Угольные регуляторы напряжения генераторов

Угольные регуляторы напряжения

Страницы работы

Содержание работы

Угольные регуляторы напряжения

Принцип действия их основан на изменении сопротивления r_с угольного столба, включенного в обмотку возбуждения, набранного из тонких угольных шайб. Сопротивление столба складывается из сопротивления самих шайб r_ш и переходного сопротивления r_п множества точек соприкосновения поверхностей шайб. При этом r_п > r_ш и, следовательно, r_с≈r_п. Переходное сопротивление зави­сит от силы. сжимающей столб: с увеличением силы сжатия (в пре­делах упругой деформации столба) число точек соприкосновения увеличивается, а сопротивление столба уменьшается.

Угольный столб 1 (рис. 3.19) включен последовательно с обмот­кой возбуждения генератора ω_в. Сила сжатия угольного столба обусловлена взаимодействием трех сил: силы сжатия F_п пружины 4, силы, F_э электромагнита 3, стремящейся уменьшить силу сжатия пружины, и силы F_p.c — реакции угольного столба. В дальнейшем для упрощения будем считать, что на якорь 2 электромагнита дей­ствуют, две силы: механическая F_м = F_п — F_p.c и электромагнит­ная F_э

Электромагнитная сила зависит от результирующей м. д. с. об­моток, расположенных на сердечнике электромагнита: рабочей об­мотки ω_р, подключенной через регулируемый добавочный резистор R_р к шинам генератора: уравнительной обмотки ω_ур, предназна­ченной для равномерного распределения нагрузки между парал­лельно работающими генераторами; обмотки температурной компенсации ω_т.к и его ряда обмоток, предназначенных для повышения точности стабилизации напряжения.

Регулирование напряжения угольным регулятором осуществля­ется следующим образом. При отсутствии напряжения генератора угольный столб сжат пружиной (сжатие уравновешивается только реакцией столба) и сопротивление его минимально. Следовательно, генератор возбуждается при минимальном сопротивлении цепи возбуждения. По мере увеличения напряжения генератора увеличивается ток в обмотке электромагнита.

Рис. 3.19, Принципиальная схема угольного регулятора напряжения

Электромагнитная сила так­же возрастает и, оказываясь больше противодействующей механиче­ской силы, вызывает перемещение якоря 2 в направлении к сердеч­нику электромагнита. Электромагнитная сила при этом еще больше увеличивается. Давление якоря на угольный столб уменьшается, сопротивление его растет, ток возбуждения снижается и напряже­ние стремится к заданному значению, которое соответствует равнове­сию сил, действующих на якорь. Механическая сила F_м при пере­мещении якоря к сердечнику также увеличивается, так как увели­чивается упругая сила пружины F_п, хотя сила реакции угольного столба F_p.с уменьшается.

Перемещение якоря закончится тогда, когда установится равновесие сил, действующих на якорь, т. е. F_э = F_м. Регулятор напряжения настраивают так, чтобы равновесие сил наступило при оп­ределенном значении напряжения. В процессе эксплуатации регу­лятор настраивают на заданное значение регулируемого напряже­ния с помощью регулируемого резистора R_р. Он выполняется в виде отдельного реостата и называется выносным сопротивлением.

При неподвижном якоре электромагнита в установившемся состоянии F_э = F_м. Сила электромагнита F_э зависит от положения якоря (координаты х, за начало отсчета которой выбрано положение якоря при F_э = 0) и тока i_э в обмотке электромагнита (рис. 3.20) Механическая сила F_м зависит только от положения якоря: F_м = F_м (x). В зависимости от взаимного расположения характеристик F_м (х) и F_э(x, i_э) различают три вида настройки регулятора.

Рис. 3.20. Характеристика сил, дей­ствующих на якорь электромаг­нита

Настройка с положительным статизмом (рис. 3.21, а). В этом слу­чае наклон механической характе­ристики больше наклона электро­механических характеристик. Каж­дому значению тока в рабочей об­мотке электромагнита i_э1,а следо­вательно, и каждому значению напряжения генератора соответ­ствует лишь одна точка пересече­ния электромеханической и меха­нической характеристик (точка А при положении якоря х =x₁), определяющая положение равнове­сия сил, так как U₁ = r_э∑i_э1, где r_э∑ — общее сопротивление цепи, в которую включена рабочая об­мотка.

