Что такое двигатели сельсины

Что такое двигатели сельсины

Рейтинг 3.4/5 (133 голосов)

Свое название сельсины получили от сокращения английских слов self-synehronizing (самосинхронизирующийся). Они служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных валов. По исполнению сельсины делятся на контактные и бесконтактные.

У контактного сельсина имеются явно выраженные полюсы, на которых размещается однофазная сосредоточенная обмотка, включаемая в сеть переменного тока. Эта обмотка является обмоткой возбуждения. В пазах ротора укладываются три распределенные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. Эти обмотки соединяют звездой и три их вывода подсоединяют к контактным кольцам, по которым скользят неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью. Эти обмотки называются обмотками синхронизации.

Пакеты статора и ротора собраны из листовой электротехнической стали, причем ротор выполнен со скошенными пазами для ослабления зубцовых гармоник в кривых ЭДС. Иногда находит применение обращенная конструкция сельсинов, когда явно выраженные полюсы с обмоткой возбуждения размещают на роторе, а обмотки синхронизации — в пазах статора.

В настоящее время широкое применение находят бесконтактные сельсины. У них отсутствуют скользящие контакты, что повышает надежность и точность их работы. В таких сельсинах (рис. 1а) обмотки синхронизации и возбуждения размещают на статоре, а ротор не имеет обмоток. Ротор состоит из двух пакетов 1 и 2, набранных из листовой стали, между которыми имеется косой промежуток 3, заполненный немагнитным материалом, вследствие этого полюсы ротора в магнитном отношении разделены. Листы пакетов ротора располагаются параллельно оси вала, как показано на рис. 1б. Основной пакет статора 4 имеет обычную конструкцию и в его пазах 5 размещается обмотка синхронизации 6. Обмотка возбуждения 7 состоит из двух кольцевых катушек, оси которых совпадают с осью ротора.

Магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения 7, из полюса П1 в полюс П2 замыкается через боковые кольца 8 и пакет внешнего магнитопровода 9, набранного из

полос электротехнической стали, а затем через зубцы и ярмо пакета статора.

В зубцовом слое статора магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения, как и в контактном сельсине, будет сцепляться с обмоткой синхронизации. В зависимости от назначения и режимов работы различают: сельсины, работающие в индикаторном режиме; сельсины, работающие в трансформаторном режиме, и дифференциальные сельсины.

Схема включения сельсинов в индикаторном режиме показана на рис. 2. Один из сельсинов (например, левый) называется датчиком, а другой (правый) приемником. Иногда один сельсин-датчик управляет несколькими приемниками. В индикаторном режиме осуществляется дистанционная передача угла. При этом внешний нагрузочный момент на валу сельсина-приемника практически отсутствует.

Обычно вал сельсина-приемника поворачивает стрелку или шкалу измерительного прибора, движок реостата и т. п. Если углы поворота соответствующих обмоток фаз сельсина-датчика β_д и сельсина-приемника β_п по отношению к осям полюсов одинаковы (β_д = β_п) , а обмотки возбуждения сельсинов В_Д и В_П включены в одну и ту же сеть, то пульсирующие магнитные поля, созданные этими обмотками, наведут в соединенных друг с другом одноименных обмотках синхронизации одинаковые ЭДС:

Одноименные ЭДС сельсина-датчика и сельсина-приемника имеют встречное направление, поэтому в обмотках синхронизации не возникает токов и электромагнитные моменты сельсинов равны нулю.

Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика на какой-то угол Δβ₁ = β_д — β_п, то одноименные «фазы» сельсинов окажутся не в одинаковых условиях по отношению к магнитным полям и 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 сельсина-датчика и сельсина-приемника, направлены в противоположные стороны и под их влиянием угол рассогласования Δβ₁ уменьшится. Если при повороте на Δβ₁ ротор сельсина-датчика будет закреплен, то ротор сельсина-приемника под действием возникшего момента также повернется на угол Δβ₁ и опять, будет выполняться равенство β’_{Д =} β’_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 0,25-2,500.

Сельсины, работающие в трансформаторном режиме, конструктивно не отличаются от сельсинов, работающих в индикаторном режиме, и применяются в следящих системах. На рис. 3 показана схема включения сельсинов, работающих в трансформаторном режиме. Отличие этой схемы от схемы, показанной на рис. 2, состоит в том, что однофазная обмотка В_П сельсина-прнемника С-П не включается в сеть переменного тока, а подключается к управляющему блоку усилителя У. При подаче питания в обмотку возбуждения В_д сельсина-датчика С-Д в обмотках синхронизации потечет ток, который в сельсине-приемнике 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 равно нулю. На усилитель СУ не будет подаваться сигнал, и он не будет давать питание на исполнительный двигатель ИД. Система будет неподвижна.

