Билет №16. 1. Сельсины и вращающиеся трансформаторы
Сельсины (самосинхронизирующиеся) применяются для поворота или вращения 2 или нескольких осей, не связанных друг с другом механически, а также для некоторых других целей. Однофазные сельсины имеют следующее устройство. На явновыраженных полюсах статора расположена сосредоточенная ОВ, а в пазах цилиндрического ротора - 3 распределенные обмотки синхронизации, которые сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120 и вполне аналогичны 3-фазной обмотке нормальной МПерТ. Обмотки ротора соединяются с помощью контактных колец и щеток. Сердечники статора и ротора собраны из листовой эл-тех стали. Рассмотрим работу ОдСл. В индикаторном режиме работы один сельсин-датчик управляет работой одного или нескольких сельсинов-приемников. ОВ этих сельсинов включаются в общую сеть, а обмотки синхронизации соединяются друг с другом. Пульсирующее поле возбуждения индуктирует ЭДС в фазах обмоток синхронизации. Если углы поворота соответствующих фаз датчика bд и приемника bп по отношению к осям полюсов одинаковы, то ЭДС соединенных друг с другом фаз обмоток синхронизации также одинаковы и направлены встречно. При этом в обмотках синхронизации не возникает никаких токов и эл-маг моменты сельсинов =0. Если же роторы сельсинов будут занимать неодинаковое положение и поэтому угол рассогласования db=bд-bп будет не =0, то равенства ЭДС нарушатся, в обмотках синхронизации возникнут токи и на роторы сельсинов будут действовать эл-маг моменты Мд и Мп. Моменты датчика и приемника имеют разные знаки и оба действуют в направлении уменьшения угла рассогласования db. Если бы момент сопротивления на валу сельсина-приемника был =0, то db=0 и ротор этого сельсина в точности воспроизводил бы движение ротора сельсина-датчика, притом не только в режиме медленного поворота ротора, но и при его вращении с определенной скоростью. В действительности на ротор сельсина-приемника действуют определенные тормозные моменты. Это моменты от трения в подшипниках, на контактных кольцах и о воздух в сельсине, а также небольшой момент сопротивления механизма, соединенного с валом сельсина-приемника. Поэтому всегда возникает небольшая ошибка db в передаче угла. Бесконтактные сельсины имеют то преимущество, что отсутствие скользящих щеточных контактов увеличивает надежность работы сельсинов и уменьшает их погрешности ввиду уменьшения потерь на трение. В таких сельсинах обе обмотки размещаются на статоре, а ротор не имеет обмотки. Обмотки синхронизации этого сельсина располагаются на статоре, который по своей конструкции аналогичен статору АД. ОВ имеет вид кольцевых коаксиальных катушек, охватывающих ротор. Особенностью устройства ротора является то, что он имеет немагнитную часть, благодаря чему полюсы ротора в магнитном отношении разделены и поток Ф направляется из одного полюса через неподвижный внешний магнитопровод в другой полюс и через ротор в статор. В результате этого при неподвижной обмотке возбуждения удается получить в воздушном зазоре между ротором и статором м.поле такого же вида, как и в обычном сельсине. рансформаторы (ВТ) предназначены для получения переменного напряжения, зависящего от угла поворота рото¬ра. По назначению ВТ относятся к информа¬ционным электрическим машинам и применяются в системах автоматического регули¬рования в качестве измерительных элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между двумя вращающимися осями. В вычис¬лительных устройствах вращающиеся трансфор¬маторы используют при решении различных мате¬матических задач, связанных с построением тре¬угольников, преобразованием координат, сложе¬нием и разложением векторов и т.п.
Вращающийся трансформатор конструктивно представляет собой электрическую машину ин¬дукционного типа малой мощности.
Наибольшее применение получили двухполюсные ВТ с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки w1 и Wк (С 1— С2 и СЗ— С4) расположены на статоре; обмотки w2 и w3 (PI — Р2 и РЗ— Р4)— на роторе. Обмот¬ка возбуждения (С1—С2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка СЗ — С4 замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называются вторичными: синусной P1—Р2 и косинусной РЗ— Р4. Электриче¬ский контакт с обмотками ротора осуществля¬ется с помощью контактных колец и щеток (ана¬логично контактным сельсинам) либо посредст¬вом спиральных пружин, если ВТ работает в режиме ограниченного угла поворота. В последнем случае угол поворота ротора ВТ ограничивается максимальным углом закручивания спиральных пружин. Принцип работы вращающихся трансформаторов основан на взаим¬ной индуктивности между обмотка¬ми статора и ротора, которая изме¬няется в определенной функциональ¬ной зависимости от угла поворота ротора. Электродвижущие силы, наводи¬мые пульсирующим магнитным по¬током возбуждения в обмотках ро¬тора, строго следуют этой зависи¬мости. Если ВТ используется в качестве измерительного элемента, то пово¬рот ротора осуществляется посред¬ством редукторного механизма вы¬сокой точности, который либо встраи¬вается в корпус ВТ, либо монтирует¬ся отдельно от ВТ и соединяется с его валом. Если ВТ предназначен для работы в режиме поворота ротора в пределах определенного угла, то в качестве обмоток возбуждения и компенсационной используются обмотки статора, а в качестве вторичных — обмотки ротора. Если ВТ работает в режиме непрерывного вращения ротора, то обычно применяют «обратное» использование обмоток: обмотки ротора используют в качестве обмоток возбуждения и компенсационной, а обмотки статора — в качестве вторичных. Если компенсационная обмотка замыкается накоротко, то при «обратном» использовании обмоток на роторе применяют лишь два контактных' коль¬ца, что упрощает конструкцию, повышает надежность и точность ВТ. В зависимости от графика функциональной зависи¬мости ЭДС вторичной обмотки от угла поворота ротора вращающиеся трансформаторы разделяют на следующие типы: синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) - у него возникают напряжение U2 на выходе обмотки w2, находящееся в синусной зависимости от угла поворота ротора альфа и напряжение U3, на выходе обмотки w3 находящееся в косинусной зависимости от угла поворота ротора альфа. Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) — у него выходное напряжение U2 находится в прямолинейной зависимости от угла а. Вращающийся трансформатор — построитель (ПВТ)—предназначен для решения геометрических задач. Кроме того, вращающиеся трансформаторы могу применяться в качестве масштабных трансформаторов (МВТ) для согласования напряжений отдельных каскадов автоматического устройства, фазовращателей, электрических машин синхронной связи трансформаторных системах дистанционной передач угла. В корпусе расположен шихтованный сердечник статора 2, в пазы которого уложены распре ротора 4 также находятся распределенные обмотки 5. Электрический контакт обмоток ротора с выводными клеммами 6 осуществляется посредством щеток 7 и кон¬тактных колец 8.
