Selsyn (Synchro)-Motoren

Normalerweise werden die Rotorwicklungen eines Induktionsmotors mit gewickeltem Rotor nach dem Start kurzgeschlossen. Während des Anlaufs kann ein Widerstand in Reihe mit den Rotorwicklungen geschaltet werden, um den Anlaufstrom zu begrenzen. Wenn diese Wicklungen an einen gemeinsamen Anlaufwiderstand angeschlossen sind, bleiben die beiden Rotoren während des Anlaufs synchronisiert.

Dies ist nützlich für Druckmaschinen und Zugbrücken, bei denen beim Start zwei Motoren synchronisiert werden müssen. Einmal gestartet und die Rotoren kurzgeschlossen, fehlt das Synchrondrehmoment. Je höher der Widerstand beim Anlaufen, desto höher das Synchrondrehmoment für ein Motorenpaar.

Wenn die Anlaufwiderstände entfernt werden, aber die Rotoren noch parallel geschaltet sind, gibt es kein Anlaufdrehmoment. Es gibt jedoch ein erhebliches Synchronisierdrehmoment. Dies wird als selsyn bezeichnet , was eine Abkürzung für „selbstsynchron“ ist.

Starten von Asynchronmotoren mit gewickeltem Rotor aus üblichen Widerständen

Die Rotoren können stationär sein. Wenn ein Rotor um einen Winkel θ bewegt wird, bewegt sich die andere Selsyn-Welle um einen Winkel θ. Wenn auf einen Selsyn Widerstand ausgeübt wird, ist dies beim Versuch, die andere Welle zu drehen, zu spüren.

Während Selsyns mit mehreren PS (Multi-Kilowatt) existieren, sind die Hauptanwendung kleine Einheiten von wenigen Watt für Instrumentierungsanwendungen – entfernte Positionsanzeige.

Selsyns ohne Startwiderstand

Instrumentierungsselsyns haben keine Verwendung für Anlaufwiderstände (Abbildung oben). Sie sollen nicht selbstdrehend sein. Da die Rotoren weder kurzgeschlossen noch widerstandsbelastet sind, wird kein Anlaufdrehmoment entwickelt.

Die manuelle Drehung einer Welle führt jedoch zu einer Unwucht der Rotorströme, bis die Welle der Paralleleinheit folgt. Beachten Sie, dass an beide Statoren eine gemeinsame Drehstromquelle angelegt wird. Obwohl wir oben dreiphasige Rotoren zeigen, reicht ein einphasig angetriebener Rotor aus, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Sender - Empfänger

Selsyns mit kleinen Instrumenten, auch bekannt als Synchros , verwendet einphasige parallele, wechselstromerregte Rotoren, wobei die dreiphasigen parallel geschalteten Statoren beibehalten werden, die nicht von außen erregt werden. Unten ist die Synchrosfunktion als Drehübertrager dargestellt.

Wenn die Rotoren beider Drehmomentgeber (TX) und Drehmomentempfänger (RX) haben den gleichen Winkel, die Phasen der induzierten Statorspannungen sind für beide identisch und es fließt kein Strom.

Sollte ein Rotor vom anderen verschoben werden, unterscheiden sich die Statorphasenspannungen zwischen Sender und Empfänger. Der Statorstrom wird fließen und ein Drehmoment entwickeln. Die Empfängerwelle ist der Senderwelle elektrisch nachgeordnet. Entweder die Sender- oder Empfängerwelle kann gedreht werden, um die gegenüberliegende Einheit zu drehen.

Synchros haben einphasig angetriebene Rotoren

Synchro-Statoren werden mit 3-Phasen-Wicklungen gewickelt, die an externen Klemmen herausgeführt werden. Die einzelne Rotorwicklung eines Drehmomentgebers oder -empfängers wird durch gebürstete Schleifringe herausgeführt. Synchro-Sender und -Empfänger sind elektrisch identisch.

Ein Synchro-Empfänger hat jedoch eine eingebaute Trägheitsdämpfung. Ein Drehmomentempfänger kann durch einen Synchro-Drehmomentgeber ersetzt werden.

Die Fernpositionserfassung ist die wichtigste Synchro-Anwendung. Beispielsweise zeigt ein mit einer Radarantenne gekoppelter Synchrosender die Antennenposition auf einem Anzeiger in einem Kontrollraum an.

Ein mit einer Wetterfahne gekoppelter Synchrosender zeigt die Windrichtung an einer Fernkonsole an. Synchros sind für die Verwendung mit 240 Vac 50 Hz, 115 Vac 60 Hz, 115 Vac 400 Hz und 26 Vac 400 Hz erhältlich.

Synchro-Anwendung:Positionsanzeige aus der Ferne

Differential Sender-Empfänger

Ein Synchro-Differentialsender (TDX) hat sowohl einen dreiphasigen Rotor als auch einen Stator. Ein Synchro-Differential-Sender fügt einen Wellenwinkeleingang zu einem elektrischen Winkeleingang an den Rotoreingängen hinzu und gibt die Summe an den Statorausgängen aus.