Если теперь повернуть ротор сельсина-датчика С-Д на какой-либо угол α, то токи в обмотках синхронизации изменятся, и ось магнитного потока в сельсине-приемнике С-П повернется на тот же угол. При этом появится напряжение на обмотке В_П, пропорциональное sin α. На вход усилителя У поступит сигнал. Усиленный сигнал

от усилителя У поступает на двигатель ИД, который приводит в действие исполнительный механизм ИМ и одновременно поворачивает ротор сельсина-приемника 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 сельсина-датчика (будет «следить» за поворотами ротора сельсина-датчика).

Дифференциальные сельсины применяются в тех случаях, когда требуется осуществлять управление из двух пунктов. Конструктивно они отличаются от обычных сельсинов тем, что у них как статор, так и ротор не имеет явно выраженных полюсов. Кроме того, в пазах статора и ротора располагаются по три сдвинутые на 120° обмотки, соединенные по схеме звезды. Эти обмотки включаются в рассечку проводов, соединяющих обмотки синхронизации обыкновенных сельсинов.

Что такое двигатели сельсины

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

1.6. Электрические машины.

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

1.6.1. Двигатели.

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом при этом является выделение тепла.

В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя:

При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует ЭДС), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов.

Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется cкольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора.

Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.

Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f :

.

При частоте 50 Гц получаем для p = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести-полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.

Рис 1. Пример работы двигателя.

1.6.2. Генераторы.

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

,

устанавливает связь между ЭДС и скоростью изменения магнитного потока Ф пронизывающего обмотку генератора.

1.6.3. Преобразователи электроэнергии.

Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала).

Классификация по характеру преобразования:

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.

Инвертор — устройство, задача которого обратна выпрямителю, то есть преобразование энергии источника постоянного тока в энергию переменного тока.

Инверторы подразделяются на два класса: ведомые сетью (зависимые) и автономные.

Ведомые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей её в сеть переменного тока, то есть осуществляют преобразование, обратное выпрямителю.

Автономные инверторы — устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку.

Преобразователь частоты — вторичный источник электропитания, вырабатывающий переменный электрический ток с частотой, отличной от частоты тока исходного источника.

Преобразователи напряжения:

• импульсные источники питания
• источники бесперебойного питания
• трансформаторы напряжения

Классификация по способу управления:

• Импульсные (на постоянном токе)
• Фазовые (на переменном токе)

Классификация по типу схем:

• Нулевые, мостовые
• Трансформаторные, бестрансформаторные
• Однофазные, двухфазные, трёхфазные…

Классификация по способу управления

• Управляемые
• Неуправляемые

1.6.4. Усилители.

Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

Структура усилителя

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления, соединённых между собой прямыми связями

В большинстве усилителей, кроме прямых, присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики

Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.

Как и в любом активном устройстве, в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскады усиления

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых особых случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.

В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)

Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.

Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.

Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.

Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.

Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCade to cathODE)

Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.

Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.

Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Рис 2. Схема типичного УНЧ с обратной связью.

1.6.5. Сельсины.

Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. При повороте одного из сельсинов (сельсин-датчика) на определённый угол в нём наводится ЭДС, отличная от первоначальной. Поскольку сельсины (их роторы) соединены, то эта же ЭДС будет возникать и во втором сельсине (сельсин-приёмнике) и по правилу левой руки он отклонится от первоначального положения на тот же угол.

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные.

Трёхфазные сельсины применяются в системах, где требуется обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), находящихся на расстоянии друг от друга.

Однофазные сельсины могут работать в двух режимах.

Индикаторный режим . Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а сельсин-приёмник устанавливается в соответствующее ему положение.

Трансформаторный режим . Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а на выходе сельсин-приёмника формируется напряжение, являющееся функцией угла рассогласования между ними.

Для обоих режимов существуют схемы включения:

• парная (датчик и приёмник),
• многократная (датчик и несколько приёмников),
• дифференциальная (два датчика и приёмник).

Рис 3. Система из двух простых сельсинов

Рис 4. Схема подключения однофазных сельсинов в индикаторном режиме

Рис 5. Внешний вид сельсина

1.6.6. Силовой следящий привод.

Электрический привод (сокращённо — электропривод, ЭП) — это управляемая электромеханическая система, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую и обратно и управления этим процессом.

