Рис. 9.5. Общий вид вращающегося трансформатора:

1 - корпус, 2 - статор. 3 - обмотка статора, 4 - ротор, 5 - обмотка ротора, 6 - контактные кольца, 7 - щетки

замыкают накоротко. В некоторых случаях обе статорные обмотки получают независимое питание переменным током. Обмотки статора В и /С можно также включать по мостовой схеме. Обмотки ротора 5 (синусная) и С (косинусная) присоединяют к контактным кольцам. Для уменьшения числа контактных колец концы двух обмоток ротора присоединяют к одному общему кольцу и через щетку подводят к общему зажиму; кольца и щетки выполняют обычно из сплава серебра. Начала обмоток выводят через соответствующие кольца и щетки к двум другим зажимам. Применяют также токосъем, осуществляемый с помощью спиральных пружин, но в этом случае поворот ротора ограничен и составляет не более 1,8...2 оборота.

При работе вращающегося трансформатора в режиме непрерывного вращения обмотки возбуждения и компенсационную обычно размещают на роторе, а синусную и косинусную - на статоре. В этом случае компенсационную обмотку замыкают накоротко, а обмотку возбуждения подключают к сети переменного тока с помощью двух контактных колец.

При рассмотрении принципа действия вращающихся трансформаторов будем считать, что обмотки В и К расположены на стато-

ре, а обмотки 5 и С - на роторе, однако при изменении расположения этих обмоток в принципе ничего не изменится.

Принцип действия. При подключении обмотки возбуждения В к сети переменного тока в машине возникает продольный магнитный поток Фа (рис. 9.7, а), пульсирующий во времени с частотой сети. При холостом ходе в обмотках ротора 5 и С этот поток индуцирует ЭДС Eso и Есо, частота которых равна частоте сети Л. а действующее значение зависит от положения ротора относительно статора.

Допустим, что магнитный поток распределен в пространстве синусоидально (рис. 9.7, б) и имеет максимальное значение Фат.

Если ось обмотки С ротора сдвинута относительно оси обмотки В (продольной оси машины) статора на некоторый угол 8 (рис. 9.7, а), то максимальное значение потока, сцепленного с этой обмоткой, Фст=

=0dmC0sQ, а индуцированная внейЭДС£со=4,44/1ЬУ2*об2Ф</тС05Э, где w2 и йоб2 -число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

В обмотке статора В поток ф<г индуцирует ЭДС £5 = 4,44/i ;ife 6i1>dm.

где W, и ko6i статора.

Из соотношения £со/£в = [ш2*об2/(ш1*об1)] cos 9 = ) cos 9 получим, что выходное напряжение косинусной обмотки С при холостом ходе tyco=£BCOs9.

Рис. 9.6. Принципиальная схема четырехобмо-гочиого вращающегося трансформатора

число витков и обмоточный коэффициент обмотки

-BcbS

Рис. 9.7. Схематический разрез вращающегося трансформатора {а) и график распределении индукции вдоль окружности его статора и ротора {6)

Обмотка S ротора сдвинута относительно обмотки С на угол п/2, следовательно, выходное напряжение в этой обмотке

650=А£ в cos (6 -л/2) = А£ д51п 8.

Обмотка статора К с потоком Фа не связана, он не индуцирует в ней ЭДС. Эту обмотку используют для компенсации поперечных потоков, создаваемых обмотками ротора при нагрузке поворотного трансформатора. Таким образом, в обмотках ротора при холостом ходе индуцируются ЭДС. пропорциональные синусу или косинусу угла поворота ротора относительно соответствуюш,его потока. Применяя различные схемы включения обмоток статора и ротора, можно получить и другие функциональные зависимости, а также уменьшить погрешности, вызываемые током нагрузки.

9.4. Сельсины

Назначение. Сельсины (от слов self sinchroniring* - самосинхронизирующийся) применяют в системах синхронной связи с целью синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронную связь осуществляют с помощью двух одинаковых, электрически соединенных между собой асинхронных машин. Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя), - приемником.

Система синхронной связи работает так, чтобы при повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол 9д ротор сельсина-приемника повернулся на такой же точно угол 9п. Следовательно, система стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника, которое характеризуется углом рассогласования 9 = 9д-9п, и в идеальном случае свести угол 9 к нулю. Системы синхронной связи подразделяют на два основных вида: синхронного поворота (передачи угла) и синхронного вращения (электрического вала).

Устройство. 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. В системах автоматики применяют однофазные контактные и бесконтактные сельсины.

Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего применяют сельсины, у ко-

торых обмотка синхронизации размещена на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы).

Однофазные контактные сельсины аналогичны асинхронным машинам малой мощности. Они могут быть явнополюсными и неявно-полюсными. В явнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения сосредоточенная - она расположена на явновыражен-ных полюсах ротора (рис. 9.8, а) или статора (рис. 9.8, б).

