что такое сельсины как и для чего они работают
Сельсины: назначение, устройство, принцип действия
Сельсины представляют собой особый вид электрических машин переменного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких сот ватт (менее киловатта). Служит сельсин для дистанционной передачи механического угла поворота электрическим путем между устройствами, не имеющими между собой механической связи.
Всякий сельсин имеет статор и ротор, на которых расположены обмотки переменного тока. Существуют сельсины с однокатушечной обмоткой на статоре и трехкатушечной на роторе, и, наоборот, с трехкатушечной обмоткой на статоре и однокатушечной на роторе, и, наконец, с трехкатушечной обмоткой на статоре и с такой же обмоткой на роторе.
По своему назначению в схемах авторегулирования сельсины делятся на:
Для уяснения работы сельсина рассмотрим рис. 1, а.
Сельсин-датчик и сельсин-приемник своими однокатушечными обмотками статора подключены к одной и той же сети переменного тока, а трехкатушечные обмотки ротора соединены между собой. Если теперь повернуть ротор датчика на произвольный угол, то на такой же угол повернется ротор приемника. Если ротор датчика вращать непрерывно с произвольной скоростью, то с такой же скоростью будет вращаться и ротор приемника.
Действие сельсинной связи основано на принципе электромагнитной индукции, заключающейся в следующем. Переменный ток однокатушечной обмотки статора индуктирует в трехкатушечной обмотке ротора токи, величины которых зависят от относительного расположения обмоток ротора и статора.
Если роторы обоих сельсинов расположены одинаково по отношению к своим статорам, то токи в соединительных проводах роторов равны и противоположны между собой, и поэтому ток в каждой катушке равен нулю. Как следствие, равен нулю вращающий момент на валу одного и другого сельсинов.
Если теперь вручную или иным способом повернуть ротор сельсин-датчика на определенный угол, то нарушится равновесие токов между роторами, и на валу сельсин-приемника возникнет вращающийся момент, благодаря чему его ротор будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет неравновесие, токов, т. е. пока этот ротор не примет то же положение, что и сельсин-датчик.
В системах авторегулирования нередко сельсин-приемник работает в трансформаторном режиме (рис. 1, б). В этом случае ротор приемника закрепляется неподвижно, а обмотка его статора отключается от сети. В этой обмотке индуктируется э. д. с. со стороны ротора, по обмоткам которого протекают токи, обусловливаемые положением ротора сельсин-датчика. Это означает, что величина э. д. с. на зажимах ротор приемника пропорциональна углу поворота датчика.
В исходном положении роторы смещены на 90° относительно друг друга и в этом случае индуктируемая на роторе датчика э. д. с. равна нулю. Теперь при повороте ротора-датчика на роторе приемника будет индуктироваться э. д. с. Епр, пропорциональная углу рассогласования роторов
Епр = Емакс х sin θ
Дифференциальный сельсин применяется в тех случаях, когда нужно контролировать разность углов поворота двух осей, т. е. их рассогласование. В этом случае два сельсин-датчика находятся на двух валах, скорости которых сравниваются между собой. Трехкатушечными обмотками роторы этих сельсинов соединены с трехкатушечными обмотками статора и ротора третьего сельсина, являющегося дифференциальным (рис. 1, в). Угол поворота ротора дифференциального сельсина равен разности углов поворота сельсин-датчиков.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое сельсин-датчик и зачем он необходим
Реализация технологического процесса предполагает использование различного оборудования. В некоторых случаях надо добиться синхронного и синфазного вращения осей различных устройств. Иногда по каким-то причинам механическое соединение не представляется возможным. Тогда вместо муфты используют сельсин — специальный датчик, благодаря которому можно добиться требуемой синхронизации. Он нередко входит в состав специальных систем, нуждающихся в повороте на некоторый угол на расстоянии. Сельсин работает в режиме приемника и передающего элемента. Стоит детально разобраться, что это такое, как работает и где может использоваться.
Виды синхронной связи
Прежде чем начать разбираться, что такое и как функционируют сельсины, стоит познакомиться с существующими разновидностями синхронной связи. По данному параметру системы принято делить на системы асинхронного вращения и поворота. Каждая разновидность имеет свои особенности.
