Как подключить сельсин к компьютеру

Обновлено: 07.07.2024

В предыдущих частях статьи мы рассмотрели почти все основные системы «вместе именуемые – радар». Не поместился только рассказ про то, как вращаются антенны и как информация о их положении вводится в аппаратуру.

В радиолокации используются антенны с узкой диаграммой направленности. Это один из её краеугольных камней. Что такое диаграмма направленности было показано во второй части цикла «Радиолокация для самых маленьких» (ссылка ниже). Для нас сейчас важно, что антенны и большие, и маленькие нужно разворачивать в сторону цели, либо вращать с постоянной скоростью по азимуту.

При этом оператор РЛС в любой момент должен видеть в каком направлении она "смотрит". Причём антенны располагаются иногда далеко от аппаратных кабин или залов и информацию об этом нужно доставить на пульт.

Сейчас бы с этим не было никаких проблем, есть миниатюрные аналого-цифровые (энкодеры) и цифро-аналоговые преобразователи, на которых можно построить систему, определяющую положение антенны, или вырабатывающую команды на её установку в нужном направлении. У основоположников (красивое слово – 6 букв "О") радиолокации таких возможностей не было. Цифровой техники ещё не существовало. Триггер в те времена можно было сделать только на одной-двух лампах и т.д. Использовать в качестве датчиков проволочные резисторы на кольцевой оправке – ненадёжно и неточно. ФАР были весьма примитивны, они не сканировали, а только не спеша переключали сектора обзора. Но было найдено решение - использование сельсинов.

Сельсины — маломощные электрические машины, применяющиеся для передачи ведомой оси углового положения ведущей оси через электрическую связь. Одна из этих машин, приводится во вращение валом устройства, угловое положение которого нужно передать, и называется сельсин-датчик, а другая, связанная с первой электрически, используется либо для синхронного поворота ведомой оси и называется сельсин-индикатор, либо для получения управляющего напряжения, в этом случае она будет называться сельсин-трансформатор.

При повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол, ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же точно угол.

Два одинаковых сельсина БС1405. Рассчитаны на напряжение 110В 50Гц. При использовании с сетью 220В обмотки роторов следует включать последовательно. Вполне доступны для постройки самодельного радара. Цена в магазине около 1700руб.

Не станем грузить Вас, читатель, рассмотрением всех видов сельсинов, рассуждениями об индукции, токах и прочих подробностях. Интересующимся деталями рекомендуем посмотреть этот видеоролик.

Объясняем примитивно просто: Вы берёте два одинаковых сельсина (будете экспериментировать – выбирайте сельсины на 220В 50Гц), соединяете их одноименные клеммы проводами и подключаете обмотки роторов к обычной розетке. Теперь, если вы рукой повернёте вал одного из них, вал другого повернётся на столько же градусов и в ту же сторону. Продолжите эксперимент – установите сельсин-датчик на оси флюгера, а к сельсин-индикатору добавьте азимутальный диск. Вы сможете узнавать направление ветра, не выходя из дома. Заменим флюгер антенной РЛС, получим индикатор её азимутального положения.

Рисунок авторов. При перепечатке ссылка на данную публикацию необходима Рисунок авторов. При перепечатке ссылка на данную публикацию необходима

На рисунке вариант использования пары сельсинов для передачи в аппаратную кабину РЛС угла места или азимута антенны.

Здесь применены наиболее распространённые сельсины с однофазным ротором. Мощность, развиваемая таким сельсином, обычно в пределах единиц или первых десятков ватт. Этого хватит, чтобы привести в движение стрелку или катушки отклонения на электронной лучевой трубке, но не хватит, например, для управления топливной рейкой судового двигателя. В случаях, когда требуется более серьёзная мощность, можно применить трёхфазные силовые сельсины. Но никакой сельсин не справится, скажем, с поворотом большой и тяжёлой антенны.

70-метровая антенна космической связи в Голдстоуне, штат Калифорния, на фоне пустыни Мохаве. Используется по программе исследования Марса.

Однако и в этих случаях сельсин будет полезен. С применением их строятся сервоприводы. Схема простейшего сервопривода на сельсинах для поворота антенны в заданное положение выглядит так.

Разместим обе системы – индикации и управления в одном пульте. Оператор может установить антенну в нужное положение и считать показания индикаторов. Вот пример пульта управления офицера наведения в ЗРК С-75.

