S
1
S
2
1
&
&
И
1
И
2
U
1
U
2
(ФД1)
(ФД2)
U
ВЫХ1
U
ВЫХ2
U
ВЫХВ
U
ВЫХН
(ω>0)
(ω<0)
Рис. 1.12. Узел формирования выходных импульсов Так как младшему разряду датчика соответствует один импульс, то разрешающая способность ЦДС составляет
1
:
N
, а точность измерения
N
1
. Очевидно, дискретность по скорости датчика, об/с, определится величиной ДН 0
(1.49) Таким образом, точность ЦДС тем выше, чем больше измеряемая скорость и период измерения. Увеличение значения T для уменьшения погрешности при низких скоростях нежелательно, так как при этом возрастает дискретность повремени и увеличивается расхождение между средними мгновенным значениями скорости, что может затруднить использование ЦДС в системах управления. Другой вариант формирования цифрового кода скорости состоит в определении интервала времени между двумя импульсами путем подсчета числа высокочастотных опорных импульсов, умещающихся на измеряемом интервале. Данный способ имеет, напротив, максимальную разрешающую способность на самых низких скоростях, когда период следования импульсов максимален и содержит наибольшее число опорных импульсов. Однако высокая точность датчика при низких скоростях относится также лишь к среднему за измеряемый интервал значению скорости. При повышении скорости точность данного ЦДС снижается.
26 Рассмотренные варианты ЦДС обеспечивают высокую точность измерения скорости, и тем большую, чем продолжительней период измерения. Однако данный период измерения вносит в систему управления с ЦДС дискретность повремени, которая вносит искажения в работу высокодинамичных систем. Поэтому для снижения дискретности повременив быстродействующих системах с управлением по интегралу сигнала рассогласования интегрирование разности скоростей выполняется подсчетом разности непосредственно числа импульсов с задающего устройства и сдатчика импульсов с помощью реверсивного счетчика. 1.10. Электромашинные устройства систем синхронной связи В различных отраслях промышленности и схемах автоматического управления и регулирования, а также в следящих системах широкое применение получили индукционные системы синхронной связи, под которыми понимают совокупность устройств, служащих для измерения или передачи на расстояние угловых перемещений двух или нескольких валов, механически несвязанных между собой. Основными показателями, характеризующими свойства индукционных систем синхронной связи, являются питание от сети переменного тока постоянной частоты и самосинхронизация в пределах одного оборота вала. К достоинствам таких систем можно отнести 1) отсутствие искровой коммутации при работе системы 2) высокую точность (ошибка не более 2,5° для машин низшего класса 3) плавность отработки приемником поворота датчика 4) использование датчиков и приемников бесконтактного типа
5) однотипность датчиков и приемников. Применяемые в индукционных системах в качестве датчиков и приемников микромашины получили название сельсинов [3]. Обмотки датчика и приемника, соединенные между собой линией связи, называют обмотками синхронизации, а обмотки, присоединяемые к питающей сети и предназначенные для создания магнитного потока машины, – обмотками возбуждения. Сельсины подразделяют на трех- и однофазные. Трехфазные сельсины применяют при относительно больших мощностях. Конструктивно их выполняют как обычные трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором. У однофазных сельсинов обмотки возбуждения, как правило, однофазные, а обмотки синхронизации выполнены по типу трехфазных обмоток, фазы которых сдвинуты пространственно на 120° и соединены в звезду. Следует иметь ввиду, что токи, протекающие по фазовым обмоткам, имеют одну и туже временную фазу. Ток по обмоткам ротора протекает только в момент отработки. Основным видом однофазного сельсина следует считать машину, имеющую сосредоточенную обмотку возбуждения на статоре и