Рис 6. Иллюстрация функциональных элементов.

Регулятор ( Р ) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе.

Электрический преобразователь ( ЭП ) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока.

Электромеханический преобразователь ( ЭМП ) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.

Механический преобразователь ( МП ) может изменять скорость вращения двигателя.

Упр — управляющее воздействие.

ИО — исполнительный орган.

Функциональные части :

Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования.

Система управления электропривода.

Следящий ЭП — электропривод, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.

Сельсины. Виды и режимы работы. Принцип действия и особенности

Во многих технологических процессах в промышленности, а также в системах автоматизации требуется синфазное и синхронное вращение осей, которые не связаны между собой механическим путем. Подобные задачи способны решить системы синхронной связи, которые называются сельсины.

Они обладают способностью самостоятельной синхронизации, и используются в синхронных системах передачи угла вращения на расстоянии в качестве приемников и передатчиков.

Виды синхронной связи

Системы синхронной связи делятся на два вида.

Система синхронного вращения

Эта система выполнена на двух равных асинхронных электродвигателях с фазным ротором. Обмотки роторов между собой соединены, а обмотки статора подключены к одной сети переменного трехфазного тока.

Система синхронного поворота

Работа системы основана на специальных микромашинах индукционного вида (сельсинах), которые обладают свойством самосинхронизации.

Сельсины делятся по количеству фаз на два вида:

• Трехфазные сельсины по своей конструкции не имеют отличия от асинхронных электродвигателей. Такие модели не нашли широкого применения в основном из-за разности моментов синхронизации во время поворота ротора.
• Однофазные сельсины имеют устройство, аналогичное конструкции маломощных синхронных машин. Их обмотка возбуждения работает от переменного тока.

Режимы работы

В автоматических системах синхронный поворот производится в двух различных режимах.

Индикаторный режим

На рисунке «а» показана схема индикаторного режима. Ведомая ось О2 соединена с ротором сельсина-приемника «П». Такую схему используют при малой величине момента торможения на ведомой оси, чаще всего, когда на оси закреплена индикаторная стрелка.

Обмотки возбуждения подключены в общей цепи, а обмотки синхронизации объединены линией связи. Магнитные потоки, образованные обмотками приемника и датчика, создают в 3-х фазах обмоток электродвижущую силу.

При наличии между роторами угла рассогласования в обмотках возникает ток, который создаст в приемнике и датчике с помощью потока возбуждения моменты разного направления, сводящие к нулю угол рассогласования.

Чаще всего ротор датчика заторможен. Вследствие этого его момент синхронизации действует на механизм поворота ведущей оси. Момент приемника воздействует на ротор и поворачивает его синхронно с ротором датчика на такой же угол.

Трансформаторный режим

Электрический сигнал о рассогласовании роторов поступает на усилитель, а затем на исполнительный мотор, поворачивающий ротор приемника и ведомую ось для устранения рассогласования.

Режим трансформатора используют в таких ситуациях, когда на ведомую ось приложен большой момент торможения, другими словами, для поворота некоторого механизма. В этом режиме обмотка датчика, связанного механическим путем с ведущей осью, подключается к сети питания однофазного тока, а обмотка приемника к усилителю, который подает напряжение на управляющую обмотку исполнительного электрического двигателя. Обмотки синхронизации 2-х сельсинов объединены линией связи.

Переменный ток образует в обмотке возбуждения датчика импульсы магнитного потока, который создает электродвижущую силу в синхронизирующей обмотке. Обмотки приемника и датчика соединены, поэтому по ним будет проходить ток и в приемнике образуются импульсы магнитного потока.

При наличии рассогласования роторов этот поток создает в возбуждающей обмотке электродвижущую силу, образует на выходе напряжение, которое подается на усилитель, а затем на обмотку статора исполнительного мотора. Вследствие этого ведомая ось поворачивается вместе с ротором приемника. После устранения рассогласования напряжение на выходе обнуляется, и ведомая ось прекращает свое вращение.

В трансформаторном режиме погрешность работы сельсина определяется технологическими и конструктивными особенностями: разбросом параметров приемника и датчика, неравномерностью магнитной проводимости, несимметричностью изготовления обмоток.

Передача угла в этом режиме имеет эксплуатационные погрешности, которые образуются вследствие влияния условий работы на сельсин-приемник. Если изменить сопротивление нагрузки в управляющей цепи обмотки сельсина-приемника, то это отразится на его работе.

Схемы, возможные для работы обоих режимов, делятся на три группы:

1. Датчик и один приемник.
2. Датчик с многими приемниками.
3. Один приемник и два датчика.