При нарушении равновесия (F_э1 = F_м1), например при увеличе­нии напряжения до U_з > U₁ вслед­ствие отключения нагрузки, рабо­чая точка А перемещается на элект­ромеханическую характеристи­ку, соответствующую U₃ = i_эзr_э∑ , в точку Б, так как якорь не успе­вает изменить свое положение. Вследствие разности сил F_эз — F_м1 якорь начинает двигаться, перемещаясь в сторону сердечника — элект­ромагнита, сопротивление угольного столба возрастает ток, воз­буждения и напряжение генератора уменьшаются. Рабочая точка перемещается вправо до тех пор, пока не будет достигнуто новое по­ложение равновесия (точка В), соответствующее току электромаг­нита i_э1(F_э1 = F_м1, х =x₂).

Рис. 3.21. Механические и электромагнитные характеристики регулятора на­пряжения при настройке:

а—с положительным статизмом: б—с отрицательным статизмом; в—при астатической настройке

Рис. 3.22. Внешние характеристики генератора с регулятором напряжения

Таким образом, при настройке регулятора с положительным статизмом снижение нагрузки приводит к увеличению напряжения. Внешняя характеристика генератора при такой нагрузке, показан­ная на рис. 3.22 (кривая 7), имеет падающий характер.

Настройка с отрицательным статизмом (см. рис. 3.21, б). При та­кой настройке наклон механической характеристики меньше накло­на электромеханических характеристик. Проводя аналогичные рас­суждения, можно заметить, что с уменьшением нагрузки регулиру­емое напряжение уменьшится. Внешняя характеристика генератора с регулятором, настроенным с отрицательным статизмом, имеет вос­ходящий характер (рис. 3.22, кривая 2).

3.2. Угольные регуляторы напряжения

Угольные регуляторы находят применение в системах элект­роснабжения постоянного и переменного тока для стабилиза­ции напряжения, как правило, коллекторных и контактных генераторов.

Рис. 3.2.1

Принцип действия регуля­торов этого типа основан на использовании зависимости со­противления его угольного столба от силы сжатия (рис. 3.2.1). Чем больше эта сила F, тем меньше сопротивление угольного столба r_с.

В серийных регуляторах минимальное сопротивление угольного столба находится в пределах 0,5. 0,8 Ом, максимальное сопротивление — 80. 100 Ом. Они позволяют обеспечить необходимое изменение тока возбуждения генератора от 1 до 40 А.

Угольный столб набирается из 40. 70 штук угольных шайб с отверстиями в центре. Крайние шайбы контактируют со спе­циальными пластинами, соединяющими угольный столб с внеш­ней цепью.

Принципиальная схема простейшего угольного регулятора напряжения приведена на рис. 3.2.2.

Рис. 3.2.2. Принципиальная схема угольного регулятора напряжения

Стабилизация напряжения с помощью этого регулятора осу­ществляется следующим образом. Якорь 3 регулятора нахо­дится под воздействием трех сил:

— силы F_п , создаваемой пружинами 4;

— силы F_э, создаваемой электромагнитом 5;

силы F_с упругой деформации угольного столба.

Разность сил пружин и упругой силы столба, действующих на якорь, принято называть механической силой F_м

На рис. 3.2.3 приведены характеристики сил, действующих на якорь электромагнита оз зависимости от его перемещения x .

Рис. 4.15 Зависимость сопротивления угольного столба от перемещения якоря (а) и характеристики сил, дейст­вующих на якорь электромагнита (б)

Пусть равновесное положение якоря соответствует его пе­ремещению

х = x₀, а напряжение генератора U = U₀. Тогда, на­пример, при повышении напряжения генератора возрастает ток в обмотке электромагнита _э и якорь 3 под действием силы F_э перемещается сердечнику 5 (растет величина перемещения якоря х).

Давление якоря на угольный столб уменьшается, его сопро­тивление возрастает, снижается ток возбуждения и напряже­ние стремится к заданному значению.

