Сельсины. 
Автоматизация управления технологическими процессами бурения нефтегазовых скважин

Сельсины относятся к индукционным электрическим машинам систем синхронного поворота — передачи угла на расстояние (десятки, сотни метров). Они могут рассматриваться как вторичное звено датчика.

По конструкции сельсины делятся на контактные и бесконтактные.

Основной недостаток контактных сельсинов — наличие скользящего контакта между щетками и кольцами на роторе. Несвоевременная чистка контактов может привести к полной потере контакта. Из-за возможного искрения контактов контактные сельсины нежелательно применять во взрывоопасных условиях.

Основными частями сельсина являются статор, ротор и обмотки.

В бесконтактном сельсине на статоре размещены обмотка возбуждения и три сдвинутые на 120° фазные обмотки синхронизации. Ротор не имеет обмоток и является подвижным магнитопроводом. Обмотка возбуждения расположена на статоре таким образом, что ее ось совпадает с осью ротора и перпендикулярна к осям обмоток синхронизации.

В контактных сельсинах однофазная обмотка возбуждения может находиться на статоре или на роторе, тогда трехфазная обмотка синхронизации будет находиться соответственно на роторе или на статоре.

В системах автоматики используются две системы синхронной «передачи угла»: индикаторная (рис. 2.36) и трансформаторная (рис. 2.37). В простейших схемах используется одна пара сельсинов: сельсин-датчик СД и сельсин-приемник СП.

Сельсинная пара применяется для целей дистанционного управления, регулирования или контроля. Сельсинные пары широко используются в буровой контрольно-измерительной аппаратуре (БКИА) и автоматических регуляторах при бурении скважин на нефть и газ.

Использование сельсинной пары в индикаторном режиме работы производится при незначительном моменте на валу сельсина СП, что имеет место в БКИА; измеряемый параметр (например, давление бурового раствора) преобразуется в угол поворота в_а ротора сельсинадатчика СД (рис. 2.36) и отрабатывается в угол в_п сельсиномприемником СП. С ротором СП связана стрелка отсчетного устройства ОУ. В индикаторной системе сельсин-приемник самостоятельно отрабатывает угол, задаваемый сельсином-датчиком, и ротор СП останавливается при АО = в_л — в_п = 0.

Простейшая трансформаторная схема синхронной связи также состоит из двух сельсинов — датчика СД и приемника СП (рис. 2.37), фазочувствитслыюго усилителя У, реверсивного двигателя РД, редуктора Ред, механически связанного с осью ротора СП (обратная механическая связь).

Ток в обмотке возбуждения ОВД сельсина-датчика создает пульсирующее магнитное поле, которое в фазах обмотки синхронизации наводит ЭДС: Еад, Е_Вд, Есд, величина которых зависит от положения фаз обмотки синхронизации относительно обмотки возбуждения.

Под действием этих ЭДС в одноименных фазах обмоток синхронизации датчика и приемника возникают токи /_А, /в, /с. Эти токи создают пульсирующие магнитные потоки Ф_Ац, Фвп, Фсп, результирующая которых равна Ф". Поток Ф" наводит в обмотке ОВП ЭДС выходное напряжение приемника ?/_вых.

Согласованным положением сельсинов в трансформаторной схеме синхронной связи называется такое положение роторов, при котором = 0.

Сельсин-приемник самостоятельно нс отрабатывает задаваемый датчиком угол а_д, а вырабатывает ЭДС обмотки ОВП, изменяющуюся по закону синуса от угла рассогласования в. При выведении ротора сельсина-датчика из согласованного положения (поворот ротора на угол а_л = 0) на обмотке ОВП появляется напряжение С/_ВЬ|Х, которое усиливается (фазочувствительный усилитель У) и подается на обмотку управления реверсивного двигателя РД, вал которого через редуктор Ред механически жестко связан с ротором приемника. При вращении вала двигателя и ротора приемника вращается магнитный поток Ф_п, изменяется потокосцеплснис с обмоткой ОВП и выходное напряжение ?/_вых. Роторы двигателя и приемника будут вращаться до тех пор, пока не будет отработан заданный датчиком угол а_л. Сельсины придут в согласованное положение, выходное напряжения ?/_вых станет равным нулю, обмотка управления двигателя РД обесточится, двигатель остановится, и вся система придет в равновесие.

Реверсивный двигатель, поворачивая ротор приемника, как исполнительный двигатель, совершает работу, преодолевая момент сопротивления М_с:, например в измеритслыю-рсгистрирующсй аппаратуре перемещает перописец.

Если в следящей системе измерителем рассогласования является трансформаторная сельсинная передача, а в качестве усилителя мощности используется элсктромашинный усилитель, управляемый постоянным током, то в состав усилительного устройства входит фазочувствительный выпрямитель, преобразующий переменное напряжение сельсина-трансформатора в постоянное, полярность которого изменяется при переворачивании фазы выпрямляемого напряжения.

Рис. 2.36. Индикаторная схема синхронной связи

Рис. 2.37. Трансформаторная схема синхронной связи

На рис. 2.38 представлен другой вариант изображения ссльсинной пары в электрических схемах.

Рис. 2.38. Обозначение сельсинной пары в электрических схемах:

С — клеммы подключения обмотки возбуждения: Р — клеммы подключения обмоток синхронизации

Сельсины могут работать в режиме поворота (рассмотрено выше) и в режиме вращения: ротор приемника вращается с той же скоростью, что и ротор датчика, а возникающий между ними в процессе вращения угол рассогласования характеризует динамическую точность системы, в отличие от статической ошибки системы при работе сельсинов в режиме поворота.