Dieser elektrische Statorwinkel kann angezeigt werden, indem er an einen RX gesendet wird. Ein Synchro-Empfänger zeigt beispielsweise die Position einer Radarantenne relativ zum Bug eines Schiffes an. Das Hinzufügen eines Schiffskompasskurses durch einen Synchro-Differentialsender zeigt die Antennenposition auf einem RX relativ zum geographischen Norden an, unabhängig vom Kurs des Schiffes.

Das Vertauschen des Statorkabelpaars S1-S3 zwischen einem TX und einem TDX subtrahiert die Winkelpositionen.

Drehmoment-Differenzialgeber (TDX)

Eine an einen Synchro-Sender gekoppelte Bordradarantenne kodiert den Antennenwinkel in Bezug auf den Schiffsbug (Abbildung unten). Es ist erwünscht, die Antennenposition in Bezug auf den geographischen Norden anzuzeigen.

Wir müssen die Schiffe, die von einem Kreiselkompass aus fahren, zur Bug-relativen Antennenposition hinzufügen, um den Antennenwinkel in Bezug auf den geographischen Norden anzuzeigen (∠Antenne + ∠Kreisel).

Anwendung Drehmoment-Differenzialgeber:Winkeladdition

∠Antenne-N =∠Antenne + ∠Gyro ∠rx =∠tx + ∠gy

Beispiel:Der Schiffskurs beträgt ∠30°, die Antennenposition relativ zum Schiffsbug beträgt ∠0°, ∠Antenne-N ist:

∠rx =∠tx + ∠gy ∠30° =∠30° + ∠0°

Beispiel, Schiffskurs ist ∠30°, Antennenposition relativ zum Schiffsbug ist ∠15°, ∠Antenne-N ist:

∠45° =∠30° + ∠15°

Addition vs. Subtraktion

Als Referenz zeigen wir die Schaltpläne für die Subtraktion und Addition von Wellenwinkeln unter Verwendung von TDXs (Torque Differential Transmitter) und TDRs (Torque Differential Receiver). Der TDX hat einen Drehmomentwinkeleingang an der Welle, einen elektrischen Winkeleingang an den drei Statoranschlüssen und einen elektrischen Winkelausgang an den drei Rotoranschlüssen.

Der TDR hat sowohl am Stator als auch am Rotor elektrische Winkeleingänge. Der Winkelausgang ist ein Drehmoment an der TDR-Welle. Der Unterschied zwischen einem TDX und einem TDR besteht darin, dass der TDX ein Drehmomentsender und der TDR ein Drehmomentempfänger ist.

TDX-Subtraktion

Die Drehmomenteingänge sind TX und TDX. Die Winkeldifferenz des Drehmomentausgangs beträgt TR.

TDX-Zusatz

Die Drehmomenteingänge sind TX und TDX. Die Winkelsumme des Drehmomentausgangs ist TR.

TDR-Subtraktion

Die Drehmomenteingänge sind TX₁ und TX₂ . Die Winkeldifferenz des Drehmomentausgangs beträgt TDR.

TDR-Zusatz

Die Drehmomenteingänge sind TX₁ und TX₂ . Die Winkelsumme des Drehmomentausgangs ist TDR.

Steuertransformator

Eine Variante des Synchrosenders ist der Steuertransformator . Es hat drei gleichmäßig beabstandete Statorwicklungen wie ein TX. Sein Rotor ist mit mehr Windungen gewickelt als ein Sender oder Empfänger, um ihn beim Erkennen einer Null empfindlicher zu machen, wenn er normalerweise von einem Servo gedreht wird System.

Der Rotorausgang des CT (Steuertransformator) ist Null, wenn er im rechten Winkel zum Statormagnetfeldvektor ausgerichtet ist. Im Gegensatz zu einem TX oder RX sendet oder empfängt der CT kein Drehmoment. Es ist einfach ein empfindlicher Winkelpositionsdetektor.

Steuertransformator (CT) erkennt Servo-Null

In der Abbildung oben wird die Welle des TX auf die gewünschte Position der Radarantenne eingestellt. Das Servosystem veranlasst den Servomotor, die Antenne in die befohlene Position zu bringen. Der CT vergleicht die befohlene mit der tatsächlichen Position und signalisiert dem Servoverstärker, den Motor anzutreiben, bis dieser befohlene Winkel erreicht ist.

Servo verwendet CT, um die Antennenposition Null zu erkennen

Wenn der Rotor des Steuertransformators eine Null bei 90° . erkennt zur Achse des Statorfeldes gibt es keine Rotorleistung. Jede Rotorverschiebung erzeugt eine AC-Fehlerspannung, die proportional zur Verschiebung ist.

Ein Servo versucht, den Fehler zwischen einer befohlenen und einer gemessenen Variablen aufgrund einer negativen Rückkopplung zu minimieren. Der Steuertransformator vergleicht den Wellenwinkel mit dem Statormagnetfeldwinkel, der vom TX-Stator gesendet wird.