Синхронное вращение
В состав входит два одинаковых асинхронных электродвигателя, оснащенных фазными роторами. Обмотки ротора соединяют. Статор подключают к 380 В.
Синхронный поворот
В состав входят сельсины, исполнение которых допускает самосинхронизацию. В зависимости от числа фаз они подразделяются на:
Посмотрите видео в конце, чтобы разобраться в особенностях подобной системы.
Системы синхронного поворота: основные режимы
Сельсины работают в двух режимах. Каждый из них имеет свои особенности которые надо обязательно учитывать при выборе оборудования.
Индикаторный
Если оборудование работает в данном режиме, значит, ротор принимающего устройства подсоединен к ведомой оси. Схема актуальна при выборе для ведомой оси минимального момента торможения и размещение на ней индикаторной стрелки. Обмотки возбуждения подключают к общей цепи. Синхронизирующие объединяют с линией связи.
Формируемые магнитные потоки инициируют возникновение ЭДС на обмотках всех фаз. Незначительная рассогласованность приводит к протеканию электротока. Благодаря потоку в датчиках и принимающем элементе сельсина образуются разнонаправленные моменты. С их помощью удается полностью нивелировать угол рассогласования.
Ротор, располагающийся на датчике, затормаживают. Как итог, момент синхронизации влияет на механизм, поворачивающий ведущую ось. Благодаря подобному конструктивному исполнению удается обеспечить одновременный поворот на одинаковый угол роторов обоих подключенных элементов.
Трансформаторный
Электросигнал, появляющийся при рассогласованности роторов, сначала поступает на усиливающую часть схемы. Далее — на ротор исполнительного механизма. Последний начинает поворачивать ротор принимающего элемента и ведомую ось до полного нивелирования имеющейся разницы. Подобный режим актуален при прикладывании к ведомой оси момента торможения, имеющий достаточно большую величину. То есть помогает повернуть механизм.
Обмотку датчика соединяют с ведущей осью и подключают к электросети на 220 В. Для подачи напряжения на элемент, отмечающий за управление двигателем, задействуют усилитель. Обмотку приемника используют для присоединения сельсина. Для объединения обмоток синхронизации двух сельсинов используется линия связи. В возбуждающей обмотке индуцируется ток, создающий в синхронизирующей обмотке ЭДС.
Ток протекает по обоим элементам, так как их обмотки соединены. В принимающем элементе формируются магнитные импульсы. Если элементы рассогласованы, под действием потока в обмотке возникает ЭДС. На входе появляется напряжение, запускающее специальный усиливающий элемент. От него напряжение поступает на статор, принадлежащий исполнительному устройству. Это приводит к тому, что ведомая ось начинает поворачиваться следом за ротором приемника. По мере устранения имеющейся разницы, напряжение становится равным нулю, и вращение ведомой оси прекращается.
Особенности используемой технологии и конструкция влияют на величину погрешности. К таковым относят:
При передаче угла неизбежно возникают погрешности. Их появление обусловлено определенными условиями эксплуатации. При изменении величины сопротивления в сети управления, порядок работы сельсинов изменится.
Конструкция
Исполнение сельсинов диктует их принцип действия. Принято выделять:
Каждая разновидность имеет свои отличительные особенности, с которым стоит обязательно ознакомиться, чтобы понять принцип работы.
Контактные
Контактные по своему исполнению аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором и малой мощностью. В их состав входят неявнополюсные ротор и статор. Благодаря этому обе обмотки – распределенные. У ротора предусмотрена обмотка возбуждения. Для подвода электротока используются два кольца.
У отдельных моделей уже имеется статор и ротор. Это их явное преимущество. В результате величина момента синхронизации возрастает. Однако контактные элементы в этом случае — явный недостаток.
Бесконтактные
Для их включения не нужны никакие контактные элементы. Обе обмотки изначально устанавливаются на статоре. Ротор имеет характерную цилиндрическую форму. Для его изготовления используется материал, имеющие ферримагнитные свойства. Алюминиевая прослойка делит роток на два полюса.
