Стійкість роботи регуляторів напруги і способи її підвищення

Системи регулювання напруги за допомогою вугільних регуляторів володіють не завжди достатньою стійкістю у разі різкої зміни режиму роботи генераторів.

Виникнення коливань напруги в перехідних процесах фізично можна пояснити наявністю елементів, що входять в систему генератор-регулятор, що володіють, механічною, електричною і магнітною інерційністю.

Настройка вугільних регуляторів з позитивним статизмом сприятливо позначається на якості перехідного процесу при регулюванні напруги. Однак для підвищення стійкості системи застосовують спеціальні стабілізуючі пристрої, до яких відносяться стабілізуючі опори і трансформатори. Стабілізуюча дія цих пристроїв полягає в тому, що вони створюють додаткові струми в обмотці електромагніту, завдяки яким виникають зусилля, що сповільнюють рух якоря електромагніта при підході його до положення рівноваги.

На рис. 1.4 приведена схема вугільного регулятора Р-25А зі стабілізуючим опором і стабілізуючим трансформатором. Стабілізуючий опір включається в діагональ моста, плечами якого є опори вугільного стовпчика, обмотки збудження, обмотки електромагніту і опір температурної компенсації і підстроєний опір .

У перехідних режимах роботи генератора по опору протікає струм, величина і напрям якого залежать від різниці потенціалів точок А і В.

Оскільки опори всіх елементів моста (за винятком вугільного стовпчика) постійні, тому потенціал точки В не змінюється, а потенціал точки A міняється із зміною опору вугільного стовпчика, так як залежить від режиму роботи генератора.

Нехай для прикладу перед зміною режиму роботи генератора потенціал точки А був рівний потенціалу точки В (_А = _В). Якщо ж після цього навантаження генератора поменшає, то напруга буде збільшуватися через наявність інерційності в системі регулювання. При цьому буде збільшуватися і струм в обмотці електромагніту регулятора.

При збільшенні тягового зусилля електромагніту розширяється вугільний стовпчик регулятора, потенціал точки А меншає і починає протікати струм по опору від точки В до точки А. В результаті струм в обмотці регулятора весь час буде занижуватися на величину струму, що протікає по опору . Тому опір вугільного стовпчика в цьому випадку збільшиться на меншу величину і перерегулювання напруги вийде порівняно малим. Переміщення якоря регулятора до нового рівнозначного стану буде відбуватися з меншою швидкістю.

Рис. 1.6. Зовнішня характеристика генератора з урахуванням впливу стабілізуючого опору вугільного регулятора напруження.

При збільшенні навантаження генератора його напруга меншає, а вугільні шайби регулятора стискуються. По стабілізуючому опору струм починає протікати від точки А до точки В, арифметично складаючись з струмом в обмотці електромагніту . У результаті опір вугільного стовпчика під дією механічної сили зміниться на меншу величину; рух якоря регулятора до нового рівнозначного стану буде відбуватися з меншою швидкістю, що буде сприяти, як і в першому випадку, зменшенню амплітуди коливання напруги і часу перехідного процесу.

У сталому режимі роботи генератора стабілізуючий опір, будучи жорстким негативним зворотним зв'язком, вносить неточність в регулювання напруги (рис. 1.6).. Так, при максимальній швидкості обертання генератора і при його мінімальному навантаженні вугільний стовпчик регулятора володіє великим опором і постійний струм тече від точки В до точки А через опір (рис. 1.4), що сприяє завищенню напруги генератора.

Рис. 1.7 Електрична схема вугільного регулятора напруги РУГ-82.

Якщо режим роботи генератора. характеризуєтся малою швидкістю обертання і номінальним навантаженням, то спостерігається заниження напруги. Оскільки заниження напруги генераторів у вказаному режимі роботи небажано, то в деяких регуляторах послідовно зі стабілізуючим опором включається вентиль В (рис. 1.9). При цьому випрямляч перешкоджає протіканню струму від точки А до точки В.

Отже, при великих навантаженнях і малих швидкостях обертання генераторів, коли робота системи характеризується достатньою стійкістю, опір R_С не діє і не знижує точності підтримки напруги.

На відміну від стабілізуючих опорів стабілізуючі трансформатори вступають в роботу відразу ж, як тільки починається перехідний процес. По своєму конструктивному виконанню вони можуть бути двох- і чьотирьохобмоточними (рис. 1.7).

На рис. 1.4 показаний двохобмоточний трансформатор типу Т-1Г, у якого первинна високоємна обмотка з великим числом витків включена паралельно обмотці збудження генератора, а вторинна з малим числом витків послідовно з робочою обмоткою електромагніту регулятора.

У період сталого процесу, коли напруга генератора постійна, у вторинній обмотці трансформатора відсутня е.р.с. взаємоіндукції.

При зміні напруги генератора у пвторинній обмотці стабілізуючого трансформатора буде наводитися э.д.с., величина якої залежить від швидкості зміни струму в первинній обмотці трансформатора і від коефіцієнту взаємоіндукції:

де М - коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками трансформатора; i₁ - величина струму в первинній обмотці трансформатора.

Збільшення напруги генератора приводить до наростання струму в первинній обмотці стабілізуючого трансформатора. При цьому у вторинній обмотці буде наводитися е.р.с., діюча згідно з струмом, що збільшується в робочій обмотці електромагніту. Тому якір електромагніту почне свій рух до сердечника при невеликому відхиленні напруги від заданого значення і перерегулювання напруги по позитивній амплітуді буде обмежено.

Коли ж регулятор почне зменшувати напругу (якір рухається до сердечника електромагніту), відповідно буде меншати і струм в первинній обмотці стабілізуючого трансформатора, а у вторинній обмотці буде наводитися е.д.с, яка діє у бік зменшення величини струму в робочій обмотці електромагніту. З цієї причини ефективність дії електромагніту буде ослаблена, а переміщення якоря і зростання опору вугільного стовпчика будуть мати меншу величину. Внаслідок цього перерегулювання напруги буде невеликим по негативній амплітуді коливальної напруги.

На відміну від стабілізуючого опору трансформатор не вносить статичних помилок у величину регульованої напруги. Він включається в роботу з початком перехідного режиму, але збільшує час перехідного процесу за рахунок зростання індуктивності в ланцюгу робочої обмотки регулятора. Тому найкращі результати дає схема, в якій одночасно використані стабілізуючий опір і стабілізуючий трансформатор.

На рис. 1.7 приведена електрична схема регулятора РУГ-82 зі стабілізуючим трансформатором ТС-9АМ-12. На сердечнику трансформатора розташовані чотири обмотки: первинна послідовна W_n, первинна паралельна W_і, обмотка урівнюючого ланцюга W_y і повторна W_z.

Первинною послідовною обмоткою W_n є силовий провід, що з'єднує генератор з мережею літального апарату і що проходить через вікно магнітопроводу трансформатора. Первинна обмотка W_i включається паралельно обмотці збудження генератора. Обмотка урівнюючого ланцюга W_y включена в урівнюючий ланцюг паралельної роботи генераторів, а вторинна обмотка W_z - послідовно з робочою обмоткою електромагніту.

Трансформатор працює тільки в перехідних режимах, виникаючих при зміні навантаження, включенні і відключенні окремих генераторів і при змінах швидкості обертання генераторів. У цих випадках у вторинній обмотці трансформатора Wz наводяться е.р.с., величини яких залежать від швидкості зміни струмів в первинних обмотках. Обмотки включені таким чином, що е.р.с. взаємоіндукції, що наводяться в обмотці Ws завжди перешкоджають виникненню коливань напруження генератора в перехідних режимах.

Широко використовуються в експлуатації вугільні регулятори напруги типу РН-180 (рис. 1.8).

Основні елементи схеми регулятора ті ж, що і у регуляторів типу Р-25А, РУГ-82.

Особливістю регулятора РН-180 є те, що він досить стійко працює без стабілізуючого трансформатора внаслідок збільшення жорсткого негативного зворотного зв'язку (стабілізуючий опір дорівнює 75 Ом). Крім того, в схемі регулятора відсутня коректуюча обмотка. При цьому регулятор забезпечує задану точність регулювання, оскільки величина максимального струму в ланцюгу збудження не перевищує 12 А.

Рис. 1.8. Електрична схема вугільного регулятора напруги РН-180.

Вугільний регулятор напруги РН-180 2-гої серії працює, як правило, з генераторами постійного струму типу ГС і стартером-генераторами типу СТГ.