27 распределенную обмотку синхронизации на роторе. Однофазные сельсины делятся на контактные и бесконтактные. Из контактных сельсинов наибольшее распространение получили сельсины с явнополюсной магнитной системой. Обмотку возбуждения (ОВ) выполняют сосредоточенной ее располагают как на полюсах статора, таки на полюсах ротора. В соответствии с этим различное расположение имеет и распределенная обмотка синхронизации (ОС. Для самосинхронизации в пределах одного оборота сельсины проектируют двухполюсными. Полюсы имеют полюсные наконечники с углом охвата ротора около 120°. Чтобы приблизить форму кривой распределения поляк синусоидальной, воздушный зазор делают неравномерным, увеличивая к краям полюсного наконечника. Сточки зрения характеристик системы безразлично, где расположена обмотка возбуждения на статоре или на роторе. Однако в сельсинах с обмоткой возбуждения на статоре вцепи обмотки синхронизации находятся три скользящих контакта, снижающих точность и надежность работы системы. Достоинство такой конструкции заключается в том, что ток через скользящие контакты в индикаторном режиме работы протекает только при наличии угла рассогласования. В сельсинах с обмоткой возбуждения на роторе число скользящих контактов уменьшается до двух. Однако при этом через щетки и кольца непрерывно проходит ток возбуждения, что при длительном нахождении системы в состоянии покоя может вызвать подгорание щеточных контактов. Но ввиду малого тока возбуждения это явление наблюдается редко. Существенный недостаток контактных сельсинов – наличие скользящих контактов, снижающих их надежность. При слабом нажатии на щетки переходные сопротивления контактов получаются большими и неодинаковыми, контакт ненадежен, что приводит к увеличению погрешности передачи. Если повышать нажатие на щетки, контакт улучшается, но растет момент трения, что увеличивает погрешность передачи угла, приводит к быстрому износу контактов. Чтобы уменьшить переходное сопротивление и увеличить надежность работы сельсинов, кольца и щетки выполняют из сплавов серебра. Однако и это не может полностью избавить контактный сельсин от присущих ему недостатков. Поэтому в настоящее время широко распространены бесконтактные сельсины [3]. Отсутствие у них скользящих контактов позволяет получить лучшую устойчивость характеристики длительно сохранить высокую точность. Схема устройства бесконтактного сельсина приведена на рис. 1.13. Ротор (6) представляет собой два пакета, набранные из листовой стали, разделенные косой прокладкой (5) из немагнитного материала. Обмотки на роторе нет. Статор состоит из основного пакета (4) и двух боковых колец (2). В пазах основного пакета уложена распределенная обмотка синхронизации (7), выполненная по типу трехфазной. К кольцам (2) примыкают пакеты внешнего магнитопровода (1). Между кольцами и основным статорным пакетом расположены обмотки возбуждения (7) в виде кольцевых катушек,
28 охватывающих ротор. Как ив случае контактных сельсинов, ОВ (соединенные последовательно) присоединяют к однофазной сети, а ОС – к линии связи. Теоретический анализ работы бесконтактного сельсина в системе синхронной связи ничем не отличается от анализа работы контактного сельсина. Рис. 1.13. Схема устройства бесконтактного сельсина
1.11. Работа сельсинов в индикаторном режиме Целью индикаторной связи является передача угла на расстояние при незначительном моменте сопротивления приемника. В этом случае сельсин- приемник (СП) самостоятельно отрабатывает угол, задаваемый сельсином- датчиком (СД), не требуя дополнительных усилительных и исполнительных устройств. Схема индикаторной связи однофазных сельсинов приведена на рис. 1.14. Сельсины, применяемые в индикаторных передачах, имеют явно выраженные полюсы с обмотками возбуждения на статоре и трехфазными обмотками синхронизации на роторе. Если повернуть ротор СД на угол
, то ротор СП сам повернется примерно на тот же угол
в туже сторону. Разность
называют углом рассогласования или ошибкой в повороте. Системы с индикаторными передачами называют дистанционными. При анализе считают, что распределение индукции вдоль воздушного зазора синусоидальное, машина не насыщена и магнитный поток имеет постоянное значение.