Конструктивные особенности

Моторы по устройству можно разделить на два вида:

• Контактные с обмоткой ротора, соединенной с внешней цепью с помощью контактных колец и щеток.
• Бесконтактные , не имеющие контактных элементов.

Контактные

Их устройство аналогично конструкции асинхронных маломощных электродвигателей с фазным ротором. Статор (1) и ротор (2) являются неявнополюсными, вследствие чего обе обмотки (3, 4) являются распределенными. Возбуждающая обмотка находится на роторе. Питание к этой обмотке подходит по двум кольцам (5).

Некоторые модели сельсинов выполнены с ротором и статором, имеющим явно выраженные полюсы. Это дает возможность увеличить момент синхронизации. В качестве недостатка контактных видов сельсинов следует назвать наличие контактных элементов (колец).

Бесконтактные сельсины

В сельсинах, не имеющих контактных компонентов, обе обмотки находятся на статоре. Ротор выполнен в виде цилиндра (6) из материала с ферромагнитными свойствами. Ротор разделен на два изолированных полюса с помощью алюминиевой прослойкой (7).

С торцов сельсина находятся сердечники в виде тора (1), изготовленные из электротехнической листовой стали. Внутренняя часть поверхности сердечников находится над ротором. К наружной поверхности подходят стержни внешнего магнитопровода (4). 1-фазную обмотку возбуждения изготавливают в виде 2-х дисковых катушек (2), находящихся по разным сторонам статора между сердечниками и обмоткой синхронизации.

В процессе функционирования сельсина импульсный магнитный поток замыкается в магнитной системе. При этом он соединяется с 3-фазной синхронизирующей обмоткой на статоре. Штриховой линией на рисунке показан путь замыкания магнитного потока.

Во время поворота ротора меняется позиция оси магнитного потока относительно синхронизирующих обмоток. Вследствие этого электродвижущая сила, возникающая в фазах синхронизирующей обмотки, будет напрямую зависеть от поворота ротора, по аналогии с работой контактных сельсинов.

Что такое двигатели сельсины

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.

Принцип работы такого устройства очень прост: Магнитные потоки сельсина-датчика и сельсина-индикатора пытаясь скомпенсировать друг друга, заставят ротор сельсина-индикатора повернуться именно в то положение, которое занимает ротор сельсина-датчика, установленного на антенне. В этом случае один сельсин работает в трансформаторном режиме, другой — в режиме синхронного двигателя, положение оси ротора которого зависит от соотношения фаз питающего напряжения.

Точность показаний сельсина зависит от его конструкции, напряжения питания, коэффициента трения в подшипниках и что немаловажно – от сбалансированности и массы стрелки – указателя на валу конструкции. При номинальном напряжении питания и отсутствии заеданий оси сельсина-индикатора чаще всего точность указания положения не хуже 3 — 5 градусов, что для КВ антенн более чем достаточно.

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:

Как правило, в корпусе редуктора установлено четное число сельсинов, это было необходимо не только для использования в РЛС, но и для работы сопрягаемых с ней систем. Практически все сопрягаемые с РЛС системы — двухканальные: есть канал точного(ТО) и канал грубого отсчета (ГО). Для использования в радиолюбительских устройствах понадобиться только один сельсин любого канала ГО. Определить такой сельсин очень просто: При вращении на каждый оборот выходного вала редуктора ротор сельсина ГО сделает только один оборот, в то время как ротор сельсина ТО сделает 18, 23 или 36 оборотов в зависимости от типа редуктора.

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.

Этот вариант несколько сложнее, но зато более удобнее в эксплуатации: Управление вращением антенны осуществляется поворотом ручки-указателя, размещенного на рабочем месте оператора радиостанции. При этом можно не ждать, пока антенна займет нужное положение, как только это произойдет – питание с двигателя будет снято и антенна остановится на нужном азимуте, ожидая дальнейшего поворота ручки-указателя. Такие системы используются в РЛС и принцип работы абсолютно одинаков. Основу устройства составляют все те же сельсины, что и в первом случае. Только теперь датчиком становится сельсин, установленный в помещении, а приемником — сельсин, установленный на антенне. Ротор сельсина-датчика слегка затормаживается любым фрикционным устройством, а на оси ротора укрепляется ручка управления, совмещенная с указателем направления(стрелкой).

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:

Транзисторные, ламповые, магнитные, электромашинные, электрогидравлические и т.д. , применение которых в любительских условиях не оправдывается.

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.

Всего вам доброго!

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.