Долгое время сельсины были важнейшим элементом сервоприводов, не только в радиолокации. Сервоприводы широко используются в различных системах управления от станков, до электровозов, самолётов, рулевых приводов судов и там же для управления мощными двигателями.

Ну вот, мы собрали все необходимые составляющие для постройки радара. На следующем рисунке представлена простейшая схема его. Почти всё это рассмотрено в предыдущих двух частях статьи. А вот как работает такой радар, рассказывает следующий за картинкой ролик.

Та же схема, но в динамике и с пояснениями

Схема Ghjcnj ybrnj, графика Игорь Галабурда, монтаж и озвучка Виталий Каберник.

Классический импульсный радар.

Для понимания, что такое РОФАР, необходимо было разобраться в том, что такое радар вообще. Надеемся, Вам это удалось?

Реализация технологического процесса предполагает использование различного оборудования. В некоторых случаях надо добиться синхронного и синфазного вращения осей различных устройств. Иногда по каким-то причинам механическое соединение не представляется возможным. Тогда вместо муфты используют сельсин — специальный датчик, благодаря которому можно добиться требуемой синхронизации. Он нередко входит в состав специальных систем, нуждающихся в повороте на некоторый угол на расстоянии. Сельсин работает в режиме приемника и передающего элемента. Стоит детально разобраться, что это такое, как работает и где может использоваться.

Виды синхронной связи

Прежде чем начать разбираться, что такое и как функционируют сельсины, стоит познакомиться с существующими разновидностями синхронной связи. По данному параметру системы принято делить на системы асинхронного вращения и поворота. Каждая разновидность имеет свои особенности.

Синхронное вращение

В состав входит два одинаковых асинхронных электродвигателя, оснащенных фазными роторами. Обмотки ротора соединяют. Статор подключают к 380 В.

Синхронный поворот

В состав входят сельсины, исполнение которых допускает самосинхронизацию. В зависимости от числа фаз они подразделяются на:

Трехфазные, чья конструкция полностью соответствует асинхронным двигателям. Область использования таких устройств ограничена из-за наличия разницы между моментами синхронизации при повороте ротора;
Однофазные, близкие по конструктивному исполнению к машинам синхронного типа с минимальной мощностью. Обмотка возбуждения подобного оборудования работает только при пропускании переменного тока.

Посмотрите видео в конце, чтобы разобраться в особенностях подобной системы.

Системы синхронного поворота: основные режимы

Сельсины работают в двух режимах. Каждый из них имеет свои особенности которые надо обязательно учитывать при выборе оборудования.

Индикаторный

Если оборудование работает в данном режиме, значит, ротор принимающего устройства подсоединен к ведомой оси. Схема актуальна при выборе для ведомой оси минимального момента торможения и размещение на ней индикаторной стрелки. Обмотки возбуждения подключают к общей цепи. Синхронизирующие объединяют с линией связи.

Формируемые магнитные потоки инициируют возникновение ЭДС на обмотках всех фаз. Незначительная рассогласованность приводит к протеканию электротока. Благодаря потоку в датчиках и принимающем элементе сельсина образуются разнонаправленные моменты. С их помощью удается полностью нивелировать угол рассогласования.

Ротор, располагающийся на датчике, затормаживают. Как итог, момент синхронизации влияет на механизм, поворачивающий ведущую ось. Благодаря подобному конструктивному исполнению удается обеспечить одновременный поворот на одинаковый угол роторов обоих подключенных элементов.

Трансформаторный

Электросигнал, появляющийся при рассогласованности роторов, сначала поступает на усиливающую часть схемы. Далее — на ротор исполнительного механизма. Последний начинает поворачивать ротор принимающего элемента и ведомую ось до полного нивелирования имеющейся разницы. Подобный режим актуален при прикладывании к ведомой оси момента торможения, имеющий достаточно большую величину. То есть помогает повернуть механизм.

Обмотку датчика соединяют с ведущей осью и подключают к электросети на 220 В. Для подачи напряжения на элемент, отмечающий за управление двигателем, задействуют усилитель. Обмотку приемника используют для присоединения сельсина. Для объединения обмоток синхронизации двух сельсинов используется линия связи. В возбуждающей обмотке индуцируется ток, создающий в синхронизирующей обмотке ЭДС.