29 Рис. 1.14. Схема индикаторной связи однофазных сельсинов При этом можно считать, что действующие значения ЭДС, наводимых потоком возбуждения в обмотках ротора, являются синусоидальными функциями угла поворота ротора и для датчика имеют вида для приемника определяются как
(1.51)
),
240
cos(
);
120
cos(
;
cos
3 Так как одинаковые обмотки СД и СП включены встречно (рис. 1.14), то между одноименными концами обмоток действуют разностные ЭДС
(1.52)
2
sin
240 2
sin
2
)
240
cos(
)
240
cos(
;
2
sin
120 2
sin
2
)
120
cos(
)
120
cos(
;
2
sin
2
sin
2 2
sin
2
sin
2
)
cos
(cos
3 2
1 1
1
m
m
m
m
m
m
m
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
30 Обозначив через Z сопротивление каждой фазной обмотки сельсина и пренебрегая сопротивлением проводов связи, найдем токи в проводах линии связи и роторах датчика и приемника, учтя, что , ZEImm : (1.53) 2 sin 2 240 sin 2 sin 2 120 sin 2 sin 2 sin 2 sin 2 sin 2 3 2 Алгебраическая сумма токов 0 2 sin 2 240 sin 2 120 sin 2 sin 3 2 1 mIIII (1.54) Протекая потрем роторным обмоткам сельсина, сдвинутым в пространстве на 120° друг относительно друга, токи создают три МДС, также пространственно сдвинутые на 120°: ОБМОБМОБМwkIFwkIFwkIF3 3 2 2 1 1 8 , 1 ; 8 , 1 ; 8 , 1 (1.55) Складывая геометрически эти МДС, получают результирующую МДС, пространственное направление которой зависит от положения ротора. Результирующую МДС разлагают на две пространственные составляющие продольную dF, направленную по оси обмотки возбуждения, и поперечную направленную перпендикулярно ей. Синхронизирующий момент сельсина создается только в результате взаимодействия поперечной составляющей МДС qF с потоком обмотки возбуждения продольная составляющая МДС dF в создании этого момента не участвует. Для сельсина-приемника 240 sin 120 sin sin 2 2 1 FFFFq (1.56) После несложных преобразований, подставляя вместо 1 F, 2 F и 3 F их значения из (1.55), выраженные через токи (1.53), получим sin sin 2 3 kwkIFОБМmq (1.57) Статическим синхронизирующим моментом сельсина СИНХM называют вращающий момент, действующий навалу неподвижного ротора при угле рассогласования Статический синхронизирующий момент СП sin cos cos kФkФFkMqСИНХ ; sin mСИНХMM , (1.58) где Ф – угол между токами и ЭДС в обмотках. Зависимость момента СИНХM от угла рассогласования носит синусоидальный характер (рис. 1.15). Причем при повороте ротора до 180° точки Аи А) сельсин находится в устойчивом равновесии, так как СИНХM
31 стремится вернуть ротор в начальное положение 0. При отклонении ротора на угол больше 180° (например, точка В) сельсин находится в неустойчивом равновесии, так как
СИНХ
M
стремится увеличить угол рассогласования, пока ротор не придет в новое положение равновесия, отличающееся от начального на 360°.
A
A'
B
B
180 0
М
СИНХ
Рис. 1.15. Зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования Помимо статического (
0
) сельсины также могут работать в динамическом режиме как при равномерном (
const
), таки неравномерном
(
var
) вращении. Поэтому представляет интерес динамический момент
f
pn
M
M
СИНХ
ДИН
120
cos
;
f
M
M
СИНХ
ДИН
4
cos
(1.59) С увеличением частоты f питающей сети ДИН возрастает. Как правило, сельсины питаются от сети частотой 50, 400 или 500 Гц. Точность работы сельсинов в индикаторных передачах зависит от технологических причин (одинаковая проводимость роторов по любой оси, отсутствие эксцентриситетов, симметрия обмотки и др) и режима работы сельсинов. Поточности работы сельсины делят натри класса (табл. 1.2). Таблица 1.2 Класс точности 1 2
3 Погрешность изготовления, град
СД от 0 до ± 0,25 от ± 0,25 до ±0,5 от ± 0,5 до ±1,0
СП от 0 до ±0,75 от ±0,75 до ±1,5 от ±1,5 до ±2,5
32 Дифференциальное уравнение движения вала сельсина имеет вид ДИН
(1.60)
dt
d
J
M
f
M
H
СИНХ
2
cos
,
но
sin
m
СИНХ
M
M
,
10
. Поэтому
m
СИНХ
M
M
. Тогда откуда угол рассогласования
dt
d
f
M
J
f
M
M
m
m
H
)
4
(
cos
)
4
(
cos
(1.61) Установившееся значение угла рассогласования
определяет ошибку, которая зависит от режима работы. Статический режим (
0
). Ротор датчика повернули на некоторый угол и остановили. Ротор приемника должен отработать тот же угол СТ) Режим равномерного вращения (
const
). Оба ротора вращаются равномерно и угол рассогласования
)
4
(
cos
)
4
(
cos
f
f
M
M
CT
m
H
РВ
(1.63) Режим неравномерного вращения (
var).
