Реферат. Регуляторы напряжения. Регуляторы напряжения
 Скачать 49.29 Kb.
|
|
Регуляторы напряжения Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы - при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузок, автоматически включать в бортовую сеть силовую цепь генераторной установки или обмотку возбуждения. По своей конструкции регуляторы делятся на: - бесконтактные транзисторные; - контактно-транзисторные; - вибрационные (реле-регуляторы). Разновидностью бесконтактных транзисторных регуляторов являются интегральные регуляторы, выполняемые по специальной гибридной технологии, или монолитные - на монокристалле кремния. Несмотря на столь разнообразное конструктивное исполнение, все регуляторы работают по единому принципу. Напряжение генератора зависит от трех факторов — частоты вращения его ротора, силы тока нагрузки и величины магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, который зависит от силы тока в этой обмотке. Любой регулятор напряжения содержит: чувствительный элемент, воспринимающий напряжение генератора (обычно это делитель напряжения на входе регулятора), элемент сравнения, в котором напряжение генератора сравнивается с эталонной величиной, регулирующий орган, изменяющий силу тока в обмотке возбуждения, если напряжение генератора отличается от эталонной величины. В реальных регуляторах эталонной величиной может быть не обязательно электрическое напряжение, но и любая физическая величина, достаточно стабильно сохраняющая свое значение, например, сила натяжения пружины в вибрационных и контактно-транзисторных регуляторах. В транзисторных регуляторах эталонной величиной является напряжение стабилизации стабилитрона, к которому напряжение генератора подводится через делитель напряжения. Управление током в обмотке возбуждения осуществляется электронным или электромагнитным реле. Частота вращения ротора и нагрузка генератора изменяются в соответствии с режимом работы автомобиля, а регулятор напряжения любого типа компенсирует влияние этого изменения на напряжение генератора воздействием на ток в обмотке возбуждения. При этом вибрационный или контактно-транзисторный регулятор включает в цепь и выключает из цепи обмотки возбуждения последовательно резистор (в двухступенчатых вибрационных регуляторах при работе на второй ступени «закорачивает» эту обмотку на массу), а бесконтактный транзисторный регулятор напряжения периодически подключает и отключает обмотку возбуждения от цепи питания. В обоих вариантах изменение тока возбуждения достигается за счет перераспределения времени нахождения переключающего элемента регулятора во включенном и выключенном состояниях. Если сила тока возбуждения должна быть, например, для стабилизации напряжения, увеличена, то в вибрационном и контактно-транзисторном регуляторах время включения резистора уменьшается по сравнению со временем его отключения, а в транзисторном регуляторе время включения обмотки возбуждения в цепь питания увеличивается по отношению к времени ее отключения. На рис. 1 показано влияние работы регулятора на силу тока в обмотке возбуждения для двух частот вращения ротора генератора n1 и n2, причем частота вращения n2 больше, чем n1. При большей частоте вращения относительное время включения обмотки возбуждения в цепь питания транзисторным регулятором напряжения уменьшается, среднее значение силы тока возбуждения уменьшается, чем и достигается стабилизация напряжения.  Рис. 1. Изменение тока в обмотке возбуждения при различной частоте вращения ротора n (n2>n1) t вкл и t выкл – время нахождения реле соответственно во включенном и выключенном состояниях. С ростом нагрузки напряжение уменьшается, относительное время включения обмотки увеличивается, среднее значение силы тока возрастает таким образом, что напряжение генераторной установки остается практически неизменным. На рис. 2 представлены типичные регулировочные характеристики генераторной установки, показывающие, как изменяется сила тока в обмотке возбуждения при неизменном напряжении и изменении частоты вращения или силы тока нагрузки. Нижний предел частоты переключения регулятора составляет 25—30 Гц.  