Рис. 9.8. Схема магнитной системы однофазного контактного сельсина:

1 - статор, 2 - обмотка сиихронизацнн, 3 - ротор. 4 - обмотка возбуждения

В неявнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения распределенная (рис. 9.8, в) -расположена в полузакрытых пазах ротора (или статора). Обмотку синхронизации всегда выполняют распределенной и размещают в пазах соответственно статора или ротора: фазы ее соединяют в звезду. Для приближения формы кривой поля к синусоиде воздушный зазор в явнополюсных сельсинах выполняют неравномерным - увеличенным на краях полюсного наконечника. Для ослабления зубцовых гармоник применяют скос пазов статора или ротора на одно зубцовое деление.

Сельсины выполняют обычно двухполюсными (рис. 9.9). Так как магнитное поле в сельсинах переменное, то статор и ротор собирают из изолированных листов электротехнической стали. Для увеличения надежности контакта и уменьшения его переходного сопротивления кольца и щетки, к которым подключают обмотку ротора, выполняют из сплавов серебра. Число контактных колец и щеток зависит от места расположения обмоток: сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют два контактных кольца; с обмоткой возбуждения на статоре - три контактных кольца. В некоторых типах сельсинов-приемников на явнополюсном роторе размещают по поперечной оси короткозамкнутую демпферную обмотку, обеспечивающую быстрое затухание собственных колебаний ротора при переходе его из одного положения в другое. При отсутствии электрического демпфера на валу ротора сельсина-приемника устанавлива-

ют механические демпферы (фрикционные, пружинные или жидкостные - ртутные).

Большим недостатком контактных сельсинов является наличие скользящих контактов, переходное сопротивление которых может

Рис. 9.9. Устройство контактного сельсина:

/ - статор, 2 -ротор, 3 - контактные кольца

изменяться. Это снижает надежность работы систем синхронной связи и приводит к увеличению погрешностей. В настоящее время широко применяют бесконтактные сельсины с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной обмоткой синхронизации, расположенными на статоре, вследствие чего отпадает необходимость в скользящих контактах.

В явнополюсном бесконтактном сельсине (рис. 9.10) на статоре расположены стальной пакет с распределенной обмоткой синхронизации, два боковых кольца (тороиды), две то-Рис. 9.10. Электромагнитная схема бесконтактногоРОИДЗЛЬНЫе катушки сельсина: обмотки возбуждения и

/ - обмотка возбуждения, г-обмотка синхронизации,ВНеШНИЙ МаГНИТОПрО-3 -пакет ротора, - промежуток из немагнитного ма- Гтяпьнпм пяи-рт и териала, 5 -тороиды, S - пакет статора, 7 - внешний Д- ItlJlbHUM lldKCl, в магнитопровод, в - корпус, S - пазы статора КОТОрОМ раЗМещена об-

мотка синхронизации, и тороиды собраны из листов, расположенных перпендикулярно оси вала, а внешний магнитопровод - из листов, расположенных параллельно оси вала. На роторе имеются два стальных пакета, разделенных немагнитным материалом (обычно сплавом алюминия). Пакеты ротора собраны из стальных листов, размещенных в плос-

кости, параллельной оси вала. Следовательно, во всех элементах магнитной системы сельсина плоскость листов параллельна направлению силовых магнитных линий. Тороидальные катушки обмотки возбуждения включают так, чтобы направление тока в них в любой момент времени было согласованным.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается в каждом элементе магнитной системы сельсина по пути, показанному на рис. 9.10 штриховыми линиями со стрелками. Из первого пакета ротора он проходит через небольшой воздушный зазор, а затем по статору переходит во второй пакет ротора, охватывая

Рис. 9.11. Устройство бесконтактных сельсинов:

/ - корпус, 2, 9 -тороиды, 3, 7 - обмотка возбуждения, -обмотка синхронизации, 5 - немагнитный промежуток, f - статор, 3 -ротор, /О -кольцевой трансформатор

проводники обмотки синхронизации. Непосредственному переходу потока из одного пакета ротора в другой препятствует косой промежуток, заполненный немагнитным материалом. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый пакет. При повороте ротора изменяется положение оси потока относительно обмоток синхронизации, поэтому ЭДС, индуцируемая в фазах обмотки синхронизации, зависит от угла поворота ротора, так же как и в контактных сельсинах, вследствие чего принцип действия этих видов сельсинов одинаковый. Устройство бесконтактного сельсина показано на рис. 9.11, а.

Недостатком бесконтактных сельсинов является худшее использование материалов, чем в контактных сельсинах (из-за больших потоков рассеяния и увеличенного тока холостого хода). При одинаковом удельном синхронизирующем моменте масса бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.

В системах синхронной связи, работающих при повышенной частоте 400... 1000 Гц, применяют неявнополюсные бесконтактные сельсины с кольцевым трансформатором (рис. 9.11, б). В этих сельсинах обмотка синхронизации расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения - в пазах или на явновыраженных полюсах ротора.