Wenn ein Minimum oder Null gemessen wird, hat das Servo die Antenne und den Rotor des Steuertransformators in die befohlene Position gefahren. Es gibt keinen Fehler zwischen gemessener und befohlener Position, kein zu verstärkender CT-Ausgang.

Der Servomotor , ein 2-Phasen-Motor, stoppt zu drehen. Jeder von der CT erkannte Fehler treibt jedoch den Verstärker an, der den Motor antreibt, bis der Fehler minimiert ist. Dies entspricht dem Servosystem, das den antennengekoppelten CT angesteuert hat, um dem vom TX befohlenen Winkel zu entsprechen.

Der Servomotor kann einen Untersetzungsgetriebezug antreiben und im Vergleich zu den TX- und CT-Synchros groß sein. Der geringe Wirkungsgrad von AC-Servomotoren beschränkt sie jedoch auf kleinere Lasten. Sie sind auch schwer zu kontrollieren, da es sich um Geräte mit konstanter Geschwindigkeit handelt.

Sie können jedoch bis zu einem gewissen Grad gesteuert werden, indem die Spannung an einer Phase mit der Netzspannung an der anderen Phase variiert wird. Schwere Lasten werden durch große DC-Servomotoren effizienter angetrieben.

Flugzeuganwendungen verwenden 400-Hz-Komponenten – TX, CT und Servomotor. Größe und Gewicht der magnetischen Wechselstromkomponenten sind umgekehrt proportional zur Frequenz. Daher spart die Verwendung von 400-Hz-Komponenten für Flugzeuganwendungen, wie z. B. bewegliche Steuerflächen, Größe und Gewicht.

Resolver

Ein Resolver (Abbildung unten) hat zwei Statorwicklungen bei 90° zueinander und eine einzelne Rotorwicklung, die durch Wechselstrom angetrieben wird. Ein Resolver wird für die Polar-zu-Rechteck-Umwandlung verwendet. Ein Winkeleingang an der Rotorwelle erzeugt rechtwinklige Koordinaten sinθ und cosθ proportionale Spannungen an den Statorwicklungen.

Resolver wandelt Wellenwinkel in Sinus und Cosinus des Winkels um

Beispielsweise kodiert eine Blackbox innerhalb eines Radars die Entfernung zu einem Ziel als eine sinuswellenproportionale Spannung V mit dem Lagerwinkel als Wellenwinkel. Konvertieren in X- und Y-Koordinaten. Die Sinuswelle wird dem Rotor eines Resolvers zugeführt. Die Lagerwinkelwelle ist mit der Resolverwelle gekoppelt. Die Koordinaten (X, Y) sind auf den Resolver-Statorspulen verfügbar:

X=V(cos(∠Lager)) Y=V(sin(∠Lager))

Die kartesischen Koordinaten (X, Y) können auf einer Kartenanzeige aufgetragen werden. Ein TX (Drehmomentgeber) kann für den Dienst als Resolver angepasst werden.

Scott-T wandelt 3-φ in 2-φ um, sodass TX die Resolverfunktion ausführen kann

Es ist möglich, resolverähnliche Quadratur-Winkelkomponenten von einem Synchro-Sender abzuleiten, indem ein Scott-T . verwendet wird Transformator. Die drei TX-Ausgänge, 3-phasig, werden von einem Scott-T . verarbeitet Transformator in ein Paar von Quadraturkomponenten. Es gibt auch eine lineare Version des Resolvers, die als Inductosyn bekannt ist. Die rotierende Version des inductosyn hat eine feinere Auflösung als ein Resolver.

Zusammenfassung:Selsyn-(Synchro-)Motoren

• Eine Synchronisation , auch bekannt als selsyn , ist ein Drehtransformator zur Übertragung des Wellendrehmoments.
• Ein TX, Drehmomentgeber , nimmt einen Drehmomenteingang an seiner Welle zur Übertragung auf dreiphasige elektrische Ausgänge auf.
• Ein RX, Drehmomentempfänger , nimmt eine dreiphasige elektrische Darstellung eines Winkeleingangs zur Umwandlung in einen Drehmomentausgang an seiner Welle an. Somit überträgt TX ein Drehmoment von einer Eingangswelle auf eine entfernte RX-Ausgangswelle.
• Ein TDX, Drehmoment-Differenzialgeber , summiert eine elektrische Winkeleingabe mit einer Wellenwinkeleingabe und erzeugt eine elektrische Winkelausgabe
• Ein TDR, Drehmomentdifferentialempfänger, summiert zwei elektrische Winkeleingaben und erzeugt eine Wellenwinkelausgabe
• Ein Stromwandler, Steuertransformator , erkennt eine Null, wenn der Rotor im rechten Winkel zum Statorwinkeleingang positioniert ist. Ein CT ist normalerweise eine Komponente eines Servo-Feedback-Systems.
• Ein Resolver gibt eine Quadratur-sin(θ)- und cos(θ)-Darstellung des Wellenwinkeleingangs anstelle eines dreiphasigen Ausgangs aus.
• Der dreiphasige Ausgang eines TX wird durch einen Scott-T-Transformator in einen Resolver-Ausgang umgewandelt .