Вопрос № 1. Принцип действия и характеристики угольного регулятора напряжения

Содержание группового занятия

 

Введение

 

На предыдущем занятии мы рассмотрели требования предъявляемые к сети по качеству напряжения согласно ГОСТа. На сегодняшнем занятии мы будем изучать как обеспечивается регулирование напряжения в сети с помощью угольных регуляторов напряжения.

 

Вопрос № 1. Принцип действия и характеристики угольного регулятора напряжения

 

Угольный регуляторы, применяемые на ЛА для стабилизации напряжения генераторов постоянного и переменного тока, отличаются друг от друга лишь мощностью рассеивания тепла в угольных столбиках, некоторыми схемами и конструктивными элементами.

Конструкция угольного регулятора, используемого для стабилизации напряжения синхронного генератора представлена на рисунке 1.

 

 

Рис 1. Угольный регулятор напряжения.

 

Для лучшего отвода тепла от угольного столбика 7 последний заключен в изолированную специальным лаком дюралюминиевую трубку 5. Тепло от трубки 5 рассеивается с помощью ребристого корпуса - радиатора 6. В корпусе 1 располагаются обмотки 2 и сердечник 3 электромагнита. Корпус электромагнита и радиатор скрепляются друг с другом болтами 8. Якорь 4 электромагнита с пружиной воздействует на угольный столбик, который с противоположной стороны упирается в контактный винт 9. Этим винтом регулируется начальное натяжение пружины регулятора на заводе изготовителе и в ремонтных мастерских. Для уменьшения влияния вибраций на работу регулятора последний устанавливается на специальных амортизаторах 10.

В процессе эксплуатации заданный уровень стабилизируемого напряжения устанавливается с помощью регулировочного сопротивления rр, которое монтируется или на самом регуляторе, или на щитке управления источниками тока. Настройка регулятора изменением натяжения пружины регулятора с помощью винта 9 или изменением величины воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита недопустима. В этом случае будет нарушено согласование характеристик электромагнита и пружины, качества регулирования напряжения ухудшится и регулятор быстро выйдет из строя.

Обслуживание регулятора заключается в систематической проверке качества крепления, амортизации, контактных соединений. Особое внимание при этом следует обращаться на целостность проводов, которыми в схему регулятора включаются регулировочное сопротивление и стабилизирующий трансформатор, а также на надежность подключения минусовой клеммы цепи обмотки электромагнита к корпусу ЛА. Нарушение целостности этой электрической цепи приводит к резкому повышению напряжения генератора, что вызывает выход из строя элементов, радиооборудования, электронной автоматики и других потребителей электроэнергии. Если в схеме управления генератором установлен автомат защиты от перенапряжения, то последний выключает генератор.

В угольных регуляторах в качестве изменяемого сопротивления включаемого в цепь обмотки возбуждения генератора, используется угольный столбик, набранный из 40 – 60 угольных шайб диаметром 5 – 20 мм и толщиной 0,5 – 1мм. Электрическое сопротивление угольного столбика определяется в основном переходным сопротивлением между шайбами, которое зависит от площади соприкосновения шайб между собой и от числа шайб в столбике. При увеличении давления на столбик площадь соприкосновении поверхностей шайб в результате их деформации увеличивается, а сопротивление столбика уменьшается. Таким образом, изменяя давление на столбик в пределах его упругих деформаций, можно плавно изменить его эклектическое сопротивление.

Процесс стабилизации напряжения генератора с помощью угольного регулятора, схема которого показана на рисунке 2, осуществляется следующим образом.

Если напряжение U генератора увеличивается, то возрастают ток в обмотке w_э и сила электромагнита. Якорь Я перемещается ближе к сердечнику С электромагнита, ослабляя давление пружины Пр наугольный столбик. Сопротивление R _у.с. столбика возрастает, ток в обмотке w_в возбуждения уменьшается и напряжение генератора восстанавливается.

При уменьшении напряжения генератора процесс регулирования происходит в обратном порядке.

 

Рис. 2. Схематическое изображение подключения и регулирования напряжения сети угольным регулятором

 

Для настройки регулятора на заданное напряжение последовательно с обмоткой w_э электромагнита включено переменное сопротивление r_р.

С помощью угольного регуляторов обеспечивается стабилизация напряжения авиационных генераторов с точностью ± (3 – 10)%.