Торообразные сердечники располагаются на торцах сельсинов. Их внутренняя часть располагается над ротором. Наружная соединяется со стержнями внешнего магнитопровода. Для изготовления сердечников используется электротехническая листовая стали. Однофазная обмотка устройства состоит из двух дисковых катушек, располагающихся по обеим сторона статора между сердечниками и обмоткой синхронизации.
В процессе работы устройства происходит замыкание магнитного потока импульсного типа. Трехфазная синхронизирующая обмотка соединяется на статоре. Положение оси потока магнитной индукции по мере изменения пространственного положения ротора изменяется. Он занимает иное положение относительно синхронизирующих обмоток. Величина возникающей ЭДС напрямую зависит от величины угла, на который смог повернуться ротор.
К недостаткам подобных устройств является не такое эффективное использование активных материалов. Кроме того, они в среднем на 50% тяжелее контактных аналогов, что обусловлено большими воздушными зазорами. Благодаря последним, величина токов намагничивания возрастает.
Видео по теме
Сельсины – назначение и конструкция
Среди множества электрических машин существует особая разновидность, с помощью которых в синхронных системах осуществляется дистанционная передача угла. Они известны как сельсины, назначение и конструкция этих устройств разделяет их на датчики и приемники.
Общее устройство сельсина
Данные системы способны синхронно и плавно передавать на расстояние необходимые угловые величины. Механическая связь между ними отсутствует, а все передачи выполняются за счет электрических соединений, выступающих в качестве линий связи. Мощность таких приборов находится в пределах от нескольких ватт до 1 кВт, поэтому они могут использоваться для решения многих технических задач.
В конструкцию каждого сельсина входит статор и ротор с обмотками переменного тока. В соответствии со своими особенностями, эти устройства конструктивно могут состоять из следующих элементов:
Как видно из представленной схемы, сельсины, задействованные в схемах автоматических регулировок, разделяются на следующие категории:
Основной функцией этих устройств является синхронный поворот или вращение двух или нескольких осей, не имеющих между собой механической связи. Аппарат, механически связанный с ведущей осью, считается датчиком, а другой такой же прибор, соединенный с ведомой осью называется приемником. Когда ротор датчика поворачивается на какой-то угол, то ротор приемника синхронно выполняет поворот на такой же угол.
Каждый сельсин имеет обмотки, разделяющиеся на первичную – обмотку возбуждения и вторичную – обмотку синхронизации. В зависимости от количества фаз первичной обмотки, устройства могут быть одно- или трехфазными. Вторичная обмотка практически всегда выполняется в трехфазном варианте.
Расположение первичной и вторичной обмотки не влияет на принцип работы сельсин-устройств. Тем не менее, обмотку синхронизации принято устанавливать на статоре, а обмотку возбуждения на роторе. Такое размещение позволяет снизить количество контактных колец и повысить общую надежность устройства.
Принцип действия различных схем
Принцип действия системы наглядно виден на схемах, представленных на рисунке. На схеме «а» датчик и приемник подключены через статорные однокатушечные обмотки к единой сети переменного тока, а обмотки ротора с тремя катушками соединяются друг с другом. Получается система «датчик-приемник». При повороте ротора сельсин-датчика на какую-либо величину угла, ротор приемника повернется на точно такой же угол.
Основой синхронной связи является электромагнитная индукция. Под действием переменного тока обмотки статора, в роторной обмотке индуктируются токи, на величину которых оказывает влияние расположение обмоток статора и ротора относительно друг друга.
Когда роторы в обоих сельсин-устройствах располагаются одинаково относительно статоров, токи в проводах, соединяющий роторы будут при общем равенстве противоположны между собой. Поэтому в каждой катушке ток будет равен нулю. Следовательно валы сельсинов находятся в состоянии покоя и их вращающий момент также равен нулю.
При повороте ротора сельсин-датчика на какой-то угол, данное равновесие токов нарушается и на валу приемника появится вращающий момент. Его ротор будет вращаться до полного исчезновения неравновесия токов. Это неравновесие исчезнет, когда ротор сельсин-приемника примет такое же положение, что и ротор датчика.
