www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Аналоговые датчики углового положения

Рисунок 1. Сельсин, похожий на очень маленький трехфазный электрический двигатель (диаметр 1½")

Рисунок 1. Сельсин, похожий на очень маленький трехфазный электрический двигатель (диаметр 1½")

Аналоговые датчики углового положения

В устаревших и некоторых современных радиолокаторах для передачи информации об угловом положении антенны без механической связи применяются электрические машины типа «сельсин» и типа «вращающийся трансформатор» («резольвер»).

Сельсин

Сельсин представляет собой электрическую машину, принцип действия которой основан на индукционной связи. По внешнему виду сельсин напоминает маленький электрический двигатель и работает как переменный трансформатор. Подобно электрическому двигателю, сельсин имеет ротор (как правило, с одной обмоткой) и статор (чаще всего – с тремя обмотками). В трехфазном статоре обмотки соединяются по схеме «звезда» или по схеме «треугольник» со сдвигом фаз между обмотками 120°. В системах синхронной передачи сельсины используются в паре: один из них называется сельсин-датчиком, другой – сельсин-приемником. Одноименные обмотки соединены друг с другом. На роторные обмотки подается одинаковое опорное напряжение переменного тока. В большинстве случаев частота опорного напряжения равна 400 Гц или 50 Гц, а напряжение – 110 В.

Рисунок 2. Принцип передачи крутящего момента без механической связи между задающей и принимающей сторонами (в данном случае – с вращающегося вала на стрелку)

Сельсин приемник
Сельсин датчик

Рисунок 2. Принцип передачи крутящего момента без механической связи между задающей и принимающей сторонами (в данном случае – с вращающегося вала на стрелку)

При вращении ротора сельсин-датчика, обмотка которого запитана переменным опорным напряжением, в статорных обмотках наводится электродвижущая сила. Вследствие этого, в статорных обмотках обоих сельсинов протекает переменный ток. Создаваемое этим током в статорных обмотках сельсин-приемника магнитное поле взаимодействует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим в его роторной обмотке. В результате происходит вращение ротора сельсин-приемника до тех пор пока угловые положения роторов обоих сельсинов не станут одинаковыми.

Описанная схема применяется в случаях, когда требуемый крутящий момент на принимающей стороне невелик. Например, когда необходимо обеспечить синхронное вращение антенны радиолокатора и стрелки индикатора. Если же требуемый крутящий момент на принимающей стороне значителен, то в схему добавляются сервоусилитель и серводвигатель. В сервоусилителе происходит усиление напряжения сигнала ошибки (сигнала рассогласования), которое затем подается на исполнительный двигатель. Двигатель поворачивает вал нагрузки и, через механическую обратную связь, вал ротора сельсин-приемника. Таким образом, когда роторы обоих сельсинов примут одинаковое положение сигнал рассогласования станет равным нулю и вращение нагрузки прекратится. Такая схема используется, например, когда необходимо обеспечить синхронное вращение антенн двух или более радиолокаторов. Такими радиолокаторами могут быть, в частности, обзорный радиолокатор и сопряженный с ним наземный радиолокационный запросчик. Кроме этого, эта же схема используется для обеспечения синхронного вращения пусковых установок зенитных ракет, зенитных артиллерийских орудий и других систем.

сигнал ошибки

Рисунок 3. Типовая схема синхронного следящего привода на сельсинах

сигнал ошибки

Рисунок 3. Типовая схема синхронного следящего привода на сельсинах

В случаях, когда передаваемая величина изменяется в небольших пределах, ограничиваются одноканальной синхронно-следящей схемой. Если же такая величина изменяется в значительных пределах и, к тому же, важна точность передачи, то применяют двухканальную схему синхронной передачи. Такая схема имеет в своем составе по два сельсина на передающей и на приемной строне. Один из таких сельсинов называют сельсином грубого отсчета, а второй – сельсином точного отсчета. Цена оборота ротора сельсина грубого отсчета больше цены оборота ротора сельсина точного отсчета, что обеспечивается механическим редуктором. Например, при соотношении между каналами грубого и точного отсчетов 1:36 за один оборот ротора сельсина грубого отсчета ротор сельсина точного отсчета совершает 36 оборотов. То есть если ротор сельсина грубого отсчета повернется на 10°, то ротор сельсина точного отсчета совершит полный оборот на 360°.

URef
η·URef ·sin ϑ
η·URef ·cos ϑ

Рисунок 4. Вращающийся трансформатор

Sinus/Cosinus DMG: der Resolver ähnelt auch einem Dreiphasenmotor, hat aber nur noch zwei Feldwicklungen, die 90° gegeneinander versetzt sind.
URef
η·URef ·sin ϑ
η·URef ·cos ϑ

Рисунок 4. Вращающийся трансформатор

Резольвер

В некоторых применениях используются электрические машины другого типа – вращающиеся трансформаторы или резольверы. Внешне они сходны с сельсинамы и тоже имеют в своем составе роторную и статорные обмотки. На роторную обмотку так же подается опорное напряжение. Отличие заключается в том, что с его статорных обмоток снимается напряжение пропорциональное тригонометрическим функциям (синусу и косинусу) угла поворота ротора. Такие приборы могут использоваться для обеспечения вращения радиально-круговой развертки на экране индикатора кругового обзора синхронно с антенной радиолокатора. Кроме этого, вращающиеся трансформаторы используются в аналоговых вычислительных устройствах, называемых еще счетно-решающими приборами, имевших широкое распространение до появления цифровой вычислительной техники.