Ток протекает по обоим элементам, так как их обмотки соединены. В принимающем элементе формируются магнитные импульсы. Если элементы рассогласованы, под действием потока в обмотке возникает ЭДС. На входе появляется напряжение, запускающее специальный усиливающий элемент. От него напряжение поступает на статор, принадлежащий исполнительному устройству. Это приводит к тому, что ведомая ось начинает поворачиваться следом за ротором приемника. По мере устранения имеющейся разницы, напряжение становится равным нулю, и вращение ведомой оси прекращается.

Особенности используемой технологии и конструкция влияют на величину погрешности. К таковым относят:

Разность между параметрами датчика и принимающего устройства;
Неравномерные показатели магнитной проводимости;
Отсутствие симметричности у обмоток.

При передаче угла неизбежно возникают погрешности. Их появление обусловлено определенными условиями эксплуатации. При изменении величины сопротивления в сети управления, порядок работы сельсинов изменится.

Конструкция

Исполнение сельсинов диктует их принцип действия. Принято выделять:

контактные, у которых для соединения обмотки ротора и внешней цепи используются щетки и контактные кольца;
бесконтактные, в составе которых нет контактных элементов.

Каждая разновидность имеет свои отличительные особенности, с которым стоит обязательно ознакомиться, чтобы понять принцип работы.

Контактные

Контактные по своему исполнению аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором и малой мощностью. В их состав входят неявнополюсные ротор и статор. Благодаря этому обе обмотки – распределенные. У ротора предусмотрена обмотка возбуждения. Для подвода электротока используются два кольца.

У отдельных моделей уже имеется статор и ротор. Это их явное преимущество. В результате величина момента синхронизации возрастает. Однако контактные элементы в этом случае — явный недостаток.

Бесконтактные

Для их включения не нужны никакие контактные элементы. Обе обмотки изначально устанавливаются на статоре. Ротор имеет характерную цилиндрическую форму. Для его изготовления используется материал, имеющие ферримагнитные свойства. Алюминиевая прослойка делит роток на два полюса.

Торообразные сердечники располагаются на торцах сельсинов. Их внутренняя часть располагается над ротором. Наружная соединяется со стержнями внешнего магнитопровода. Для изготовления сердечников используется электротехническая листовая стали. Однофазная обмотка устройства состоит из двух дисковых катушек, располагающихся по обеим сторона статора между сердечниками и обмоткой синхронизации.

В процессе работы устройства происходит замыкание магнитного потока импульсного типа. Трехфазная синхронизирующая обмотка соединяется на статоре. Положение оси потока магнитной индукции по мере изменения пространственного положения ротора изменяется. Он занимает иное положение относительно синхронизирующих обмоток. Величина возникающей ЭДС напрямую зависит от величины угла, на который смог повернуться ротор.

К недостаткам подобных устройств является не такое эффективное использование активных материалов. Кроме того, они в среднем на 50% тяжелее контактных аналогов, что обусловлено большими воздушными зазорами. Благодаря последним, величина токов намагничивания возрастает.

Сельсины: назначение, устройство, принцип действия

Сельсины представляют собой особый вид электрических машин переменного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких сот ватт (менее киловатта). Служит сельсин для дистанционной передачи механического угла поворота электрическим путем между устройствами, не имеющими между собой механической связи.

Всякий сельсин имеет статор и ротор, на которых расположены обмотки переменного тока. Существуют сельсины с однокатушечной обмоткой на статоре и трехкатушечной на роторе, и, наоборот, с трехкатушечной обмоткой на статоре и однокатушечной на роторе, и, наконец, с трехкатушечной обмоткой на статоре и с такой же обмоткой на роторе.

По своему назначению в схемах авторегулирования сельсины делятся на:

сельсин-датчики,
сельсин-приемники
дифференциальные.

Для уяснения работы сельсина рассмотрим рис. 1, а.

Рис. 1. Схемы включения сельсинов: а - по системе датчик - приемник; б - сельсин-приемник в трансформаторном режиме; в - дифференциального

Сельсин-датчик и сельсин-приемник своими однокатушечными обмотками статора подключены к одной и той же сети переменного тока, а трехкатушечные обмотки ротора соединены между собой. Если теперь повернуть ротор датчика на произвольный угол, то на такой же угол повернется ротор приемника. Если ротор датчика вращать непрерывно с произвольной скоростью, то с такой же скоростью будет вращаться и ротор приемника.

Действие сельсинной связи основано на принципе электромагнитной индукции, заключающейся в следующем. Переменный ток однокатушечной обмотки статора индуктирует в трехкатушечной обмотке ротора токи, величины которых зависят от относительного расположения обмоток ротора и статора.

