Łącze selsynowe

I. Część teoretyczna.

Selsyny są maszynami elektrycznymi stosowanymi w układach, zwanych łączami, sprzęgających elektrycznie wały (dwa lub więcej), które nie mogą być sprzęgnięte mechanicznie. Przeznaczeniem łączy selsynowych jest synchroniczne zdalne przenoszenie:

- położenia kątowego – w łączach wskaźnikowych,

- niewielkiego momentu obrotowego – w łączach momentowych,

- wzmocnionego momentu obrotowego z jednoczesnym dokładnym odwzorowaniem położenia kątowego – w łączach transformatorowych,

- sumy lub różnicy położeń kątowych przy ewentualnym obciążeniu użytecznym momentem wyjścia łącza – w łączach różnicowych.

Wymieniamy następujące pojęcia ogólne dotyczące łącza selsynowego:

1. Wejście łącza – selsyn nadawczy – nadajnik sterowany z zewnątrz przez obrót jego wału.

2. Wyjście łącza – selsyn odbiorczy lub silnik wykonawczy – odbiornik wytwarzający moment obrotowy synchronizujący go z nadajnikiem.

3. Łącze idealne – łącze zapewniające idealną zgodność kątów obrotu wału nadajnika a i odbiornika b (a=b).

4. Łącze realne – łącze, w którym po ustaleniu się położeń kątowych wałów występuje błąd przekazywania położenia kątowego Dd spowodowany szkodliwymi momentami oporowymi, tarciem i nieuniknionymi niedokładnościami wykonania przy budowie selsynów.

5. Łącze charakterystyczne – pojedyncze łącze selsynowe zestawione z identycznych selsynów (symetryczne).

6. Kąt niezgodności d = a - b - kąt występujący podczas pracy łącza w stanie nieustalonym. W stanie ustalonym d = Dd.

7. Charakterystyka wyjściowa – charakterystyka statyczna selsyna odbiorczego – zależność momentu obrotowego od kąta niezgodności M = f(d) łączy wskaźnikowych, momentowych i różnicowych lub zależność napięcia wyjściowego selsyna transformatorowego od kąta niezgodności U = f(d) łącza transformatorowego. Konstrukcja selsynów powinna zapewniać niezależność przebiegu charakterystyki wyjściowej od wartości bezwzględnych kątów a i b.

8. Nachylenie charakterystyki statycznej (współczynnik sztywności, gradient momentu lub napięcia, stromość charakterystyki) –

Lub

- parametr decydujący o dokładności pracy łącza – „klasie dokładności” selsyna. Ze względu na praktyczną prostoliniowość charakterystyki statycznej w zakresie d£10° jako parametr charakteryzujący łącze stosowane jest pojęcie:

9. Sztywność łącza („moment właściwy” lub „napięcie właściwe”), czyli wartość momentu obrotowego selsyna lub napięcia wyjściowego selsyna transformatorowego przy kącie niezgodności d = 1° :

lub

Sztywność łącza określa się podstawiając wyniki pomiarów do następujących wzorów:

lub dla d £ 10°

gdzie n – liczba pomiarów.

Zwiększenie sztywności łącza powoduje zmniejszenie błędu przekazywania wskazań, a więc powiększenie dokładności łącza.

10. Sztywność charakterystyczna selsyna (łącza) – sztywność określona w łączu charakterystycznym.

11. Zakres pracy statycznej łącza – zakres pracy przy kątach niezgodności d od zera do wartości odpowiadającej maksimum charakterystyki wyjściowej M = f(d) lub U = f(d).

12. Zakres pracy praktycznej łącza – praca przy wartościach ustalonych kąta niezgodności w zakresie 0° £ d £ 10°. W tym zakresie przebieg charakterystyki wyjściowej łącza może być uważany za prostoliniowy, a przyrost temperatury maszyny nie przekracza dopuszczalnych wartości.

13. Rodzaje pracy łącza selsynowego – podstawowym rodzajem pracy łącza selsynowego jest praca quasi-statyczna. Przy tego rodzaju pracy określa się parametry i charakterystyki łączy i selsynów. Zależności przy pracy kinematycznej – przy stałej prędkości obracania się wałów łącza – oraz przy pracy dynamicznej – przy zmiennej prędkości obracania się wałów mogą być określone na podstawie zależności otrzymanych przy pracy quasi-statycznej.

14. Zasilanie łączy selsynowych – odbywa się prądem przemiennym jednofazowym, dzięki czemu ich charakterystyki są niezależne od kierunku obracania się wałów maszyn w odróżnieniu od łączy maszyn zasilanych prądem przemiennym trójfazowym, znanych pod nazwą „wału elektrycznego”, którego charakterystyki są zależne od kierunku wirowania maszyn względem kierunku wirowania pola magnetycznego wytwarzanego przez ich uzwojenia.

Przy połączeniu selsynów jak na rys.4, otrzymuje się łącze wskaźnikowe pojedyncze - w przypadku połączenia dwóch selsynów (nadajnika i odbiornika), lub wielokrotne – w przypadku połączenia większej liczby selsynów (nadajnika i kilku odbiorników). Łącze pojedyncze zestawione z identycznych selsynów nazywa się symetrycznym lub charakterystycznym, zestawione z niejednakowych selsynów – niesymetrycznym.

Przy zasilaniu obwodów pierwotnych selsynów prądem przemiennym w pasmach uzwojeń obwodów wtórnych powstają napięcia indukowane zmieniające się w funkcji kąta a obrotu wirnika selsyna zgodnie z poniższymi wzorami i rys.5.:

Przy obrocie wału jednego z selsynów (nadajnika) o kąt a, różniący się od aktualnego położenia kątowego b wirnika drugiego selsyna (odbiornika), równowaga napięć indukowanych w obwodach wtórnych łącza zostaje zakłócona i zaczynają w nich płynąć prądy powodujące wytworzenie momentu synchronizującego Ms, sprowadzającego wirnik odbiornika do położenia kątowego zgodnego z położeniem wirnika nadajnika.

Zmniejszenie błędu Dd, stanowiącego podstawę określenia klasy dokładności łącza (a w łączu charakterystycznym – klasy dokładności selsyna), jest możliwe dzięki zwiększeniu momentu synchronizującego Ms, a więc jego sztywności SM oraz zmniejszeniu momentów Mh. Sztywność selsyna zależy od objętości jego materiałów czynnych i częstotliwości napięcia zasilania. O zmniejszeniu momentów Mh (zależnych również od wielkości selsyna) decyduje technologia i staranność wykonania maszyny. Obecnie produkuje się selsyny nadawczo-odbiorcze wskaźnikowe o klasach dokładności określonych wartością błędu Dd w zakresie 0,2° ¸ 2,5°.

Dla zachowania klasy dokładności łącze wskaźnikowe powinno być używane wyłącznie do przekazywania wskazań – na wale odbiornika należy umieszczać wyłącznie wyważoną wskazówkę, aby uniknąć obciążenia wyjścia łącza jakimkolwiek momentem użytecznym, który dodając się do wartości Mh pogarsza klasę łącza.

II. Pomiary i wyniki.

1. Wyznaczenie klasy dokładności selsyna odbiorczego.

Wyznaczyć uchyb określający klasę selsyna

2. Wyznaczenie charakterystyk kątowych (dla kierunku obrotu wirnika zgodnego i kierunku przeciwnego do ruchu wskazówek zegara).

2.1. Bez dołączonego kondensatora.

2.2. Z dołączonym kondensatorem do selsyna odbiorczego (C = 3,7 mF ±9%).

2.3. Łącze wielokrotne.

2.4. Łącze transformatorowe.