Сельсинами называют индукционные электрические машины, применяемые в системах синхронной связи. Сельсины и сами системы можно разделить на однофазные и трехфазные силовые.
Однофазные сельсины.
Сельсины этого вида могут быть контактными и бесконтактными.
Контактный сельсин (рис. 47) состоит из двух основных частей — статора и ротора, помещенных в корпусе 1. На магнитопроводе ротора 2, сделанного из листовой электротехнической стали, расположена однофазная обмотка возбуждения 3, на магнитопроводе статора 4 из такой же стали — трехфазная обмотка синхронизации 5. Обмотка 3, как правило, сосредоточена на явно выраженных полюсах. Число пар полюсов в сельсине должно быть равно единице для того, чтобы получить самосинхронизацию в пределах одного оборота.
Рис. 47. Контактный сельсин с обмоткой возбуждения на роторе
Обмотка 5 выполняется распределенной: три отдельные обмотки смещены в пространстве на 120° и соединены в звезду. Существуют также конструкции однофазных сельсинов, у которых однофазная обмотка возбуждения расположена на явно выраженных полюсах статора, а трехфазная обмотка синхронизации — на роторе.
Контактные сельсины имеют скользящие контакты 6 (контактные кольца и щетки). Наличие двух контактных колец говорит о расположении на роторе однофазной обмотки . возбуждения, трех контактных колец — трехфазной обмотки синхронизации. Принцип работы сельсина не зависит от места расположения каждой обмотки, однако сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют значительные преимущества (например, отсутствие влияния переходных процессов трущихся контактов на работу системы синхронной передачи, меньший момент трения щеток по кольцам, меньшая вероятность потери контакта). По этой причине новые серии контактных сельсинов выпускают в основном с обмоткой возбуждения на роторе.
При подаче в обмотку возбуждения питания из сети переменного тока в магнитопроводе сельсина образуется пульсирующий магнитный поток, индуктирующий в фазах обмотки синхронизации трансформаторные э. д. с., значения которых пропорциональны косинусу угла между осью обмотки и направлением магнитного потока. При положении обмоток сельсина, показанном на рис. 48, э. д. с., индуктируемые в фазах обмотки синхронизации, выражаются формулами:
Рис. 48. Схема образования трансформаторных э. д. с. в однофазном сельсине
Следует учесть, что все э. д. с. в указанных уравнениях имеют одинаковую временную фазу (однофазная система).
Бесконтактные сельсины в последние годы широко распространены, и прежде всего две основные модификации: явнополюсные сельсины (конструкции советских ученых Иосифьяна и Свечарника) и неявнополюсные с тороидальным трансформатором.
В бесконтактном сельсине контактный подвод тока заменен бесконтактным подводом магнитного потока, контактные кольца и щетки отсутствуют, что увеличивает надежность действия и точность, уменьшает потери от трения.
У бесконтактного явнополюсного сельсина (рис. 49) на статоре закреплены пакет основного магнитопровода 1 и два пакета тороидального магнитопровода 2. Пакеты набраны из листов электротехнической стали, шихтованных по поперечной оси сельсина. Тороидальные магнитопроводы магнитно замыкаются между собой пакетами внешнего магнитопровода 3, шихтованными по продольной оси сельсина и запрессованными в корпус 4. В пазах основного магнитопровода находится трехфазная обмотка синхронизации 5. Обмотка возбуждения 6 в виде двух катушек также расположена на статоре параллельно тороидальным магнитопроводам. Ротор 7 сельсина состоит из двух пакетов, разделенных немагнитным промежутком 8. Плоскости листов электротехнической стали, из которых собраны пакеты ротора, параллельны продольной оси сельсина. В качестве немагнитного материала применяют пластмассу или сплав силумин.
Замкнутый путь первичного потока, образованного проходящим в обмотке возбуждения током, показан стрелками. Он может быть представлен, например, в такой последовательности: левая магнитная часть ротора (вдоль оси ротора), воздушный зазор, основной магнитопровод 1 (по полуокружности в плоскости, перпендикулярной оси ротора), воздушный зазор, правая магнитная часть ротора 7 (вдоль оси ротора), воздушный зазор, правый тороидальный магнитопровод 2 (радиально), внешний магнитопровод 3 (вдоль оси ротора), левый тороидальный магнитопровод 2 (радиально), воздушный зазор. Проходя по основному магнитопроводу, магнитный поток индуктирует в трехфазной обмотке синхронизации трансформаторные э.д.с. При повороте ротора вместе с ним поворачивается и магнитный поток. Поэтому э.д.с. в фазах обмотки синхронизации зависят от положения ротора так же, как и в контактном сельсине.