Если роторы обоих сельсинов расположены одинаково по отношению к своим статорам, то токи в соединительных проводах роторов равны и противоположны между собой, и поэтому ток в каждой катушке равен нулю. Как следствие, равен нулю вращающий момент на валу одного и другого сельсинов.

Если теперь вручную или иным способом повернуть ротор сельсин-датчика на определенный угол, то нарушится равновесие токов между роторами, и на валу сельсин-приемника возникнет вращающийся момент, благодаря чему его ротор будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет неравновесие, токов, т. е. пока этот ротор не примет то же положение, что и сельсин-датчик.

В системах авторегулирования нередко сельсин-приемник работает в трансформаторном режиме (рис. 1, б). В этом случае ротор приемника закрепляется неподвижно, а обмотка его статора отключается от сети. В этой обмотке индуктируется э. д. с. со стороны ротора, по обмоткам которого протекают токи, обусловливаемые положением ротора сельсин-датчика. Это означает, что величина э. д. с. на зажимах ротор приемника пропорциональна углу поворота датчика.

В исходном положении роторы смещены на 90° относительно друг друга и в этом случае индуктируемая на роторе датчика э. д. с. равна нулю. Теперь при повороте ротора-датчика на роторе приемника будет индуктироваться э. д. с. Епр, пропорциональная углу рассогласования роторов

Дифференциальный сельсин применяется в тех случаях, когда нужно контролировать разность углов поворота двух осей, т. е. их рассогласование. В этом случае два сельсин-датчика находятся на двух валах, скорости которых сравниваются между собой. Трехкатушечными обмотками роторы этих сельсинов соединены с трехкатушечными обмотками статора и ротора третьего сельсина, являющегося дифференциальным (рис. 1, в). Угол поворота ротора дифференциального сельсина равен разности углов поворота сельсин-датчиков.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Среди множества электрических машин существует особая разновидность, с помощью которых в синхронных системах осуществляется дистанционная передача угла. Они известны как сельсины, назначение и конструкция этих устройств разделяет их на датчики и приемники.

Общее устройство сельсина

Данные системы способны синхронно и плавно передавать на расстояние необходимые угловые величины. Механическая связь между ними отсутствует, а все передачи выполняются за счет электрических соединений, выступающих в качестве линий связи. Мощность таких приборов находится в пределах от нескольких ватт до 1 кВт, поэтому они могут использоваться для решения многих технических задач.

В конструкцию каждого сельсина входит статор и ротор с обмотками переменного тока. В соответствии со своими особенностями, эти устройства конструктивно могут состоять из следующих элементов:

Обмотка с одной катушкой на статоре и с тремя – на роторе.
Обмотка с тремя катушками на статоре и с одной – на роторе.
Обмотка с тремя катушками на статоре и с тремя – на роторе.

Как видно из представленной схемы, сельсины, задействованные в схемах автоматических регулировок, разделяются на следующие категории:

Сельсин-датчики.
Сельсин-приемники.
Дифференциальные сельсины.

Основной функцией этих устройств является синхронный поворот или вращение двух или нескольких осей, не имеющих между собой механической связи. Аппарат, механически связанный с ведущей осью, считается датчиком, а другой такой же прибор, соединенный с ведомой осью называется приемником. Когда ротор датчика поворачивается на какой-то угол, то ротор приемника синхронно выполняет поворот на такой же угол.

Каждый сельсин имеет обмотки, разделяющиеся на первичную – обмотку возбуждения и вторичную – обмотку синхронизации. В зависимости от количества фаз первичной обмотки, устройства могут быть одно- или трехфазными. Вторичная обмотка практически всегда выполняется в трехфазном варианте.

Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя

Расположение первичной и вторичной обмотки не влияет на принцип работы сельсин-устройств. Тем не менее, обмотку синхронизации принято устанавливать на статоре, а обмотку возбуждения на роторе. Такое размещение позволяет снизить количество контактных колец и повысить общую надежность устройства.

Принцип действия различных схем

Принцип действия системы наглядно виден на схемах, представленных на рисунке. На схеме «а» датчик и приемник подключены через статорные однокатушечные обмотки к единой сети переменного тока, а обмотки ротора с тремя катушками соединяются друг с другом. Получается система «датчик-приемник». При повороте ротора сельсин-датчика на какую-либо величину угла, ротор приемника повернется на точно такой же угол.