Рис. 2. Зависимость напряжения генератора и силы тока в обмотке возбуждения от частоты вращения (а) и силы тока в нагрузке (в) Выпрямительное устройство и измерительный орган по своим динамическим характеристикам можно отнести к пропорциональным звеньям. Тогда в малых отклонениях их можно представить следующим уравнением: uио = kи u =10 u (3.1) где uио — приращение напряжения на выходе измерительного органа; kи — коэффициент усиления измерительного органа и блока питания; u =(Uср — приращение среднего линейного напряжения синхронного генератора. Магнитные усилители по своим характеристикам соответствуют апериодическому звену. Так как на вход магнитного усилителя первого каскада усиления УМ1 кроме напряжения рассогласования (Uср контролируемого измерительным органом, подводится напряжение от вторичной обмотки стабилизирующего трансформатора Т1, а в случае параллельной работы генераторов — и от измерителя рассогласования их реактивной мощности, то уравнение усилителя УМ1 для малых отклонений имеет вид (3.2) где Тум1 — постоянная времени магнитного усилителя УМ1; kу1 , kуос , kуур — коэффициенты усиления первого каскада усиления соответственно по сигналам от измерительного органа иио обратной .связи иос и измерителя реактивной мощности иур. Знак минус, стоящий перед правой частью уравнения (3.2), показывает, что с увеличением сигналов иос, иос и иур величина выходного напряжения ивых1 усилителя УМ1 уменьшается. Магнитный усилитель УМ2 второго каскада усиления представляют уравнением (3.3), где Тум2 — постоянная времени магнитного усилителя УМ2; kу2 — коэффициент усиления второго каскада усиления. Рабочие обмотки магнитного усилителя УМ2 через выпрямительный мост В1 включены в цепь питания обмотки возбуждения возбудителя бесконтактного генератора. Опыт моделирования процессов в системах электроснабжения с регуляторами напряжения на магнитных усилителях показывает, что с достаточной степенью точности два последовательно включенных магнитных усилителя можно заменить одним — эквивалентным апериодическим звеном, передаточная функция которого равна: где, - коэффициент усиления эквивалентного усилителя; - постоянная времени эквивалентного усилителя. Выпрямительное устройство ВУ состоит из понижающего трансформатора и трехфазного двухполупериодного выпрямителя. Выходное напряжение ВУ пропорционально среднему значению линейных напряжений генератора. Измерительный орган ИО регулятора реагирует на отклонение среднего значения линейных напряжений от заданного. Он выполнен по мостовой схеме, в двух плечах которого включены стабилитроны. V1 и V2, а в двух других, — резисторы R2 и R3. Для ручной настройки уровня напряжения генератора в цепь питания измерительного органа включен выносной резистор R1. Рабочим участком этой характеристики U вых = ( ( U вх ) является ее участок 1...2. На выходе измерительного органа включена обмотка управления (у 1 однофазного магнитного усилителя УМ1, рабочая обмотка (р 1 которого включена в цепь питания обмотки управления (у 2 трехфазного магнитного усилителя УМ2. Нагрузкой трехфазного усилителя УМ2 является обмотка возбуждения (вв возбудителя генератора, подключенная к усилителю через выпрямитель В1. Магнитные усилители УМ1 и УМ2 выполнены для повышения их коэффициента усиления с положительной обратной связью. Питание цепей управления рассматриваемой системы регулирования осуществляется от подвозбудителя генератора, частота тока которого для улучшения массогабаритных характеристик аппаратов управления в отличие от стандартной частоты принята равной 800 Гц. Однофазный магнитный усилитель УМ1 кроме обмотки управления (у 1 имеет уравнительную (ур стабилизирующую (с обмотки. Трехфазный магнитный усилитель УМ2 кроме обмотки управления (у 2 имеет еще обмотку смещения (см подключенную к зажимам выпрямителя В2, через регулируемый резистор R4. При отклонении напряжения генератора от заданного значения, например его увеличении, возрастает сигнал рассогласования выходе измерительного органа ИО. Это приводят к увеличению тока в обмотке управления (у 1 магнитного усилителя УМ1. Согласно рабочей характеристике усилителя УМ1, увеличение МДС Fу1 создаваемой обмоткой управления (у 1 , вызывает уменьшение тока Iу2 протекающего по его рабочим обмоткам. В усилителе УМ2 МДС Fу2 создаваемая обмоткой управления (у 2, намагничивает его сердечники, а МДС Fсм создаваемая обмоткой смещения, размагничивает их. Поэтому при уменьшении МДС Fу2 , так как напряжение на зажимах подвозбудителя практически остается постоянным и Fсм = const , уменьшается величина тока возбуждения