В автоматическом регулировочном режиме довольно часто требуется работа приемника в режиме трансформатора. На схеме «б» видно, что ротор приемника закреплен неподвижно, а обмотка статора отключена от сети. Далее в ней будет индуктироваться ЭДС под влиянием тока, протекающего по обмоткам ротора. Величина этого тока будет зависеть от положения ротора датчика. То есть величина ЭДС ротора приемника будет находиться в пропорции с углом поворота сельсин-датчика. В исходном положении оба ротора смещаются на 90 градусов между собой, поэтому ЭДС на роторе датчика будет равна нулю. Таким образом, поворот ротора датчика вызовет индукцию ЭДС на роторе приемника, пропорциональной углу рассогласования обоих роторов.
Схема «в» отображает работу дифференциального сельсина, который используется для контроля разницы углов поворота сразу двух осей. Два датчика располагаются на двух отдельных валах с одинаковыми скоростями вращения. Третий сельсин-датчик является дифференциальным, а его угол поворота представляет собой разницу между углами поворота датчиков.
Конструктивные особенности
Конструктивно синхронизирующие сельсины могут быть контактными и бесконтактными. В первом случае соединение роторной обмотки с внешней электрической цепью осуществляется с помощью щеток и контактных колец. Устройство контактных сельсинов напоминает асинхронный двигатель с маломощным фазным ротором.
Статоры и роторы таких сельсинов считаются неявнополюсными, а обмотки – распределенными. На роторе располагается обмотка возбуждения, к которой электрический ток подведен посредством двух контактных колец. Некоторые виды устройств имеют явно выраженные полюса статоров и роторов, что существенно повышает их синхронизирующий момент.
В процессе эксплуатации сельсинов контактные кольца постепенно изнашиваются и требуют замены. Этот фактор считается единственным серьезным недостатком данных устройств. Бесконтактные сельсины, назначение и конструкция которых предполагает отсутствие контактных элементов, имеют две обмотки, размещенные на статоре. Сам ротор представляет собой цилиндр, изготовленный из ферромагнитного материала. Специальная алюминиевая прослойка разделяет ротор на два полюса, изолированных друг от друга.
В торцах устройства установлены сердечники, для изготовления которых использовалась листовая электротехническая сталь. Поверхность этих сердечников со стороны внутренней части размещается над ротором. Наружная поверхность смыкается со стержнями внешнего магнитопровода.
Однофазная обмотка возбуждения представляет собой двухдисковые катушки, расположенные по обеим сторонам статора, между обмоткой синхронизации и сердечниками.
Во время работы бесконтактного сельсина происходит замыкание импульсного магнитного потока в магнитной системе. Одновременно он соединяется с трехфазной синхронизирующей статорной обмоткой. Весь путь замкнутого магнитного потока обозначен на рисунке прерывистой линией.
При повороте ротора ось магнитного потока изменяет свою позицию по отношению к синхронизирующим обмоткам. Поэтому ЭДС, возникающая в фазах синхронизирующей обмотки, находится в прямой зависимости от поворота ротора. В этом заключается принцип работы таких приборов.
Существенным недостатком бесконтактных сельсинов считается слабое и малоэффективное использование активных материалов. Масса таких моделей примерно в 1,5 раза превышает контактные конструкции, в основном из-за существенных воздушных зазоров. В результате, бесконтактные сельсины отличаются более высокими токами намагничивания и рассеивающими потоками.
Трансформаторы тока назначение и принцип действия
Провод СИП: расшифровка, конструкция, виды, технические характеристики
УЗО: Назначение, причины срабатывания, подключение УЗО
Контактор КМИ: назначение и принцип работы
Высоковольтные разрядники: виды и назначение
Что такое сельсины как и для чего они работают
Применение сельсинов в радиолюбительской практике.
Используемые радиолюбителями опорно-поворотные устройства от старых радиолокационных станций типа П-10 (П-12) содержат установленные в одном корпусе с редуктором сельсины.
Сельсин – это устройство для преобразования угловых величин в электрические величины (напряжение и ток).
Использовать сельсины можно в двух вариантах:
Индикаторное устройство азимутального положения антенны
Устройство управления положением антенны.
Индикаторное устройство азимута антенны.
Этот вариант наиболее простой и не требует практически никаких элементов, кроме сельсинов и источника их питания.