Угольные регуляторы могут быть (настроены астатически, на положительный или отрицательный статизм. Для угольных регуляторов напряжения их настройка опреде­ляется соотношениями механических и электромагнитных ха­рактеристик при перемещении якоря.

Механическая сила зависит только от положения якоря, т. е. F_м= F_м (х), а сила электромагнита — как от положения якоря, так и от приложенного к обмотке электромагнита на­пряжения, т. е. F_э = F_э (х, U).

Если наклон механической характеристики F_э (х) будет больше наклона электромагнитной F_э (х), то регулятор имеет настройку на положительный статизм (рис.3.2.4).

Рис. 3.2.4. Механические и электромагнитные характеристики угольного регулятора для случая его настройки на положительный статизм

Пусть при токе нагрузки генератора I = I₀ его напряжение U = U_ном, а х = x₀, F_м0 = F(х₀, U_ном ). В случае уменьшения тока нагрузки, когда I U_ном .Таким образом, при настройке регулятора на положительный статизм напряжение генератора с ростом нагрузки уменьшает­ся.

Для астатической настройки регулятора .необходимо, чтобы на всем рабочем участке перемещения якоря соблюдалось ра­венство

F_э(x) = F_м(x).

Это достигается подбором пружин, выбором профиля выем­ки кольца опоры пружин, изменением положения якоря и сер­дечника регулятора относительно друг друга.

Настройка регулятора на номинальное напряжение осущест­вляется путем изменения величины сопротивления резистора R_р , включенного последовательно с рабочей обмоткой электромаг­нита.

Устройства угольных регуляторов, применяемых при стаби­лизации напряжения генераторов постоянного и неременного тока принципиально не отличаются друг от друга.

Рис. 3.2.5

На рис. 3.2.5 показан разрез угольного регулятора напряжения. С целью лучшего отвода тепла от угольного столба 3 его помещают в покрытую изоляционным лаком оксидированную дюралюмини­евую трубку 4. Тепло от трубки 4 рассеивается с помощью ре­бристого радиатора 5. В корпусе 1 располагаются обмотки 12 и сердечник электромагнита 13. Радиатор и корпус электромаг­нита скрепляются друг с другом болтами 6. Якорь 2 с пружи­ной воздействует на угольный столб, который с противополож­ной стороны упирается в контактный винт 8. Этим винтом про­изводится регулировка начального натяжения пружины якоря, что разрешается делать только на заводе или в ремонтных ма­стерских. С целью уменьшения влияния вибраций на работу регулятора его подставка 10 сочленяется с основанием 11 при помощи специальных амортизаторов 9. На основании 11 кре­пится также резистор 7. точности поддержания напряжения в уголь-

Для повышения точности поддержания напряжения в угольных регуляторах предусматриваются обмотки температурной компенсации и корректирующие обмотки. С целью повышения устойчивости процесса регулирования устанавливаются рези­сторы и стабилизирующие трансформаторы, с помощью кото­рых осуществляется соответственно жесткая и гибкая отри­цательные обратные связи (их принцип действия будет рас­смотрен ори изучении угольного регулятора с дифференциаль­ным корректором напряжений).

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_ээлектромагнита 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_эрегулятора 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_ээлектромагнита в процессе работы постоянны, то потенциал точки Бостаётся 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 Ауменьшается. 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_rбудет 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.

Угольный регулятор напряжения УРН-423

Угольный регулятор (рис. 92) представляет собой электромеханический прямоходовой регулятор реостатного типа с плавно изменяющимся сопротивлением реостата.

Рис. 92. Общий вид угольного регулятора напряжения УРН-423:

1 — магнитопровод; 2 — скоба; 3 — винт стопорный; 4 — винт нажимной; 5 — провод неподвижного контакта; 6 — амортизатор; 7 —скоба; 8 — провод подвижного контакта; 9 — щель для проводов; 10 — винт.

Основными элементами угольного регулятора являются электромагнит и угольный столб. Электромагнит регулятора имеет замкнутую систему броневого типа.