Угол рассогласования в этом режиме на основании (1.61) складывается из двух составляющих и является наибольшим
dt
d
f
M
J
f
m
CT
HB
)
4
(
cos
)
4
(
cos
(1.64)
1.12. Работа сельсинов в трансформаторном режиме При трансформаторном режиме от СД к СП передается незначительный по мощности сигнал, который затем усиливается и воздействует на исполнительный двигатель (ИД) (рис. 1.16). В исходном положении ротора СД ось обмотки 1 совпадает с осью обмотки ОВ, в которой наводится максимальная ЭДС. При повороте ротора СД на угол
обмотки 1–3 смещаются. Тогда ЭДС в обмотках СП
).
240
cos(
);
120
cos(
;
cos
3 2
1
m
m
m
E
E
E
E
E
E
(1.65)
33 Эти ЭДС вызовут соответствующие токи
(1.66)
).
240
cos(
2
);
120
cos(
2
;
cos
2 2
3 2
1 Каждый из этих токов в СП создает МДС:
1 1
I
k
F
;
2 2
I
k
F
;
3 3
I
k
F
(1.67) Продольная составляющая результирующей МДС в СП РЕЗ равна сумме проекций МДС отдельных фаз (
1
F ,
2
F ,
3
F ) на ось ОВ. Эта МДС создает магнитный поток, пронизывающий выходную обмотку СП и наводит в ней ЭДС. Тогда выходное напряжение
cos
240
cos
240
cos
2 120
cos
120
cos
2 0
cos cos
2 240
cos
120
cos
0
cos
3 2
1
k
Z
E
k
Z
E
k
Z
E
k
k
kI
kI
kI
k
U
m
m
m
ВЫХ
, (1.68) где
k
– коэффициент пропорциональности между
ВЫХ
U
и
РЕЗ
F
У
ИД
Ф
ОВ
ОУ
ОВ
СД
СП
1 2
3 1'
2'
3'
U
ВЫХ
U
В
U
У
U
РЕЗ
F
1
F
2
F
3
F
Рис. 1.16. Схема сельсина в трансформаторном режиме работы Чтобы получить
ВЫХ
U
, пропорциональное
sin или при малых углах самому углу
, за исходное принимают положение выходной обмотки, повернутое на 90° (рис. 1.17):
sin
k
U
ВЫХ
. Если
10
, то
k
U
ВЫХ
В зависимости от точности измерения угла рассогласования
сельсины- трансформаторы делят натри класса (табл. 1.3).
34 Таблица 1.3 Класс точности 1 2 3 Погрешность измерения, град от 0 до ±0,25 от ±0,25 до ±0,5 от ±0,5 до ±0,75 Ф СД СП U U ВЫХ Рис. 1.17. Трансформаторная схема сельсинов с выходным напряжением, пропорциональным Таким образом, наиболее точные сельсины го класса работают с точностью до ±0,25°. Для увеличения точности измерения угла применяют грубые и точные каналы. Роторы сельсинов-датчиков грубого (СДГ) и точного (СДТ) каналов связаны редуктором с передаточным числом i =15 – 35. Поэтому при углах 1 на выходе СПГ напряжение составляет доли вольта, а на выходе СПТ – порядка нескольких вольт. |
Скачать 1.4 Mb.