Нумерация выводов соответствует двум наиболее распространенным типам сельсинов.
Соедините сельсины как показано и стрелка, закрепленная на валу индикаторного сельсина будет четко указывать положение антенны. Роторные обмотки сельсинов на схеме соединены последовательно. Если напряжение питания сельсинов 220 вольт, роторные обмотки включаются параллельно.
Достоинства конструкции: Простота, возможность использования практически любых сельсинов, даже с частотой питания 400 герц (при пониженном в 6-8 раз напряжении питания).
Недостатки такой системы: Сельсины при работе очень часто и назойливо “гудят”, виной чему является люфт в подшипниках и несколько большая, чем требуется для вращения стрелки мощность сельсина. Смазка в подшипниках снижает гул, но вместе с тем и точность показаний. Неудобны габаритные размеры и форма сельсина.
Небольшие рекомендации по практическому изготовлению такого варианта:
Некоторые редукторы имеют набор из двух больших (НД-511) и двух маленьких (БС404, БД-404) сельсинов. Для нас удобнее пользоваться маленькими сельсинами, поэтому сельсин канала ГО оставим в блоке редуктора, а сельсин канала ТО можно аккуратно удалить из редуктора. Большие сельсины (если они есть) тоже можно удалить и сохранить “на черный день”. На работу редуктора это не повлияет.
Не пытайтесь изобрести на коленках хороший, красивый корпус для индикатора сельсина, это не всегда получиться. Чтобы индикатор выглядел эстетично – возьмите подходящий по дизайну корпус от старых настольных часов (желательно с большим диаметром циферблата), аккуратно удалите весь часовой механизм и закрепите сельсин изнутри так, чтобы ось выступала над циферблатом. Теперь закрепите минутную стрелку часов на оси сельсина и индикатор готов.
Для надежности в задней стенке сделайте отверстие по диаметру сельсина и установите ее на место. Мной использовался корпус и подставка от часов “Весна”
Для коллективных станций и больших помещений очень удачно подходят корпуса от больших “Вокзальных” часов. Три – четыре таких индикатора украсят помещение любой коллективки.
Если вас смущают цифры – не расстраивайтесь, очень скоро вы привыкните к ним, и будете пересчитывать положение антенны “из часов в градусы” мгновенно. Если циферблат по дизайну вас не устраивает – наложите сверху раскрашенную азимутальную карту мира с центром в вашем QTH (Высылает Куйсоков А.Н.) и теперь ваш индикатор покажет в какую сторону света и на какой континент смотрит ваша антенна. Масштабирование карты под диаметр вашего циферблата можно сделать на ксероксе или с помощью фотоспособа.
Если вы используете сельсины на 400 Гц, запитать их можно напряжением, сниженным в 6-8 раз по сравнению с номинальным, а можно включить последовательно с роторными обмотками конденсаторы, подобрав их под конкретные сельсины. При этом обмотки роторов могут быть включены как последовательно, так и параллельно. Подбор напряжения питания или конденсаторов ведется по двум критериям: Сельсин не должен нагреваться при длительной работе и вместе с тем должна обеспечиваться достаточная точность указания положения антенны.
Сельсины в паре лучше всего использовать одного типа. При последовательном соединении роторных обмоток сельсинов разных типов следует подобрать сельсины по одинаковому току роторных обмоток (технические характеристики сельсинов)
Вариант 2. Устройство управления положением антенны.
Устройство представляет собой замкнутую одноканальную систему управления непрерывного действия.
Теперь оба сельсина работают в трансформаторном режиме.
Напряжение, амплитуда и фаза которого пропорциональны разнице в положении роторов сельсинов(рассогласование) снимается с роторной обмотки сельсина-приемника и подается на один вход фазового дискриминатора.
На второй вход фазового дискриминатора подается опорное напряжение питающей сети. Разница фаз напряжения на роторе сельсина приемника и напряжения питающей сети, пропорциональная углу и знаку рассогласования преобразуется в фазовом дискриминаторе в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине рассогласования, а полярность напряжения – пропорциональна знаку рассогласования. Проще говоря – при вращении ручки управления вправо на выходе дискриминатора появится напряжение одного знака, при вращении ручки влево – другого знака. Величина напряжения будет тем больше, чем на больший угол будет повернута ручка управления.