 

Вывод: Угольные регуляторы напряжения являются электромеханическими агрегатами изменяющими сопротивление в цепи возбуждения генераторов электроэнергии. Сопротивление угольных регуляторов находится в прямой зависимости от напряжения выдаваемого генератором в сеть.

 

Вопрос № 2. Методы повышения точности и устойчивости работы «Генератор – угольный регулятор»

 

Генератор и регулятор напряжения в совокупности представляют систему регулирования, которая в общем случае описывается дифференциальным уравнением довольно высокого порядка. С возрастанием скорости вращения генератора и уменьшения его нагрузки увеличиваются коэффициенты усиления генератора, угольного столбика и электромагнита регулятора. Известно, что с увеличением значений коэффициентов усиления отдельных звеньев качество переходных процессов системы регулирования ухудшается. При некоторых условиях система регулирования напряжения генератора, собранная по схеме, рассмотренной выше, может оказаться неустойчивой.

Для получения устойчивого процесса регулирования применяются специальные стабилизирующие средства:

- жесткая отрицательная обратная связь в виде стабилизирующего сопротивления;

- гибкая отрицательная обратная связь в виде стабилизирующего трансформатора.

Стабилизирующее сопротивление r_С.Т. включается между обмоткой электромагнита w_э регулятора и обмоткой возбуждения w_В генератора. Рассмотрим, как воздействует это сопротивление на процесс стабилизации напряжения по схеме изображённой на рисунке 3.

Поскольку величины сопротивления r_τ и обмотка w_э электромагнита в процессе работы постоянны, то потенциал точки Б остаётся также примерно постоянным. Потенциал точки А изменяется в широких пределах ввиду изменения сопротивления R_у.с. угольного столбика.

Допустим, что происходит резкое увеличение напряжения генератора. Тогда якорь под действием возросшей силы электромагнита начинает перемещаться к сердечнику, сопротивление угольного столбика возрастает, потенциал точки А уменьшается. Следовательно, увеличивается ток i через стабилизирующее сопротивление. Этот ток создаёт дополнительное падение напряжения на сопротивлении r_τ вследствие чего напряжение на обмотке и сила электромагнита уменьшаются. Поэтому якорь приобретает меньшую кинетическую энергию и через равновесное положение (когда сила электромагнита равна силе пружины) проходит с меньшей скоростью и отклоняется на меньшую величину. При этом хотя напряжение генератора и станет меньше заданного U_o, но отклонение его Δu_r будет меньше, чем отклонение напряжение Δu_o без стабилизирующего сопротивления.

 

 

Рис. 3. Схематическое изображение подключения элементов регулировании напряжения

Поскольку величина напряжения генератора стала меньше заданной и сила сжатой пружины стала больше силы электромагнита, якорь начинает двигаться в обратную сторону, но с меньшей скоростью, чем в отсутствие стабилизирующего сопротивления. В результате колебания напряжения быстро затухают.

Рис. 4. Зависимость напряжения от времени при исправлении отклонения по напряжению

 

Кривые зависимости напряжения генератора от времени (Рис. 4.) характеризуют переходные процессы при включённом и выключенном стабилизирующем сопротивлении после ступенчатого уменьшения нагрузки в момент времени t₁.

Наличие жёсткой отрицательно обратной связи приводит к появлению погрешности регулирования Δu_с.т. внешняя характеристика генератора с регулятором получается более крутой, чем без стабилизирующего сопротивления.

При малой скорости вращения генератора ввиду уменьшения коэффициентов усиления система регулирования устойчива и без стабилизирующего сопротивления. Чтобы при этом оно не вносило ошибки регулирования, в некоторых регуляторах напряжения (РУГ – 82) его отключают с помощью вентиля В. Когда скорость вращения генератора мала, то потенциал точки А выше потенциала точки Б и вентиль В не пропускает ток через стабилизирующее сопротивление.

Величину стабилизирующего сопротивления выбирают достаточно большой, чтобы уменьшить вносимую им погрешность регулирования. Однако при этом переходный процесс получения колебательным. Поэтому кроме стабилизирующего сопротивления в схему регулирования включается специальный стабилизирующий трансформатор.

 

Вывод: Угольным регуляторам присущи недостатки электромеханики, которые необходимо минимизировать с помощью различных элементов, которые в необходимых режимах загрубляют чувствительность угольных регуляторов тем самым уменьшая колебательный процесс восстановления заданного напряжения.