возбудителя Iвв, что в конечном счете приведет к снижению напряжения генератора до своего заданного значения. Использование двух магнитных усилителей вместо одного позволяет получить высокий коэффициент усиления, который равен произведению коэффициентов усиления последовательно включенных усилителей при незначительном увеличении постоянной времени регулятора, равной сумме постоянных времени этих усилителей. Напряжение генератора в статических режимах при работе с такими регуляторами напряжения поддерживается в пределах U = U ном 2% . Для улучшения динамических характеристик регулятора усилитель УМ1 охвачен гибкой отрицательной обратной связью по току возбуждения возбудителя. С этой целью используется трансформатор тока Т1, первичная обмотка которого включена последовательно с обмоткой возбуждения (вв возбудителя, а на зажимы вторичной его обмотки включена стабилизирующая обмотка (с магнитного усилителя УМ 1. МДС, создаваемая стабилизирующей обмоткой (с, при повышении величины тока возбуждения возбудителя Iвв размагничивает, а при его снижении намагничивает сердечники магнитного усилителя. Так как по обмотке (с ток протекает только во время переходных процессов, то ее действие не оказывает влияние на статическую ошибку системы регулирования напряжения. Для подавления высокочастотных колебаний, возникающих при переходных процессах, магнитный усилитель УМ2 снабжен короткозамкнутой демпферной обмоткой. Для обеспечения равномерного распределения реактивной составляющей тока нагрузки между параллельно работающими генераторами в магнитном усилителе УМ1 предусмотрена уравнительная обмотка ур , сигнал на которую подается от блока измерения реактивной мощности. Конструкция блока регулирования напряжения: - стабилизация напряжения генератора в заданных пределах независимо от фактических оборотов ротора генератора и тока нагрузки (мощности включенных потребителей); - при параллельной работе генераторов БРН обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки; В состав блока входят: - блок измерения напряжения (БИН-3-20Д), который, в свою очередь состоит из трёхфазного понижающего трансформатора, мостового выпрямителя и нелинейного измерительного моста, в два плеча которого включены стабилитроны VD1 иVD2. В два других плеча включены резисторы R1 и R2. Выходная диагональ моста (точки «а» и «б») подключена к обмотке управления магнитного усилителя УМ-2. - двухкаскадный магнитный усилитель УМ-2, УМ-1; - резистор R1 ручной регулировки напряжения. При работе генератора его напряжение подаётся в БИН на входной трансформатор, выпрямляется и поступает на измерительную диагональ моста. Благодаря стабилитронам, включенным в плечи моста, измеряется отклонение напряжения от номинального значения. В измерительной диагонали появляется напряжение, пропорциональное величине отклонения. Это напряжение подаётся на обмотку управления первого каскада УМ-2, усиливается и подаётся на обмотку управления УМ-1. Таким образомнапряжение, пропорциональное величине отклонения двухкаскадного магнитного усилителя, усиливается и затем алгебраически складывается с напряжением, поступающим со статорной обмотки подвозбудителя. Результирующее напряжение (с поправкой на отклонение напряжения генератора от нормы) поступает на статорную обмотку возбудителя. Напряжение генератора восстанавливается. Принцип работы регулятора напряжения Регулятор напряжения поддерживает напряжение бортовой сети в заданных пределах во всех режимах работы - при изменении частоты вращения ротора генератора, электрической нагрузки, температуры окружающей среды. Кроме того, он может выполнять дополнительные функции — защищать элементы генераторной установки от аварийных режимов и перегрузок, автоматически включать в бортовую сеть силовую цепь генераторной установки или обмотку возбуждения. Список литературы 1. Магнитный усилитель. [Электронный ресурс] 2. Розенблат, М.А. Магнитные усилители и модуляторы: Библиотека по автоматике, выпуск 74.- М.: “Госэнергоиздат”, 1955. - 112 с. 3. Калужников Н.А.Расчет магнитных усилителей. Антикварное издание. - М.: 1960 4. Розенблат, М.А. Магнитные усилители: Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники.- М.: “Госэнергоиздат”, 1966.- 136 с. 5. Соболевский, А.Г. Магнитный усилитель - что это такое?: Массовая радио библиотека. Выпуск 482.- М.: “Госэнергоиздат”, 1963.- 37 с. |