Бесконтактные сельсины по сравнению с контактными более сложны по конструкции, имеют большие массу и размеры при одном и том же моменте, а также большую стоимость. Однако высокая надежность сельсинов вполне окупает их недостатки.
Рис. 49. Бесконтактный явнополюсный сельсин
Трехфазные силовые сельсины.
Конструктивно сельсины аналогичны асинхронным двигателям с контактными кольцами. Их применяют в системах электрического вала, когда требуется строго синхронное и синфазное вращение двух двигателей, удаленных один от другого.
Система синхронной связи состоит, как минимум, из двух сельсинов, один из которых является датчиком, а второй — приемником. В зависимости от схемы включения различают два основных режима работы сельсинов — индикаторный и трансформаторный.
В индикаторном режиме (рис. 50, а) обмотки возбуждения однотипных сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП подключают к одной сети переменного тока, а трехфазные обмотки синхронизации соединяют между собой одноименными концами. В согласованном состоянии, когда обмотки возбуждения занимают одинаковые положения по отношению к соответствующим обмоткам синхронизации, токи в цепи синхронизации отсутствуют, так как э.д. с. в обмотках СД и СП одинаковы. При рассогласовании датчика и приемника на некоторый угол Θ=Θ1—Θ2 в цепи синхронизации появляются уравнительные токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным потоком приемника возникает синхронизирующий момент, под воздействием которого обмотка СП приходит в согласованное положение с обмоткой СД.
При индикаторном режиме работы сельсинов осуществляется передача углового перемещения (или линейного, преобразованного в угловое) на расстояние. Сельсин-приемник, как правило, не имеет на валу момента сопротивления, на ротор посажена только стрелка указателя. Несколько сельсинов-приемников можно соединить между собой параллельно, все они будут повторять перемещения сельсина-датчика на некоторый угол.
Рис. 50. Схемы включения сельсинов
К индикаторному режиму относится также схема с включением одного приемника — дифференциального сельсина ДС и двух датчиков — обычных сельсинов (рис. 50, б). Схема позволяет. производить алгебраическое суммирование двух угловых перемещений (или линейных, преобразованных в угловые), механически не связанных между собой. Дифференциальный сельсин имеет на неявнополюсных статоре и роторе две трехфазные обмотки ОС и ОР, которые в схеме получают питание от трехфазных обмоток сельсинов-датчиков СД1 и СД2. Токи, протекающие по обмоткам ОС и ОР, создают магнитные потоки, при взаимодействии которых ротор дифференциального сельсина удерживается в пространстве в строго определённом положении. При повороте роторов сельсинов-датчиков на углы Θ1 и Θ2 на эти же углы поворачиваются магнитные потоки статора и ротора дифференциального сельсина. При этом ротор дифференциального сельсина поворачивается на некоторый угол Θ, равный разности или сумме углов Θ1 и Θ2 в зависимости от того, в какую сторону поворачивают роторы сельсинов-датчиков.
В трансформаторном режиме (рис. 50, в) к сети переменного тока подключена только обмотка возбуждения СД, трехфазные обмотки синхронизации соединены между собой одноименными концами, ротор СП заторможен. Индуктируемые в обмотке синхронизации сельсина-датчика э.д.с. вызывают токи в цепи синхронизации. В сельсине-приемнике эти токи создают пульсирующий магнитный поток, ось которого занимает по отношению к трехфазной обмотке синхронизации такое же положение, как и у датчика. При повороте ротора датчика поворачивается и магнитный поток приемника. Этот угол поворота можно зафиксировать по э. д. с. Ев, индуктируемой в обмотке возбуждения сельсина-приемника. Согласованным положением датчика и приемника является такое, когда э. д. с. обмотки возбуждения приемника равна нулю. Практически это получается, если обмотка возбуждения приемника заранее повернута относительно обмотки возбуждения датчика на 90°.
В трансформаторном режиме работают сельсины в схеме, где сельсин-датчик и сельсин-приемник связаны через дифференциальный сельсин, играющий роль второго датчика (рис. 50, г). На зажимах однофазной обмотки возбуждения СП получается э.д. с., зависящая от суммы или разности угловых перемещений роторов СД и ДС.
Сельсины широко применяют для автоматизации различных процессов на судне: в электро- и радионавигационных приборах, приборах управления рулевым приводом, в схемах судового телеграфа, различного рода указателях, конструкциях синхроноскопов и т. д. Сельсины часто применяют в качестве малогабаритных точных потенциал-регуляторов (регуляторов напряжения). В таком режиме работают бесконтактные сельсины в схемах управления гребной установкой атомного ледокола «Ленин».
