Системы автоматического регулирования напряжения

По его отклонению

Сущность работы систем автоматического регулирования напряжения заключается в сравнении регулируемого напряжения с заданным значением. Если регулируемое напряжение будет выше заданного, система снижает значение, а если ниже, то повышает значение регулируемого напряжения.

Как правило, регулируемое напряжение сравнивается с заданным не непосредственно, а после преобразования, которое может быть обеспечено различными методами.

В электромеханических САРН аналогом регулируемого напряжения является вращающий момент, получаемый под воздействием силы притяжения электромагнита, питающегося от сети с регулируемым напряжением. В САРН переменного тока регулируемое напряжение прежде всего выпрямляется с уменьшением своего значения и т.д.

Примером САРН с электромеханическим регулятором может служить система, основанная на использовании угольного регулятора напряжения типа РУН (рис. 2). Воспринимающее устройств регулятора – катушка электромагнита – подключено на выводы генератора G1. В случае генераторов переменного

Рис. 2. САРН с электромеханическим аналоговым регулятором

тока катушка электромагнита подключена через выпрямитель UZ1, а у генераторов постоянного тока – непосредственно. В цепь катушки электромагнита, кроме того, включается реостат R1, используемый для изменения значения напряжения, которое поддерживается САРН.

Сила притяжения электромагнита создает вращающий момент, противодействующий момент создается упругими силами пружин и резистором R из угольных шайб.

Таким образом, в этом регуляторе сравнивается вращающий момент (хотя в общем случае и нелинейно-связанный со значением регулируемого напряжения) с противодействующим моментом, который является эталоном.

При повышении напряжения генератора увеличивается вращающий момент в регуляторе. Якорь регулятора под действием разности вращающего и противодействующего моментов начнет поворачиваться, ослабляя сжатие угольных шайб.

Сопротивление резистора из угольных шайб при этом увеличится, ток возбуждения возбудителя G2 генератора G1 снизится и уменьшится напряжение генератора. При повышении напряжения генератора процессы будут обратными.

После окончания переходных процессов напряжение генератора примет первоначальное значение при других положениях якоря регулятора и значении сопротивления угольного столба.

Система САРН с регулятором этого типа является астатической непрерывного действия. Она используется на судах прежних лет постройки с генераторами постоянного тока и синхронными генераторами, имеющими электромашинную систему возбуждения.

Другим примером САРН с электромеханическим принципом регулирования может служить система, использующая вибрационный регулятор (рис. 3), который состоит из реле К с переключающим контактом К:1 и двух резисторов: R1 – регулировочного и R2 – в цепи возбуждения генератора G.

Рис. 3. САРН с вибрационным регулятором

В этом регуляторе также происходит сравнение двух моментов: вращающего от силы притяжения электромагнита и противодействующего, создаваемого упругими силами пружины. При отсутствии напряжения на выводах генератора на якорь реле действует только сила натяжения пружины, контакт К:1 находится в крайнем левом положении и резистор R2 закорочен. Обмотка возбуждения LW генератора оказывается подключенной непосредственно на выводы генератора.

В процессе самовозбуждения генератора при каком-то значении напряжения сила притяжения электромагнита реле оказывается достаточной для того, чтобы контакт К:1 занял среднее нейтральное положение. При этом в цепь обмотки возбуждения LW оказывается включенным резистор R2. Включение этого резистора при достаточно малой загрузке генератора приводит к снижению скорости нарастания напряжения, а при большой загрузке – даже к снижению этого напряжения.

Если рост напряжения, например, при холостом ходе, продолжается, сила притяжения электромагнита еще более возрастает и контакт К:1 перейдет в крайнее правое положение. При этом обмотка возбуждения LW будет закорочена, что приведет к снижению напряжения до такого значения, при котором в зависимости от загрузки генератора контакт К:1 перейдет в среднее или крайнее левое положение, напряжение генератора снова будет возрастать и т.д. Эта процесс будет периодическим с периодом, определяемым инерционными свойствами генератора и регулятора.