Катушка 6 (рис. 93) электромагнита, намотанная на каркас 28, вкладывается в магнитопровод 1 и удерживается в нем основанием 5 магнитопровода. Основание крепится к магнитопроводу при помощи трех винтов 4. Через катушку проходит сердечник 2, который ввинчивается в основание магнитопровода и стопорится в нем при помощи двух винтов 3.

Якорь 8, являющийся частью подвижной системы регулятора напряжения, расположен над магнитопроводом. Между магнитопроводом и якорем поставлена шайба 7 из немагнитного материала. Радиалыно расположенные пакеты пружин 10 закреплены внутренними концами между пластинами 11 и 27, которые лежат над якорем и скрепляются с ним при помощи трех винтов 30. Внешние концы пружин опираются на опорное коническое кольцо 9.

Угольный столб 22, состоящий из отдельных шайб, помещен в фарфоровую трубку 21, укрепленную в ребристом корпусе 20 регулятора. Угольный столб одной стороной опирается на подвижный угольный контакт 23, закрепленный на плунжере 12. Плунжер укреплен на якоре электромагнита при помощи трех винтов 25. Другой стороной угольный столб опирается на неподвижный угольный контакт 19, запрессованный в нажимной винт 17, который ввинчен в скобу 16 и застопорен при помощи стопорного винта 18. Скоба укрепляется на корпусе винтами 15. Скоба 16 и плунжер 12 с контактной пластиной 26 изолированы от корпуса регулятора слюдяными прокладками 13 и фарфоровыми втулками 14. Для защиты подвижной системы от пыли и механических повреждений служит колпак 24.

Катушки электромагнита питаются по проводам, выходящим через специальную щель 9 (рис. 92) в магнитопроводе.

Подводящие провода к угольному столбу присоединяются следующим образом: один провод 8 присоединяется к проводу, выведенному от контактной пластины, а другой провод 5 — к скобе в верхней части угольного столба при помощи специального винта Ю, расположенного на скобе 2. Угольный столб включается в цепь возбуждения возбудителя, а катушка регулятора подключается к регулируемому напряжению (к зажимам генератора) через трансформатор и селеновые выпрямители.

Угольный столб 22 (рис. 93) набран из шайб, изготовленных из электрографитированного угля. Поверхность шайб шероховатая, поэтому общая площадь соприкосновения находится в прямой зависимости от давления на столб. С увеличением давления сопротивление столба уменьшается, а с уменьшением давления, наоборот, увеличивается. Угольный столб 22 сжимается пружиной 10. Электромагнит 6, притягивая якорь 8, противодействует пружине 10. Разность этих сил определяет давление на угольный столб. Давление и, следовательно, сопротивление угольного столба зависят от силы притяжения электромагнита, обмотка которого через селеновый выпрямитель и понижающий трансформатор напряжения ТРИ подключена к регулируемому напряжению (к зажимам генератора).

Рис. 93. Продольный разрез угольного регулятора напряжения УРН-423:

1 — магнитопровод; 2 — сердечник; 3 — стопорный винт сердечника; 4 — винт для крепления основания магнитопровода; 5 — основание магнитопровода; 6 — катушка электромагнита; 7 — немагнитная шайба; 8 — якорь; 9 — опорное коническое кольцо; 10 — пружина; 11 — пластина для крепления пружин; 12 — плунжер, на котором крепится угольный контакт; 13 — слюдяные прокладки; 14 — фарфоровая втулке; 15 — винт для крепления скобы; 16 — скоба; 17 — нажимной винт; 18 — стопорный винт; 19 — неподвижный угольный контакт; 20 — корпус регулятора; 21 — фарфоровая трубка; 22 — угольный столб; 23 — подвижный угольный контакт; 24 — колпак; 25 — винт для крепления плунжера; 26 — контактная пластина; 27 — пластина для крепления пружин; 28 — каркас катушки; 29 — прессшпановый поясок; 30 — винт для крепления пружин.

Принцип действия регулятора следующий: при номинальном напряжении генератора подвижная система находится в равновесии, т. е. сила натяжения пружины уравновешивает электромагнитное усилие катушки и реакцию столба. Снижение напряжения генератора при включении дополнительной нагрузки или в силу каких-либо других причин вызывает уменьшение тока, протекающего по катушке электромагнита. Уменьшение электромагнитного усилия нарушает равновесие, и подвижная система под действием избыточного усилия пружины смещается, сжимая угольный столб. Вследствие этого сопротивление столба уменьшается, увеличивая ток в обмотке возбуждения возбудителя, что ведет к увеличению напряжения возбудителя, к увеличению тока в обмотке возбуждения генератора и увеличению напряжения на зажимах генератора. После нескольких колебаний наступает равновесие подвижных частей регулятора и напряжение генератора стабилизируется.

Повышение напряжения генератора, вызванное уменьшением нагрузки или какими-либо другими причинами, приводит к увеличению сопротивления угольного столба и в конечном итоге к снижению и стабилизации напряжения на зажимах генератора.

Технические данные регулятора УРН-423 приведены в приложении 6.

Эксплуатация автоматических угольных регуляторов типа РУН

Содержание

1. Основные сведения.
2. Настройка регулятора напряжения.
3. Настройка стабилизирующего трансформатора.

Основные сведения.

Угольные регуляторы напряжения являются аппаратами прямого действия, непосредственно воздействующими на возбуждение регулируемой машины.

Регуляторы типа РУН (рис. 21.22) применяются для регулирования напряжения генераторов постоянного и переменного тока. Если регуляторы предназначены для генератора постоянного тока, контрольно-измерительная цепь, состоящая из катушки регулятора и установочного резистора Rу (ВС-240) или (ВС-244), подключается непосредственно к выводам генератора (рис. 21.23, а).

В регуляторах, предназначенных для генераторов перемениого тока, в контрольно-измерительную цепь включается выпрямитель (рис. 21.23, б).

Угольный реостат, состоящий из двух или четырех столбов тонких угольных шайб, последовательно включается в цепь возбуждения генератора постоянного тока, а в регуляторах, предназначенных для генераторов переменного тока, — последовательно в цепь обмотки возбуждения возбудителя синхронного генератора (см. рис. 21.23).

Активное сопротивление угольных столбов тем меньше, чем больше они сжаты. Для равномерного распределения реактивных нагрузок при параллельной работе синхронных генераторов в цепь электромагнитной катушки включается резистор R_c, к которому подводится питание от трансформатора тока ТрТ. Чтобы сгладить колебания напряжения, регуляторы снабжаются стабилизирующими устройствами.

Угольные регуляторы напряжения имеют четыре типоразмера с максимальной мощностью рассеивания 60, 120, 220 и 400 Вт (табл. 21.11).

Нагрузка угольного реостата в ваттах не должна превышать допускаемой для данного регулятора и указанной в его паспортной табличке.

Технические данные регуляторов типа РУН приведены в табл. 21.12.

Техническое обслуживание угольных регуляторов напряжения типа РУН.

Во время эксплуатации, а также после длительного периода эксплуатации (около 500 ч) или длительного хранения регулятор необходимо систематически осматривать. Необходимо также периодически, осторожно, ватой или сухой ветошью снимать угольную пыль с фарфоровых колец и с эмалированных стержней. Угольные столбы не должны иметь повреждений. Высота и сила нажатия на каждый столб должны быть одинаковыми.

Гибкие проводники, соединяющие контакты с серебряными шайбами, заложенными в угольных столбах, должны не касаться стоек или одни другого и

иметь некоторый запас; в противном случае при расслаблении угольного столба серебряные шайбы будут сворачиваться и препятствовать полному расслаблению. Якорь не должен касаться магнитопровода. Во избежание появления излишнего трения и перекосов не рекомендуется разбирать регулятор. При осмотре крепежа следует обратить внимание на натяжку винтов и особенно плоских пружин.

Настройка регулятора напряжения.

Чтобы регулятор поддерживал заданное напряжение в гарантируемых пределах при всех режимах работы генератора, сила втягивания якоря и сила реакции угольных столбов должны уравновешивать силу противодействующей пружины 12 (см. рис. 21.22) во всех положениях якоря — от самого нижнего до верхнего (т. е. при изменении сопротивления угольных столбов от наибольшего до наименьшего). Это достигается настройкой регулятора на заводе.

Полная или частичная замена шайб столбов практически не изменяет настройку регулятора, если положение противодействующей пружины, зафиксированное при заводской настройке, не было нарушено, а пределы изменения сопротивления угольного реостата соответствуют паспортным данным. Поэтому во избежание нарушения заводской настройки нельзя изменять положения противодействующей пружины. При полной или частичной замене шайб в столбах сопротивления параллельных ветвей должны быть одинаковыми; допускается отклонение не более ±10% от среднего сопротивления ветвей угольного реостата.

Правильность затяжки столбов угольных реостатов 3 (см. рис. 21.22) проверяется замером сопротивления реостата. Наименьшее и наибольшее сопротивления реостата каждого регулятора должны соответствовать паспортным данным.

При эксплуатации регуляторов затяжку столбов следует периодически проверять в соответствии с рекомендациями табл. 21.13.

Настройка стабилизирующего трансформатора.

В зависимости от параметра регулируемого генератора регулятор снабжается тем или иным стабилизирующим устройством — резистором, шунтирующим катушки электромагнита регулятора, или трансформатором типа ВТ 190/1-5.

Стабилизирующий трансформатор включается по схеме, приведенной на рис. 21.23, б. Настройку стабилизирующего трансформатора выполняют следующим образом. После включения генератора на холостой ход надо следить за напряжением генератора. Если оно не устанавливается и продолжает колебаться или устанавливается очень медленно, то стабилизация не настроена.

Следует убедиться в правильности включения трансформатора. Если при постепенном уменьшении сопротивления установочного реостата типа ВС-243 или ВС-245 в цепи первичной обмотки трансформатора нельзя прекратить колебания напряжения генератора, то необходимо поменять местами концы проводов, присоединяемых к выводам вторичной обмотки трансформатора Н2, К2 (см. рис. 21.23, б). После этого настройка стабилизирующего трансформатора заключается в том, чтобы выбором положения движка установочного реостата в цепи первичной обмотки стабилизирующего трансформатора отрегулировать минимально необходимый ток устойчивого для регулирования напряжения при холостом ходе генератора. Для проверки точности работы регулятора генератор запускают вхолостую, поддерживая частоту вращения неизменной, нагружают его до номинальной нагрузки, а затем плавно уменьшают нагрузку до нуля.

Работа регулятора считается удовлетворительной, если значение установившегося (не считая переходного процесса) напряжения во всем диапазоне номинальной нагрузки не отклоняется от среднего больше чем на ±2% для РУН-111 и РУН-121 и ±2,5% для РУН-131, РУН-131А и РУН-141.

Если при холостом ходе генератора напряжение выше требуемого, то это значит, что наибольшее сопротивление угольных столбов недостаточно. В этом случае рекомендуется ввести последовательно с угольными столбами добавочный резистор или выбрать регулятор с более высоким наибольшим сопротивлением.

Если при больших нагрузках якорь находится в верхнем положении, а напряжение падает, то это является признаком того, что в цепь возбуждения введен резистор чрезмерно большого сопротивления или что регулятор по наименьшему сопротивлению подобран неправильно.

В случае необходимости перехода на ручное регулирование следует ввести ручной реостат возбуждения и накоротко соединить провода, подведенные к угольным столбам автоматического регулятора.

Изменение напряжения. Изменение уставки напряжения, поддерживаемого регулятором, производится путем изменения значения сопротивления добавочного резистора ВС-240 или ВС-244, входящего в контрольно-измерительную цепь регулятора.

Для повышения напряжения генератора надо увеличить сопротивление добавочного резистора ВС-240 или ВС-244. Изменением сопротивления добавочного резистора можно устанавливать уровень напряжения, поддерживаемый на зажимах генераторов, в пределах 95-105% номинального, указанного на паспортной табличке регулятора. Закрепление движка резистора ВС-240 или ВС-244 производится поворотом его ручки по часовой стрелке. Резисторы ВС-240 поставляются для напряжений ниже 100 В.

Литература

Судовой механик: Справочник. Том 3 — Фока А.А. (2016)

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.

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.

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.

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%.

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 U_г