вращение антенны при следующих ветровых нагрузках и гололеде • при скорости ветра до 20 мс без гололеда обеспечивается работа на скоростях 2, 4 и 6 об/мин; • при скорости ветра до 30 мс без гололеда – 2 об/мин; • при скорости ветра до 10 мс и гололеде толщиной до 10 мм – 2, 4 и 6 об/мин. При сопряжении с другими радиотехническими средствами, когда РЛС используется в качестве ведомой, система вращения обеспечивает режим слежения (синхронно-синфазного вращения) антенны за ведущей антенной другой РЛС, вращающейся со скоростью не более 6 об/мин. Привод наклона СВНА обеспечивает поворот траверсы антенны в пределах от –5 до +15° относительно горизонтального положения стрел. При автономной работе РЛС заданные режимы вращения антенны обеспечивают следующие блоки системы [1, рис. 5.8]: привод вращения антенны (блок 31), блок коммутации СВНА (блок 32), ЭМУ (блок 41), элементы управления, расположенные в АПУ (блок Ми ВПУ (блок М. При работе СВНА в режиме слежения, помимо вышеуказанных блоков, также используются блок сельсинов-приемников (блоки блок усилителя силового следящего привода (блок 37). Глава 5. Система вращения, качания антенны и синхронно-следящего привода РЛС ПР 166 |