Для настройки регулятора на определенное напряжение применяется резистор R1, действие которого описано ранее.

Вибрационные регуляторы также относятся к регуляторам астатического типа, но в отличие от регулятора типа РУН осуществляют дискретное регулирование. Достоинством вибрационных регуляторов являются простота конструкции, небольшие масса и габаритные размеры, недостатком – малое быстродействие, недостаточная надежность и невысокая форсировочная способность.

Рассмотренная САРН с вибрационным регулятором являете простейшей, она используется с генераторами постоянного тока обычно мощностью около 1 кВт, работающими с переменной частотой вращения.

При использовании вибрационных регуляторов для синхронных генераторов требуется установка однофазного выпрямителя для питания катушки реле. В других случаях регулятор имеет обмотки напряжения, с помощью которых осуществляются различные обратные связи, например, положительные обратные связи по токам возбуждения генератора и возбудителя и отрицательные обратные связи по напряжениям на обмотках возбуждения генератора и возбудителя. Наличие обратных связей улучшает работу регулятора.

Всем электромеханическим регуляторам свойственны общие недостатки, вызванные их инерционностью и наличием электрического контакта, а именно: недостаточное быстродействие и надежность.

Дальнейшее развитие дискретных САРН шло на базе промышленной электроники с использованием как отдельных полупроводниковых приборов, так и интегральных микросхем. Рассмотрим САРН генераторов постоянного тока с использованием электронного регулятора (рис. 4). Регулятор UZ состоит из двух основных узлов: измерительного – порогового устройства на стабилитроне VD1, диоде VD2, резисторах Rl, R2, R3 cфильтром низких частот на конденсаторе С1; релейного усилителя на транзисторах VT1, VT2 и VT3, диоде VD3;резисторов R4–R8 и конденсаторов С2 и СЗ.

Рис. 4. САРН с электронным регулятором

На выход усилителя включена обмотка возбуждения LW, параллельно которой включен диод VD4, который служит для предотвращения возможного пробоя изоляции обмотки и для поддержания в ней тока при закрытом транзисторе VT3.

В измерительном устройстве регулятора происходит сравнение напряжения на стабилитроне, определяемого напряжением на выводах генератора и регулируемого с помощью резистора R2, с напряжением стабилизации. При напряжении на стабилитроне VD1, меньшем напряжения стабилизации, ток в цепи стабилитрона практически отсутствует и напряжение база – эмиттер транзистора VT1 равно нулю. Транзистор VT1 при этих условиях будет закрыт, а транзистор VT2 открыт, так как напряжение на его базе в этом случае больше нуля. Открытый транзистор VT2 закорачивает конденсатор СЗ и подсоединяет резистор R7 к минусовому выводу генератора, снимая тем самым напряжение на базе транзистора VT3. Снижение этого напряжения откроет транзистор VT3 и подаст питание на обмотку LW возбуждения генератора G, что приведет к возрастанию напряжения на его выводах.

Рост напряжения генератора приведет к увеличению напряжения на стабилитроне. Когда это напряжение достигнет напряжения стабилизации, появится ток в цепи стабилитрона VD1, диода VD2 и резистора R4. Напряжение, появившееся на резисторе R4, откроет транзистор VT1, что приведет к закрытию транзистора VT2. Напряжение на конденсаторе СЗ будет возрастать, а это приведет к увеличению напряжения на базе транзистора VT3. Наибольшее напряжение на базе VT3 будет примерно равно напряжению генератора, а напряжение на эмиттере будет меньше из-за диода VD3, включенного в его цепь.

Когда напряжение на базе сравняется с напряжением на эмиттере, транзистор VT3 закроется. При закрытом транзисторе ток в обмотке LW возбуждения, поддерживаемый ЭДС самоиндукции, будет уменьшаться, а это приведет к снижению напряжения на выводах генератора и т.д.

Значение напряжения, которое поддерживается электронным регулятором, устанавливается с помощью резистора R2.