Если это напряжение усилить и подать в соответствующей полярности на двигатель постоянного тока редуктора, то антенна придет во вращение, причем направление вращения будет соответствовать кратчайшему направлению до искомого азимута, и будет продолжаться до тех пор, пока антенна не займет положение, соответствующее углу поворота ручки управления. В этом случае рассогласование уменьшится, фазы напряжения на входе фазового дискриминатора будут равны, а на выходе дискриминатора потенциал будет равен “нулю”.
В радиолокаторах для усиления сигнала находят применение различные усилители:
Поэтому есть два варианта дальнейшего построения схемы: При мощности двигателя постоянного тока до 50-100 ватт можно использовать транзисторный усилитель постоянного тока по дифференциальной или мостовой схеме с соответствующей выходной мощностью. Выход усилителя соединяют с обмоткой управления двигателя. Обмотка возбуждения может быть запитана от отдельного источника. К сожалению, большой ассортимент двигателей не позволяет дать конкретных рекомендаций по усилителям постоянного тока, поэтому я не размещаю конкретных схем, надеясь, что взявшийся за изготовление такой системы не только радиомонтажник, но и радиолюбитель.
Если в редукторе применяется двигатель переменного тока, или изготовление усилителя сопряжено с определенными трудностями, выход фазового дискриминатора можно соединить с простейшим узлом реле.
Реле включены последовательно с токооограничительным резистором и диодом. Токоограничительный резистор служит для снижения тока через реле при максимальном выходном напряжении фазового дискриминатора, чтобы не превысить значение максимального допустимого тока для реле. Вместе с тем этот резистор не должен быть слишком большим. Диоды предназначены для того, чтобы каждое из 2-х реле срабатывало только при положительном или только отрицательном значении выходного напряжения фазового детектора. Стабилитрон включенный параллельно реле защищает последнее от больших значений напряжения на выходе фазового детектора.
От тока срабатывания реле зависит чувствительность системы управления вращением. Чем меньше ток и напряжение срабатывания реле, тем чувствительнее система. В данной схеме хорошо работают поляризованные реле.
Контакты реле могут управлять практически любым двигателем, если они соединены параллельно кнопкам управления вращением, как описано в “Управление приводами вращения антенн”
Достоинства устройства: Удобное управление приводом антенны. Недостатки устройства: Относительная сложность изготовления устройства.
Отсутствие обратных связей по скорости и по ускорению может привести к колебательным движениям антенны вблизи установленного азимута.
Рекомендации по применению этого варианта.
При значительном “выбеге” антенны после снятия питания с двигателя может оказаться, что антенна начинает совершать колебательные движения вблизи установленного азимута. Это происходит из-за чрезмерной чувствительности фазового дискриминатора или значительной инерционности антенной системы. Чтобы этого не происходило, необходимо подобрать напряжение с выхода фазового дискриминатора на дифференциальный усилитель или ток срабатывания поляризованных реле.
При значительной инерционности антенной системы и большом “выбеге” антенны зона чувствительности должна быть несколько больше значения “выбега” антенны.
Трансформаторы для фазового детектора могут применяться самые различные: При релейном исполнении системы коэффициент трансформации должен быть примерно 1:1,при исполнениии схемы с усилителями постоянного тока число витков вторичной(со средним выводом) обмотки может быть в несколько раз меньше, чем первичной обмотки.
Для изготовления устройства управления хорошо подходят корпуса от промышленных самописцев кругового типа. В корпусе такого самописца можно разместить и сельсин и фазовый детектор и схему управления двигателем с источниками питания. Можно использовать и корпус от часов, только придется в центре стекла просверлить отверстие для ручки управления.
И последнее: Я не стал описывать более сложную двухканальную систему управления, поскольку считаю, что она может найти применение только в случае работы с остронаправленными УКВ антеннами. Если возникнут вопросы по этим системам – с удовольствием поделюсь с вами своими знаниями.
Статья предназначена только для размещения на сайте Кубанских радиолюбителей, любое коммерческое использование, размещение на других сайтах и страницах в Интернете или печатных изданиях без согласия автора запрещены.