2.Процесс самовозбуждения генератора постоянного тока.
Обмотка возбуждения подсоединена через регулировочный реостат параллельно нагрузке. Следовательно, в данном случае используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание от обмотки якоря генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определённых условий. Чтобы установить их рассмотрим процесс изменения тока в контуре “обмотка возбуждения - обмотка якоря” в режиме хх. Получим уравнение e=iв?Rв + Lвdiв/dt (1), где е и iв – мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; ?Rв =Rв + Rр.в.- суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора (сопротивлением ?Rа можно пренебречь, т.к. оно значительно меньше ?Rв); Lв- суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря. Все члены уравнения (1) можно изобразить графически (рис1).
ЭДС е при некотором значении iв тока возбуждения можно определить по характеристике ОА хх, а падение напряжения iв?Rв – по ВАХ ОВ его цепи возбуждения. Характеристика ОВ представляет собой прямую, проходящую через начало координат под углом ? к оси абсцисс; при этом tg?=?Rв. Из (1) имеем diв/dt = (e - iв?Rв) / Lв (2). Следовательно, если разность (e - iв?Rв) > 0, то производная diв/dt>0, и происходит процесс увеличения тока возбуждения iв. Установившийся режим в цепи обмотки возбуждения наблюдается при diв/dt = 0, т.е. в точке пересечения С характеристики хх ОА с прямой ОВ. При этом машина работает с некоторым установившимся током возбуждения Iвo и ЭДС Еo=Uо. Из уравнения (2) следует, что для самовозбуждения генератора необходимо выполнение определённых условий: 1) Процесс самовозбуждения может начаться только в случае, если в начальный момент
(iв=0) в обмотке якоря индуцируется некоторая начальная ЭДС. Такая ЭДС может
быть создана потоком остаточного магнетизма,
поэтому для начала процесса самовозбуждения необходимо, чтобы в генераторе имелся поток
остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуцирует его в обмотке ЭДС
Еост. Обычно поток статического магнетизма имеется в машине из-за наличия
гистерезиса в её магнитной системе.
Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через
обмотку возбуждения ток от постороннего источника;
2) При прохождении тока iв по обмотке возбуждения в
её МДС Fв должна быть направлена согласно МДС остаточного магнетизма Fост.
В этом случае под действием разности е – iв?Rв происходит процесс нарастания тока iв , магнитного потока возбуждения Фв и ЭДС e. Если указанные МДС направлены встречно, то МДС обмотки возбуждения создаёт поток, направленный против потока остаточного магнетизма, машина размагничивается и процесс самовозбуждения не сможет начаться; 3) Положительная разность е – iв?Rв необходимая для возрастания тока возбуждения iв от 0 до установившегося значения Iвo, может возникать только в том случае, если в указанном диапазоне изменения тока iв прямая ОВ располагается ниже хар-ки хх ОА. При увеличения сопротивления цепи возбуждения ?Rв возрастает угол наклона ? прямой ОВ к оси тока Iв и при некотором критическом значении угла ?кр прямая ОВ практически совпадает с прямолинейной частью хар-ки хх. В этом случае е ?iв?Rв и процесс самовозбуждения становится невозможным. Следовательно, для
самовозбуждения
генератора необходимо, чтобы сопротивление цепи возбуждения было меньше критического значения.
Если параметры цепи возбуждения подобраны так, что ?Rв < ?Rвкр, то в точке С обеспечивается устойчивость режима самовозбуждения. При случайном уменьшении тока iв ниже установившегося значения Iво или увеличение его свыше Iво возникает соответственно положительная или отрицательная разность (е – iв?Rв), стремящаяся изменить ток iв так, чтобы он снова стал равным Iво. Однако при ?Rв > ?Rвкр устойчивость режима самовозбуждения нарушается. Если в процессе работы генератора увеличить сопротивление цепи возбуждения ?Rв до значения, большего ?Rвкр, то его магнитная система размагничивается и ЭДС уменьшается до Еост. Если генератор начал работать при ?Rв > ?Rвкр то он не сможет самовозбудиться. Следовательно, условие ?Rв < ?Rвкр ограничивает возможный диапазон регулирования тока возбуждения генератора и его напряжения. Обычно можно уменьшать напряжение генератора, увеличивая сопротивление ?Rв, лишь до (0,6…0,7)Uном.