Основой синхронной связи является электромагнитная индукция. Под действием переменного тока обмотки статора, в роторной обмотке индуктируются токи, на величину которых оказывает влияние расположение обмоток статора и ротора относительно друг друга.

Когда роторы в обоих сельсин-устройствах располагаются одинаково относительно статоров, токи в проводах, соединяющий роторы будут при общем равенстве противоположны между собой. Поэтому в каждой катушке ток будет равен нулю. Следовательно валы сельсинов находятся в состоянии покоя и их вращающий момент также равен нулю.

При повороте ротора сельсин-датчика на какой-то угол, данное равновесие токов нарушается и на валу приемника появится вращающий момент. Его ротор будет вращаться до полного исчезновения неравновесия токов. Это неравновесие исчезнет, когда ротор сельсин-приемника примет такое же положение, что и ротор датчика.

В автоматическом регулировочном режиме довольно часто требуется работа приемника в режиме трансформатора. На схеме «б» видно, что ротор приемника закреплен неподвижно, а обмотка статора отключена от сети. Далее в ней будет индуктироваться ЭДС под влиянием тока, протекающего по обмоткам ротора. Величина этого тока будет зависеть от положения ротора датчика. То есть величина ЭДС ротора приемника будет находиться в пропорции с углом поворота сельсин-датчика. В исходном положении оба ротора смещаются на 90 градусов между собой, поэтому ЭДС на роторе датчика будет равна нулю. Таким образом, поворот ротора датчика вызовет индукцию ЭДС на роторе приемника, пропорциональной углу рассогласования обоих роторов.

Схема «в» отображает работу дифференциального сельсина, который используется для контроля разницы углов поворота сразу двух осей. Два датчика располагаются на двух отдельных валах с одинаковыми скоростями вращения. Третий сельсин-датчик является дифференциальным, а его угол поворота представляет собой разницу между углами поворота датчиков.

Конструктивные особенности

Конструктивно синхронизирующие сельсины могут быть контактными и бесконтактными. В первом случае соединение роторной обмотки с внешней электрической цепью осуществляется с помощью щеток и контактных колец. Устройство контактных сельсинов напоминает асинхронный двигатель с маломощным фазным ротором.

Статоры и роторы таких сельсинов считаются неявнополюсными, а обмотки – распределенными. На роторе располагается обмотка возбуждения, к которой электрический ток подведен посредством двух контактных колец. Некоторые виды устройств имеют явно выраженные полюса статоров и роторов, что существенно повышает их синхронизирующий момент.

В процессе эксплуатации сельсинов контактные кольца постепенно изнашиваются и требуют замены. Этот фактор считается единственным серьезным недостатком данных устройств. Бесконтактные сельсины, назначение и конструкция которых предполагает отсутствие контактных элементов, имеют две обмотки, размещенные на статоре. Сам ротор представляет собой цилиндр, изготовленный из ферромагнитного материала. Специальная алюминиевая прослойка разделяет ротор на два полюса, изолированных друг от друга.

В торцах устройства установлены сердечники, для изготовления которых использовалась листовая электротехническая сталь. Поверхность этих сердечников со стороны внутренней части размещается над ротором. Наружная поверхность смыкается со стержнями внешнего магнитопровода.

Однофазная обмотка возбуждения представляет собой двухдисковые катушки, расположенные по обеим сторонам статора, между обмоткой синхронизации и сердечниками.

Во время работы бесконтактного сельсина происходит замыкание импульсного магнитного потока в магнитной системе. Одновременно он соединяется с трехфазной синхронизирующей статорной обмоткой. Весь путь замкнутого магнитного потока обозначен на рисунке прерывистой линией.

Генератор постоянного тока: устройство и принцип действия

При повороте ротора ось магнитного потока изменяет свою позицию по отношению к синхронизирующим обмоткам. Поэтому ЭДС, возникающая в фазах синхронизирующей обмотки, находится в прямой зависимости от поворота ротора. В этом заключается принцип работы таких приборов.

Существенным недостатком бесконтактных сельсинов считается слабое и малоэффективное использование активных материалов. Масса таких моделей примерно в 1,5 раза превышает контактные конструкции, в основном из-за существенных воздушных зазоров. В результате, бесконтактные сельсины отличаются более высокими токами намагничивания и рассеивающими потоками.

Читайте также: