Типы регулирования напряжения в генераторах

Устройства регулирования напряжения на ДЭС

Устройства регулирования напряжения на дизельных электростанциях. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М. Угольный регулятор напряжения

Одним из основных требований потребителей к качеству электроэнергии является стабильность напряжения на шинах ДЭС в условиях изменения значения и характера (cosφ) нагрузки станции. При переходе от одного режима нагрузки ДЭС к другому напряжение на шинах ДЭС будет оставаться неизменным, если ток возбуждения генератора будет изменяться в соответствии с изменением нагрузки.

Поддержание стабильного напряжения генераторов дизельной электростанции (ДЭС) осуществляется устройствами (блоками) регулирования напряжения. Автоматические регуляторы напряжения по конструкции регулирующего органа подразделяются на два типа: электромеханические и электромагнитные.

Электромеханические регуляторы состоят из подвижных частей (электромагнитов с подвижными якорями, пружин и др.) и воздействуют на ток возбуждения с помощью изменения активного сопротивления цепи обмотки возбуждения. К этому виду относятся угольные регуляторы, которые совместно с другой аппаратурой (трансформаторами, выпрямителями и другими деталями) входят в блок регулирования напряжения (БРН). На генераторах с машинным возбуждением серий ДГС и ПС-93-4 устанавливаются блоки БРН с угольными регуляторами возбуждения.

Электромагнитные регуляторы состоят из статических (неподвижных) частей (трансформаторов, магнитных усилителей, конденсаторов, реакторов и др.) и изменяют ток возбуждения генератора с помощью дополнительного тока от регулятора обмотки возбуждения. К этому виду регуляторов относятся компаундирующие устройства с электромагнитной коррекцией, с магнитными усилителями и др.

На генераторах серии ЕСС устанавливают БРН, выполненные на принципе компаундирования, а для увеличения точности регулирования используется электромагнитный корректор напряжения.

На генераторах серий ДГФ и ГСФ БРН выполнен на принципе фазового компаундирования с полупроводниковым корректором напряжения.

На генераторах серии СГД устанавливают регуляторы напряжения типа РНА-60, работающие на принципе фазового компаундирования с управлением от электромагнитного корректора напряжения.

Блок БРН с угольным регулятором имеет четыре исполнения: 412, 421, 422, 423. Устройство и принцип работы всех блоков БРН одинаков.

Блок БРН состоит из угольного регулятора УРН, трансформатора регулятора напряжения Тр2, стабилизующего трансформатора Тр1, селеновых выпрямителей ВС1 и ВС2, конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4, R5. Все элементы БРН укреплены на каркасе и закрыты съемным кожухом.

Угольный регулятор напряжения типа УРН представляет собой прямоходовой электромеханический регулятор реостатного типа.

Угольный регулятор напряжения типа УРН-423

Рис.1. Угольный регулятор напряжения типа УРН-423.
а — общий вид; б — продольный разрез;
1 — слюдяные прокладки; 2 — фарфоровая втулка; 3,12,22,29 — винты;
4 — скоба; 5 — нажимный винт; 6 — стопорный винт;
7 — неподвижный угольный контакт; 8 — корпус регулятора;
9 — керамическая (фарфоровая) трубка; 10 — угольный столб;
11 — подвижный угольный контакт; 13 — колпак;
14 — контактная пластина; 15 — пластина для магнитопровода;
19 — стопорный винт сердечника; 20 — сердечник;
21 — основание магнитопровода; 23 — обмотка электромагнита;
24 — диамагнитная шайба; 25 — опорное коническое кольцо;
26 — пакеты пружин; 27 — якорь; 28 — пластина для крепления пружин;
30 — плунжер; 31 — амортизатор.

Регулятор типа УРН (рис.1) состоит из электромагнита с сердечником, якоря подвижной системы регулятора, над которым расположены пакеты пружин, угольных столбов, помещенных в фарфоровую трубку, расположенную на корпусе регулятора, неподвижного и подвижного угольных контактов, к которым подключены проводники.

Угольный столб 10, набранный из шероховатых отдельных шайб, включен с помощью контактов 7 и 11 в цепь обмотки возбуждения возбудителя. На угольный столб действует пружина 26, сжимающая угольные шайбы столба, и якорь 27, противодействующий сжатию пружины. Общая площадь соприкосновения угольных шайб столба, а следовательно, и его сопротивление зависят от давления, поэтому разность этих двух сил определяет сопротивление цепи обмотки возбуждения возбудителя.

При номинальном напряжении генератора подвижная система угольного регулятора находится в равновесии (усилия якоря электромагнита и пружины, сжимающей шайбы угольного столба УРН, равны). При увеличении нагрузки генератора напряжение на его выводах уменьшится, в связи с этим уменьшится ток в обмотке электромагнита УРН. Под действием пружины 26 подвижная система УРН сместится, что вызовет сжатие угольного столба и изменение (уменьшение) его сопротивления.

Уменьшение сопротивления приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения возбудителя и генератора, напряжение на выводах генератора увеличится. При повышении напряжения генератора, вызванного сбросом нагрузки, сопротивление угольного столба Ур увеличится, а напряжение на выводах генератора уменьшится.

Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН

Рис.2. Принципиальная схема БРН генератора с угольным регулятором УРН.
Г — генератор; В — возбудитель;
ОВГ — обмотка возбуждения генератора;
ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя.

Обмотка электромагнита УРН (рис.2) включена на напряжение генератора через понижающий трансформатор Тр2 и выпрямитель ВС1. Конденсаторы C1 и С2 установлены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя ВС1.

Последовательно с первичной обмоткой Тр2 включен резистор R5, служащий для компенсации температурного изменения сопротивления обмотки Тр2.

Реостат установки РУ включен в цепь вторичной обмотки Тр2 для установки уровня автоматического peгулирования напряжения. Угольный столб УРН и резистор R3 включены последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Резистор R3 служит для уменьшения мощности рассеивания в угольном столбе УРН. Стабилизирующий трансформатор Тр1 служит для устранения неустановившихся колебаний напряжения генератора, возникающих при работе УРН. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включена через сопротивление R4 на напряжение якоря возбудителя, а вторичная — последовательно в цепь электромагнита УРН. Параллельно обмотке возбуждения возбудителя подключен выпрямитель ВС2 для предохранения угольного столба УРН от подгара при перенапряжениях на зажимах обмотки возбуждения возбудителя.

При уменьшении напряжения генератора напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора Тр2 понизится, что вызовет уменьшение тока в цепи электромагнита УРН и сопротивления угольного столба УРН.

Использование схемы компаундирования обеспечивает точность поддержания напряжения ±5%, а применение электромагнитного корректора увеличивает точное поддержания напряжения до ±2%.

Блок регулирования напряжения с электромагнитным корректором состоит из блока компаундирования, установленного на генераторе, и блока электромагнитного корректора.

Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М

Рис.3. Принципиальная схема дизель-генератора АД-20М

На рис.3 изображена принципиальная схема регулятора напряжения с электромагнитным корректором.

В регуляторе использован принцип фазовою компаундирования и применены три однофазных четырехобмоточных трансформатора ТТП с подмагничиванием от корректора напряжения. Одна из первичных обмоток ТТП включена последовательно с нагрузкой генератора, а другая — через линейный реактор Р параллельно нагрузке. Вторичная обмотка ТТП через выпрямитель СВ1 соединена с обмоткой возбудителя генератора.

Корректор напряжения состоит из автотрансформатора АТН, магнитного усилителя МУ и измерительного органа, имеющего нелинейный реактор НР, линейный реактор ЛP и конденсатор С2.

Небольшое увеличение напряжения на выводах генератора приводит к резкому увеличению тока реактора НР, который увеличивает ток в обмотке управления МУ. Возросший выходной ток МУ проходит через выпрямитель СВ2 и подается на обмотку подмагничивания трансформатора ТТП. Увеличение тока в обмотке подмагничивания вызовет уменьшение тока во вторичной обмотке ТТП и в обмотке возбуждения генератора, что приведет к уменьшению напряжения на выводах генератора.

При уменьшении напряжения на зажимах генератора наблюдается обратная картина. На дизель-генераторах кроме напряжения часто меняется и частота, поэтому в корректоре предусмотрена частотная компенсация.

В схеме корректора частотная компенсация осуществляется реактором ЛР и конденсатором С2, которые изменяют напряжение на реакторе ИР пропорционально изменению частоты генератора и оставляют ток HP неизменным. Эта схема обеспечивает независимость тока HP от изменения частоты и позволяет при изменении частоты от 48 до 52 Гц обеспечить изменение напряжения генератора в пределах ±2%.

Блок регулирования напряжения с полупроводниковым корректором напряжения. Полупроводниковый корректор напряжения в БРН предназначен для поддержания стабильного напряжения на выводах генератора в пределах ±2%.

Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения

Рис.4. Принципиальная схема полупроводникового корректора напряжения

Корректор напряжения (рис.4) собран на полупроводниковых элементах и работает в импульсном режиме. Он состоит из измерительного органа и усилителя.

Измерительный орган корректора измеряет напряжение на зажимах генератора и сравнивает его с заданным. Разность между действительным и заданным напряжениями служит сигналом, который управляет полупроводниковым усилителем, соединенным с обмоткой управления трансформатора компаундирования.

Измерительный орган состоит из трансформатора ТИ, первичная обмотка которого подключена на линейное напряжение генератора через резистор R15 и регулируемый резистор РУН, выпрямителя В1, кремниевого опорного диода В2, конденсаторов С1-С2, резисторов R1, R2, R3, R5, R6, терморезисторов R7-R9, транзистора Т1.

Напряжение генератора после выпрямителя В2 и сглаживающего фильтра R8-С1 поступает на вход транзистора Т1. Входной сигнал Т1 будет тем больше, чем больше напряжение генератора превышает опорное напряжение диода В2, т.е. измерительный орган корректора преобразует превышение напряжения генератора над опорным напряжением В2 в выходной ток транзистора Т1, поступающий на вход усилителя. Если Uг

Электрические станции, подстанции, линии и сети — Основные способы и средства регулирования напряжения

Регулирование напряжения на генераторах электрических станций.

Регулирование напряжения на генераторах станций выполняют в зависимости от нагрузки потребителей. При увеличении нагрузки напряжение генераторов стараются повысить, а при ее снижении — понизить. Такое, согласованное с изменением нагрузки, регулирование напряжения называется встречным регулированием напряжения.
Встречное регулирование напряжения выполняют с целью скомпенсировать потери напряжения в сети и приблизить уровни напряжения у потребителей к номинальным. На небольших электрических станциях районного или межрайонного значения встречное регулирование осуществляют вручную или автоматически, в зависимости от графика нагрузки потребителей. Допустимые пределы изменения напряжения на генераторах составляют ± 5% от номинального. При более глубоком регулировании мощность генератора должна быть снижена.
При питании потребителей электроэнергии, подключенных непосредственно к шинам станции, диапазоны регулирования обычно уменьшаются до значений ± 2,5% Uном.
Для компенсации потерь напряжения в отходящих линиях, присоединенных непосредственно к шинам электростанции, таких ограниченных диапазонов регулирования бывает недостаточно. Кроме того, различие в графиках нагрузки отдельных групп потребителей не позволяет сохранить качество напряжения у всех потребителей сети в пределах технически допустимых значений, даже при встречном регулировании напряжения. Поэтому регулирование напряжения на генераторах не может решить вопроса сохранения качества напряжения и применяется как вспомогательное для улучшения общего уровня напряжения в сетях.
Основным методом регулирования напряжения в начале сети является централизованное регулирование на питающих подстанциях или в центрах (пунктах) питания распределительных линий. Это регулирование осуществляется специальными трансформаторами со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой (трансформаторы с РПН) или на более крупных подстанциях вольтодобавочными трансформаторами.
Эти методы регулирования напряжения рассматриваются ниже.

Регулирование напряжения на силовых трансформаторах.

Регулирование напряжения на трансформаторах может быть выполнено как с помощью переключения ответвлений их обмоток без возбуждения (ПБВ), т. е. при отключенном от сети трансформаторе, так и переключен и ем ответвлений под нагрузкой (РПН). Каждый понижающий трансформатор снабжен переключателем, к которому подводятся ответвления обмотки высшего напряжения, выполненные для случая ПБВ в пределах± 5% или ±2X2,5%. Таким образом, переключатели ПБВ обеспечивают общий диапазон регулирования в пределах 10%, который можно изменить, предварительно отключив трансформатор от сети.
В устройствах РПН применяются специальные переключатели, обеспечивающие переключение ответвлений обмотки трансформатора при его работе под нагрузкой, т. е. без предварительного отключения трансформатора. Изменение коэффициента трансформации таких трансформаторов осуществляется, как правило, автоматически, от реле напряжения, воздействующего на привод переключающего устройства. Диапазоны регулирования напряжения для таких трансформаторов (их называют регулируемыми) приняты более широкими — в размере 10—15% ступенями по 1,5—2,5% каждая.
В настоящее время электропромышленность выпускает регулируемые трансформаторы в широком диапазоне мощностей и напряжений (см. приложение 2 и 3). Такие трансформаторы обычно имеют обозначение ТМН (трансформаторы с естественным масляным охлаждением, регулированием напряжения под нагрузкой) в отличие от трансформаторов типа ТМ с переключателями ПБВ. Переключатели РПН располагают в обмотках высшего напряжения для облегчения переключающей аппаратуры. Они помещены или в отдельные кожухи, наполненные маслом (у трансформаторов средних и крупных мощностей), пли в общем баке трансформатора для малых мощностей. Схемы переключателей обеспечивают переход подвижных контактов с одного ответвления обмотки на другое в строгой последовательности, исключающей разрыв тока нагрузки, позволяющей выполнить переключение без предварительного отключения трансформаторов от сети.

Рис. 154. Принципиальные схемы обмоток регулируемых трансформаторов.
а — напряжением 10/04 кВ, б — напряжением 35/10 кВ
На рис. 154 показаны принципиальные схемы обмоток регулируемых трансформаторов, снабженных переключателями РПН. Схема (рис. 154, а) применена для трансформаторов 10/04 кВ мощностью до 400 кВА, переключатель имеет шесть ступеней регулировки (две в сторону уменьшения и четыре в сторону увеличения напряжения, размером по 2,5% каждая). Главный подвижный контакт переключателя 1 связан с вспомогательным контактом 2, в цепи которого установлено токоограничивающее сопротивление. Оно ограничивает величину тока короткозамкнутой секции витков обмотки при нахождении контактов 1 и 2 на разных ответвлениях в процессе перехода с одного ответвления на другое. В рабочем положении оба контакта находятся на одном ответвлении, и ток нагрузки проходит через основной контакт 1.

Читайте также  Бен 10 генератор рекс по русски

На рис. 154, б показана принципиальная схема регулировочной части обмотки РО трансформатора 35/10 кВ с переключателем, обеспечивающим регулирование напряжения в пределах ±4 X 2,5% (т. е. ± 10%). В качестве токоограничивающего сопротивления использован реактор Р, рассчитанный на более длительное протекание тока при переключении со ступени на степень. Подвижные контакты ПК в рабочем положении так же, как и в предыдущей схеме, установлены на каком-либо одном ответвлении регулировки.
При переключениях с одного ответвления на другое строго соблюдается очередность движения контактов переключателя, при которой цепь предыдущего ответвления размыкается только после предварительного замыкания цепи последующего ответвления, благодаря чему не происходит разрыва цепи тока нагрузки.

Рис. 155. Регулируемый трансформатор типа ТМН мощностью 1000—1600 кВ А, напряжением 35/11 кВ: 1 — бак трансформатора, 2 — бак контактора, 3 — редуктор 4 — вал, 5 — приводной механизм


Рис. 156. Схема включения в сеть (а) и соединения обмоток (б) вольтодобавочного автотрансформатора типа ЛТМ
Перемещение подвижных контактов переключателей регулируемых трансформаторов осуществляется электродвигательным приводным механизмом, а также может быть выполнено вручную. На рис. 155 показан регулируемый трансформатор типа ТМН, мощностью 1000— 1600 кВА, напряжением 35/11 кВ. В баке трансформатора 1 размещена выемная часть с обмотками и переключателем ответвлений, в баке 2 — контактор переключателя с токоограничивающими сопротивлениями. Через редуктор 3 и вал 4 контактор переключателя связан с приводным механизмом 5, снабженным съемной рукояткой для ручного привода. В остальном трансформатор типа ТМН мало отличается от конструкции обычного трансформатора типа ТМ.

Применение вольтодобавочных автотрансформаторов.

Для регулирования напряжения в линиях применяют линейные или сетевые регуляторы напряжения. В качестве таких регуляторов в сельских сетях используют вольтодобавочные автотрансформаторы типа ЛТМ мощностью 400 и 630 кВА. Их включают последовательно в тех участках сети, где требуется повысить (или понизить) напряжение для группы подстанций потребителей, присоединенных к этому участку. Схемы включения трехфазного автотрансформатора типа ЛТМ на шесть ступеней регулирования показаны на рис. 156. Автотрансформаторы оборудованы устройством автоматического регулирования напряжения под нагрузкой в пределах +5 и — 10% от номинального напряжения линии ступенями по 2,5%.
Кроме силовой обмотки высшего напряжения 1 с регулировочной обмоткой 3 автотрансформатор имеет обмотку низкого напряжения 2 (см. рис. 156) для питания схемы автоматики.
Переключатель ответвлений расположен внутри бака автотрансформатора над магнитопроводом. Приводной механизм, состоящий из промежуточного редуктора и приводного электродвигателя, размещен на стенке бака снаружи. Приводной механизм оборудован конечными выключателями, размыкающими цепь питания приводного электродвигателя при достижении контактами переключателя крайних положений.
Устройство автоматического управления помещено в отдельном шкафу, который может размещаться как в непосредственной близости, так и на некотором расстоянии (до 5 м) от автотрансформатора. Питание шкафа автоматики осуществляется от обмотки низкого напряжения при помощи специального шлангового кабеля со штепсельным разъемом.


Рис. 157. Схема последовательного включения конденсаторов в линию

Вольтодобавочные автотрансформаторы имеют шесть линейных выводов высокого напряжения: А1В1С1 — входные и А2В2С2— выходные. Выводы вспомогательной обмотки низшего напряжения для питания шкафа автоматики расположены на стенке бака автотрансформатора.
Применение вольтодобавочных автотрансформаторов помогает обеспечить технически допустимые пределы по отклонениям напряжения у потребителей и облегчает условия эксплуатации всей сети в целом.

Использование конденсаторов, включенных последовательно.

Последовательное включение в линию конденсаторов позволяет резко снизить индуктивное сопротивление проводов линии и уменьшить потерю напряжения в ней. Поэтому установки последовательно включенных конденсаторов (сокращенно УПК) применяют для улучшения режимов напряжения в сетях. Схема включения УПК показана на рис. 157. В цепь, состоящую из активного rл и реактивного хл сопротивлений линии, включают последовательно емкостное сопротивление конденсатора хк. Общее реактивное сопротивление цепи будет равно их разности, т. е. хобщ = хл — хк.
Таким образом, за счет введения в цепь емкостного сопротивления общее реактивное сопротивление линии уменьшается, а напряжение повышается. Уменьшение потери напряжения зависит от величины коэффициента мощности нагрузки: чем ниже коэффициент мощности, тем эффективнее применение конденсаторов. Надбавка напряжения, создаваемая конденсаторами, зависит также от величины тока нагрузки и тем выше, чем больше ток. Поэтому с ростом нагрузки эффект компенсации потери напряжения возрастает.
Особенно эффективно применение последовательно включенных конденсаторов в линиях с резкопеременной нагрузкой. В частности, успешно компенсируются потери напряжения при запусках крупных электродвигателей, когда имеет место большой пусковой ток с низким коэффициентом мощности. При установке конденсаторов обеспечивается мгновенное изменение напряжения, что предотвращает и мигание ламп освещения при колебаниях нагрузки. Таким образом, при наличии последовательно включенных конденсаторов питание силовых и осветительных нагрузок может быть выполнено совместно.
Установки последовательно включенных конденсаторов применяют в распределительных сетях напряжением 6—35 кВ. Конденсаторы обладают хорошей перегрузочной способностью. Однако при сквозных коротких замыканиях в линии на их зажимах могут возникнуть значительные по величине перенапряжения. Поэтому их приходится защищать искровыми промежутками или шунтировать специальными контакторами (см. рис. 157).
Устанавливают конденсаторы обычно в конце радиальной воздушной линии, так как при этом уровни напряжения в ней ниже и конденсаторы меньше будут подвержены перенапряжениям, так как большинство коротких замыканий будет до них, а не за ними (ток короткого замыкания при этом через конденсаторы проходить не будет).
Выбирают конденсаторы по рабочему току линии, независимо от номинального напряжения в сети. Их соединяют в батареи отдельными группами и надежно изолируют от земли.

Регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания (ABC) работает в широком интервале изменения оборотов 600. 7000 мин’1). Соответственно изменяется и частота вращения ротора автомобильного генератора, а значит, и его выходное напряжение.Современный автомобильный двигатель Зависимость выходного напряжения генератора от оборотов ABC недопустима, так как напряжение в бортсети автомобиля должно быть постоянным не только при изменении оборотов двигателя, но и при изменении тока нагрузки. Функцию автоматического регулирования напряжения в автомобильном генераторе выполняет специальное устройство — регулятор напряжения. Данная глава посвящена рассмотрению регуляторов напряжения современных автомобильных генераторов переменного тока.
Регулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением
главное магнитное поле генератора наводится электромагнитным возбуждением, то электродвижущая сила Ег генератора может быть функцией двух переменных: частоты п вращения ротора и тока lB в обмотке возбуждения — Er = f (n, lB).
Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения [1].
При работе генератора без нагрузки его напряжение Ur равно его электродвижущей силе ЭДС Ег:
иг=Ег = СФп.
Напряжение Ur генератора под током 1н нагрузки меньше ЭДС Ег на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении гг генератора, т.е. можно записать, что
Er = Ur + lHrr = Ur(l + P).
Величина р = lH rr/Ur называется коэффициентом нагрузки.
Из сравнения вышеприведенных формул следует, что напряжение генератора
Ur = п С Ф/ (1 + (3),
где С — постоянный конструктивный коэффициент.
Данное уравнение показывает, что как при разных частотах (п) вращения ротора генератора (n = Var), так и при изменяющейся нагрузке (Р = Var), неизменность напряжения Ur генератора может быть получена только соответствующим изменением магнитного потока Ф.
Магнитный поток Ф в генераторе с электромагнитным возбуждением формируется магнитодвижущей силой FB = W 1в обмотки WB возбуждения (W — число витков обмотки WB) и может легко управляться с помощью тока 1в в обмотке возбуждения, т.е. Ф = f (1в). Тогда Ur = f [n, р, f (1в)], что позволяет удерживать напряжение Ur генератора в заданных пределах регулирования при любых изменениях его оборотов и нагрузки соответствующим выбором функции f (1в) регулирования.Суть дискретно-импульсного регулирования
Автоматическая функция f (1в) регулирования в регуляторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока 1в в обмотке возбуждения, которое имеет место при 1в = Ur/Rw (Rw — активное сопротивление обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 7.1): подключением к обмотке WB параллельно (а) или последовательно (б) дополнительного сопротивления Нл; закорачиванием обмотки возбуждения (в); разрывом токовой цепи возбуждения (г). Ток через обмотку возбуждения можно и увеличивать, закорачивая последовательное дополнительное сопротивление (б).
Все эти способы изменяют ток возбуждения скачкообразно, т.е. имеет место прерывистое (дискретное) регулирование тока. В принципе возможно и аналоговое регулирование, при котором величина последовательного дополнительного сопротивления в цепи возбуждения изменяется плавно (д). Но во всех случаях напряжение Ur генератора удерживается в заданных пределах регулирования соответствующей автоматической корректировкой величины тока возбуждения.
Функциональная схема генераторной установкиДискретно-импульсное регулирование. В современных автомобильных генераторах магнитодвижущую силу FB обмотки возбуждения, а значит, и магнитный поток Ф изменяют периодическим прерыванием или скачкообразным уменьшением тока 1в возбуждения с управляемой частотой прерывания, т.е. применяют дискретно-импульсное регулирование рабочего напряжения Ur генератора (ранее применялось аналоговое регулирование, например, в угольных регуляторах напряжения).
Суть дискретно-импульсного регулирования станет понятной из рассмотрения принципа действия генераторной установки, состоящей из простейшего контактно-вибрационного регулятора напряжения, и генератора переменного тока (ГПТ).
Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной батареей (АКБ), показана на рис. 7.2, а, а электрическая схема — на рис. 7.2, б.
В состав генератора входят: фазные обмотки Л/ф на статоре СТ, вращающийся ротор R, силовой выпрямитель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения WB (с активным сопротивлением Rw). Механическую энергию вращения Ам = f (п) ротор генератора получает от ДВС. Вибрационный регулятор напряжения РН выполнен на электромагнитном реле и включает в себя коммутирующий элемент КЭ и измерительный элемент ИЭ.
Коммутирующий элемент КЭ — это вибрационный электрический контакт К, замыкающий или размыкающий дополнительное сопротивление RA, которое включено с обмоткой возбуждения WB генератора последовательно. При срабатывании коммутирующего элемента (размыкание контакта К) на его выходе формируется сигнал т Рчд (рис. 7.2, а).
Измерительный элемент (ИЭ, на рис. 7.2, а) — это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции:
1) функцию сравнения (CV) механической упругой силы Fn возвратной пружины П с магнитодвижущей силой Fs = Ws ls релейной обмотки S (Ws —число витков обмотки S, ls — ток в релейной обмотке), при этом результатом сравнения является сформированный в зазоре а период Т (Т = tp + t3) колебаний якоря N;
2) функцию чувствительного элемента (ЧЭ) в цепи обратной связи (ЦОС) регулятора напряжения, чувствительным элементом в вибрационных регуляторах является обмотка S электромагнитного реле, подключенная непосредственно к напряжению Ur генератора и к аккумуляторной батарее (к последней через ключ зажигания ВЗ);
3) функцию задающего устройства (3V), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с силой упругости Fn и опорной силой Fc.
Работа регулятора напряжения с электромагнитным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 7.3 и 7.4).
Пока напряжение Ur генератора ниже напряжения U6 аккумуляторной батареи (Ur < U6), электромагнитное реле не срабатывает и возвратная пружина П удерживает контакт К в замкнутом состоянии. При этом ток 1в6 в обмотке WB возбуждения не изменяется, так как определяется постоянным напряжением Ue батареи (ключ зажигания ВЗ — включен) и сопротивлением Rw обмотки возбуждения: 1в6 = U6/Rw. Регулирования напряжения не происходит (на рис. 7.3 участок 0. nmin).
При увеличении оборотов ДВС напряжение генератора возрастает и при достижении некоторого значения UMax > U6 магнитодвижущая сила Fs релейной обмотки становится больше силы Fn возвратной пружины П, т.е. Fs = ls Ws > Fn. Электромагнитное реле срабатывает, и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление RA.
Еще до размыкания контакта К ток 1в в обмотке возбуждения достигает своего максимального значения 1в „зх = Ur Rw > 1в6, от которого сразу после размыкания контакта К начинает падать, стремясь к своему минимальному значению lB min = Ur/(RW + R4). Вслед за падением тока возбуждения напряжение генератора начинает соответственно уменьшаться Ur = f (1в), что приводит к падению тока ls = Ur/Rs в релейной обмотке S, и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружины П (Fn > Fs). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора Ur становится равным своему минимальному значению Umin, но остается несколько больше напряжения аккумуляторной батареи (Ur min > U6).вибрационный электрический контакт
Начиная с момента размыкания контакта К (п = nmin, рис. 7.3), даже при неизменной частоте п вращения ротора генератора, якорь N электромагнитного реле входит в режим механических автоколебаний, и контакт К, вибрируя, начинает периодически, с определенной частотой коммутации fK = 1/Т = l/(tp -I- t3) то замыкать, то размыкать дополнительное сопротивление Ra в цепи возбуждения генератоpa (зеленая линия на участке n = ncp = const, рис. 7.3). При этом сопротивление RB в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значения Rw до величины Rw + RA.
Так как при работе регулятора напряжения контакт К вибрирует с достаточно высокой частотой fK коммутации, то RB = Rw + тр RA, где величина тр — это относительное время разомкнутого состояния контакта К, которое определяется по формуле:
tp = tp/(t3 + tp), где l/(t3 + tp) = fK — частота коммутации. Теперь среднее, установившееся для данной частоты fK коммутации значение тока возбуждения может быть найдено из выражения: 1В ср = Ur CP/RB = Ur cp/(Rw + Tp RA) = Ur CP/(RW + RA tp/U
где RB — среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи возбуждения, которое при увеличении относительного времени тр разомкнутого состояния контакта К также увеличивается (красная линия на рис. 7.4, в).
Рассмотрим более подробно, что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке WB возбуждения протекает максимальный ток возбуждения 1в = Ur/Rw.
Однако обмотка возбуждения WB генератора представляет собой электропроводную катушку с большой индуктивностью и с массивным ферромагнитным сердечником. Как следствие, ток через обмотку возбуждения после замыкания контакта К нарастает с замедлением. Это происходит потому, что скорости нарастания тока препятствует гистерезис в сердечнике и противодействующая нарастающему току — ЭДС самоиндукции катушки.
При размыкании контакта К ток возбуждения стремится к минимальной величине, значение которой при длительно разомкнутом контакте определяется как 1в = Ur/(RW + RA). Теперь ЭДС самоиндукции совпадает по направлению с убывающим током и несколько продлевает процесс его убывания.
Из сказанного следует, что ток в обмотке возбуждения не может изменяться мгновенно (скачкообразно, как дополнительное сопротивление RA) ни при замыкании, ни при размыкании цепи возбуждения. Более того, при высокой частоте вибрации контакта К ток возбуждения может не достигать своей максимальной или минимальной величины, приближаясь к своему среднему значению (красная линия на рис. 7.4, б), так как величина tp = xp/fK увеличивается с увеличением частоты fK коммутации, а абсолютное время t3 замкнутого состояния контакта К уменьшается.
Из совместного рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 7.3 и рис. 7.4, вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красные линии б на рис. 7.3 и рис. 7.4) при повышении оборотов п уменьшается, так как при этом увеличивается среднеарифметическая величина (зеленая линия в на рис. 7.3, в и красная линия на рис. 7.4, в) суммарного, пульсирующего во времени сопротивления RB цепи возбуждения (закон Ома). При этом среднее значение напряжения генератора (Ucp на рис. 7.3 и рис. 7.4) остается неизменным, а выходное напряжение Ur генератора пульсирует в интервале от Umax До Umin.
Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение Ur первоначально падает, при этом регулятор напряжения увеличивает ток в обмотке возбуждения настолько, что напряжение генератора обратно повышается до первоначального значения.
Таким образом, при изменении тока нагрузки генератора (Р = Var) процессы регулирования в регуляторе напряжения протекают так же, как и при изменении частоты вращения ротора.
Пульсации регулируемого напряжения. При постоянной частоте п вращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (Д1в на рис. 7.4, б) наводят соответствующие (по времени) пульсации регулируемого напряжения генератора.
Амплитуда пульсаций Д11г = 0,5 (Umax — Umin)* регулятора напряжения Ur от амплитуды токовых пульсаций Д1в в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования. Поэтому пульсации напряжения Ur на всех частотах вращения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напряжения Ur в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (п) ротора генератора.
Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контакта К также неизменна (fK = l/(t3 + tp) = const). При этом напряжение Ur генератора пульсирует с амплитудой дир = 0,5 (Umax— Umin) около своего среднего значения Ucp (красная линия на рис. 7.4, а).
При изменении частоты вращения ротора, например, в сторону увеличения, или при уменьшении нагрузки генератора, время t3 замкнутого состояния становится меньше времени tB разомкнутого состояния (t3 < tp), а значит, среднее значение тока 1в возбуждения 1в ср = Ur cp/(Rw + RA tp/fK) падает. При этом рабочие пульсации Д1в тока возбуждения также падают, а напряжение Ur генератора остается в заданных пределах регулирования с прежней амплитудой Д11г пульсаций (см. 7.4 при n = nmax = const).

Читайте также  Бензиновый генератор из польши

Занятие № 3 «Регулирование напряжения генераторов переменного тока»

1. Особенности регулирования напряжения синхронных генераторов.

2. Регулирование напряжения генераторов переменного тока.

3.Транзисторный регулятор напряжения.

1. А.А. Лебедев «Автоматическое и электрическое оборудование ЛА.» с, 113-120.

2. М.М. Красношапка «Электроснабжение ЛА» с. 297-311,

3. Н.М. Синдеев «Электроснабжение ЛА» с. 66-81.

1. Особенности регулирования напряжения синхронных генераторов.

Регулирование напряжения генераторов переменного тока обычного исполнения (СГО, ГО, СГС) осуществляется изменением тока возбуждения, величина которого значительно больше чем у генератора постоянного тока.

Например, при cos = 0,8 мощность возбуждения синхронного генератора составляет 5-6 % от выдаваемой мощности, и в то время как для генераторов постоянного тока она не превышает 2,5 %.

Второй особенностью регулирования напряжения генераторов переменного тока является то, на какое напряжение (линейное, фазное, среднее, прямой последовательности) должен реагировать измерительный (чувствительный) орган регулятора (рис. ___). Это имеет существенное значение для правильного регулирования тока возбуждения при несимметричных нагрузках генераторов, часто встречающихся на л.а. Например, включение активной нагрузки, соответствующей 10 % номинальной, только на линейное напряжение UAB приведет к тому, что линейное напряжение UAB уменьшится на 5 % , UBC — на 15 %, а UCA увеличится на 11 %. Если измерительный орган включить на UAB, то регулятор повысит напряжение, при включении UCA — понизит. Неоднозначность регулирования получится и при включении измерительного органа на фазное напряжение генератора. Лучшей схемой включения измерительного органа является 3-х фазная 2-х полупроводниковая схема А.Н. Ларионова. В этом случае , где К — коэффициент пропорциональности. При синусоидой форме напряжения />. Наиболее совершенным способом включение измерительного органа является способ включения на напряжении прямой последовательности фазных или линейных напряжений генератора. Это диктуется тем, что режим работы генератора и многих 3-х фазных потребителей в основном определяется прямой последовательностью фазных и линейных напряжений. Для предотвращения перенапряжения в случае асимметрии нагрузок, при изменении частоты и температуры, применяются схемы включения измерительного органа, реагирующего на напряжение фазы, имеющей наибольшее значение (рис.__).

Фазовое напряжение каждой фазы выпрямляется выпрямителями В1, В2, ВЗ и через фильтры LC и разделительные диоды Д1, Д2, ДЗ подается на измерительный орган подается напряжение той фазы, на которой оно максимально, так как в это время диоды фаз с меньшим напряжением закрыты напряжением фазы, в которой оно максимально. При таком включении измерительного органа напряжение на одной из фаз при асимметрии нагрузок не будет превышать допустимое значение. Основным недостатком такой схемы является ее сложность и громоздкость.

2. Регулирование напряжения генераторов переменного тока

Угольные регуляторы напряжения генераторов переменного тока имеют такие же элементы и одинаковый принцип работы, что и регулятор напряжения генераторов постоянного тока. Рассчитываются они как правило, на большие мощности и электромагнит регулятора имеет только две обмотки: рабочую и стабилизирующую. Результирующая МДС электромагнита регулятора напряжения будет равна: Fр=Fэ+Fст.

Для регулирования напряжения однофазных генераторов рис.__, рабочая обмотка электромагнита регулятора питается с выхода генератора через 2-х полупериодный выпрямитель. Обмотка стабилизации включается параллельно, а угольный столб последовательно с обмоткой возбуждения генератора. Последняя питается от бортсети постоянного тока. При работе регулятора с 3-х фазным генератором рабочая обмотка электромагнита включается через выпрямительный мост Ларионова на среднее напряжение всех 3-х фаз. Таким образом регулятор реагирует на изменение напряжения любой из фаз генератора. Физические процессы при работе системы генератор-регулятор протекает последующим образом. При увеличении напряжения генератора ток в рабочей обмотке электромагнита  F, что приводит к растяжению угольного столба, увеличение его сопротивления, уменьшение тока возбуждения и тока в обмотке  Fст стабилизации. Последнее предотвращает перерегулирование, т.к. суммарная НДС уменьшается и устойчивость системы увеличивается.

Недостатком такой системы является увеличение статизма, т.к. в этом случае Wст является элементом ЖОССС. Для повышения точности регулирования напряжения авиационных синхронных генераторов с возбуждением от бортсети постоянного тока применяются автоматические корректоры напряжения, основным элементом которых является МУ. Управляющая обмотка МУ через мост Ларионова

включается на среднее напряжение 3-х фазного генератора. Рабочие обмотки МУ нагружены основной (рабочей) обмоткой электромагнита регулятора. Поэтому система регулирования регулирует на значительно меньшие отключения напряжения.

При автоматическом регулировании синхронных генераторов с возбудителем угольные регуляторы управляют током возбуждения возбудителя. Это позволяет существенно уменьшить массу, габариты и мощность регулятора напряжения, так как ток возбуждения возбудителя значительно меньше тока возбуждения генератора. Отличительной особенностью схемы является отсутствие дополнительных средств повышения точности, так как возбудитель в системе регулирования является промежуточным усилителем. По такой схеме работает система регулирования напряжения генератора СГС-90/360 с угольным регулятором РН-60.

Для повышения устойчивости угольный регулятор имеет стабилизирующую обмотку Wст, включенную на зажимы возбудителя через трансформатор устойчивости ТС.

Устройство автомобилей

Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.
Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

где с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;
ω — угловая скорость ротора (якоря) генератора:
Ф — магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.
Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств, поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне. Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

назначение, устройство и работа регулятора напряжения

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

Читайте также  Автомобильный генератор 500 вт

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

Вибрационный регулятор напряжения

схема работы вибрационного регулятора напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.
Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1) имеет добавочный резистор Rо, который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ. Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора ОР, намотанная на сердечнике 4, включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор Rо.

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания Uр сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения Iр, начнет падать.
Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР. Когда напряжение уменьшится до значения замыкания Uз, сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится. При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.
В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения Uср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых — обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

регулятор напряжения автомобиля ВАЗ

Недостатком вибрационных регуляторов напряжения является наличие подвижных элементов, вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются.
Особенно сильно эти недостатки проявились в генераторах переменного тока, у которых ток возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах постоянного тока. Использование раздельных ветвей питания обмотки возбуждения и двухступенчатых регуляторов напряжения с двумя парами контактов не решали проблему полностью и приводили к усложнению конструкции регулятора, поэтому дальнейшее совершенствование шло, прежде всего, по пути широкого использования полупроводниковых приборов.
Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В, выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.
Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.
Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5…14,2 В.

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Ниже приведены принципиальные схемы подключения и работы полупроводниковых регуляторов напряжения различных типов и конструкций.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: