Методические указания по подготовке к выполнению и выполнению лабораторной работы Описание лабораторного стенда (стр. 11 из 20)

Таким образом можно констатировать, что источник электропитания, образованный на основе подвозбудителя и выпрямителя В1, обеспечивает открытое состояние транзисторов

, и режим протекания максимального тока в обмотке возбуждения возбудителя (в обмотке возбуждения генератора).

Рисунок 3.22. Полупроводниковый регулятор напряжения

Для приведения в соответствие величины тока, протекающего по обмотке возбуждения возбудителя, с величиной тока, определяемой регулировочной характеристикой генератора, в рассматриваемом регуляторе использован широтно-импульсный способ управления временем открытого состояния транзистора

(транзистора ). Модулятор ширины импульсов (МШИ) выполнен в виде микросхемы, в которой функционально объединены компаратор (дифференциальный усилитель), триггер Шмитта и усилитель, обеспечивающий согласование выходного сигнала МШИ с базовой цепью транзистора . Поскольку транзистор находится в открытом состоянии при наличии сигнала , то изменить состояние этого транзистора можно только при условии, что выходной сигнал МШИ будет положительным относительно общей «земли» и превышающем по модулю сигнал . Форма и величина этого сигнала ( ) зависит от параметров вторичного источника электропитания (ВИП) и организации взаимодействия напряжений двух источников – напряжения (напряжения источника, вскрывающего транзисторы , ) и напряжения (напряжения на выходе модулятора ширины импульсов).

Для реализации логики работы регулятора напряжения (уменьшения тока в обмотке возбуждения возбудителя при увеличении напряжения генератора и увеличения тока в обмотке возбуждения возбудителя при снижении напряжения генератора) на входные цепи компаратора подаются два сигнала – опорный и сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения генератора. Опорный сигнал (

) формируется цепочкой резисторов и стабилитроном от сервисного источника вторичного электропитания (ВИП). Сигнал, пропорциональный текущему значению напряжения генератора ( ), формируется в виде выходного напряжения трехфазного, однополупериодного выпрямителя В4. Пульсация этого напряжения, приближенная с помощью конденсатора и системы резисторов к форме «пилы» ( ), подается на второй вход компаратора. На интервалах времени, на которых выполняется неравенство , на выходе компаратора (на выходе МШИ) будет присутствовать сигнал , прямоугольной формы и положительный относительно общей «земли». Если для напряжений и выполняется соотношение > , транзистор будет закрыт. При этом будет закрыт и транзистор , а полное напряжение выпрямителя В1 будет приложено к переходу эмиттер-коллектор транзистора .

Таким образом, при соотношении амплитуд напряжений

и в виде интервал времени существования напряжения на выходе модулятора ширины импульсов можно рассматривать как время закрытого состояния транзистора .

Настройка регулятора напряжения состоит в выборе правильного расположения напряжения «пилы»

относительно опорного напряжения в выбранном режиме работы генератора. Например, как это чаще всего бывает, если для настройки генератора выбран режим холостого хода генератора, то взаимное расположение напряжения «пилы» и опорного напряжения относительно общего «нуля» схемы регулятора должно соответствовать диаграмме на рисунке 3.22 (верхняя «пила»). В этом случае длительность импульса напряжения на выходе компаратора, а, следовательно, и на выходе МШИ, будет наибольшей. Если при этом средняя величина напряжения на обмотке возбуждения возбудителя обеспечивает расчетное значение тока возбуждения, то настройка закончена. Если ток возбуждения не соответствует расчетному значению, то используется подрегулировка величины опорного напряжения с помощью подстроечного резистора . При таком подходе к настройке регулятора напряжения (номинальное напряжение в режиме холостого хода генератора), увеличение нагрузки приведет к снижению уровня «пилы» относительно опорного напряжения и, следовательно, к увеличению ток в обмотке возбуждения генератора.

Регуляторы напряжения, представленные на рисунках 3.21 и 3.22 обеспечивают режим автономного возбуждения генераторов, что является их отличительно особенностью.

Следует отметить, что элементная база и регулятора напряжения на магнитных усилителях, и полупроводникового регулятора напряжения допускают реализацию как непрерывного закона изменения напряжения на обмотке возбуждения генератора (по типу угольного регулятора), так и дискретного закона изменения величины напряжения на обмотке возбуждения (по типу вибрационного регулятора). Предпочтение, отданное дискретному принципу управления (широтно-импульсному принципу управления), базируется на том, что при использовании импульсных регуляторов удается получить более экономичные технические решения.

Объектом исследования в лабораторной работе является регулятор напряжения (рисунок 3.23), в схеме которого присутствуют элементы и регулятора на магнитных усилителях, и элементы полупроводникового регулятора. При анализе структуры регулятора и взаимодействия его основных звеньев следует учесть, что исследуемый регулятор предназначен для стабилизации напряжения синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов. Этот генератор является структурным агрегатом электромеханического преобразователя напряжения сети постоянного тока в переменное, стабилизированное по частоте и уровню напряжение переменного тока. Вторичные источники электропитания на основе электромеханических преобразователей используются в самолетных системах электроснабжения для питания групп потребителей, для которых параметры электроэнергии первичных источников переменного тока не являются удовлетворительными. Два возмущения (возмущение, связанное и изменением напряжения сети постоянного тока, и возмущение, связанное с изменением нагрузки генератора) отрабатываются в электромеханическом преобразователе регуляторами частоты и напряжения.

Рисунок 3.23. Регулятор напряжения источника вторичного электропитания

Для компенсации влияния указанных возмущений принцип на уровень напряжения на нагрузке генератора используется принцип управления током в обмотке подмагничивания спинки якоря (ОУГ) в соответствии с регулировочной характеристикой генератора. Управление величиной тока в обмотке ОУГ осуществляется импульсным методом, за счет изменения режима работы силового транзистора

, включенного последовательно с обмоткой управления. Как и в схеме полупроводникового регулятора (рисунок 3.22) режим работы силового транзистора выбран ключевым, с широтно-импульсным управлением соотношением его времени насыщенного (открытого) состояния и времени отсечки (закрытого состояния). С целью уменьшения мощности сигнала управления силовой транзистор включен как оконечный каскад составного транзистора, состоящего из функционально объединенных транзисторов , и . Принцип соединения транзисторов в усилителе регулятора, показанный на рисунке 3.23, получил название «схема Дарлингтона». Источником питания силовой цепи регулятора напряжения является бортовая сеть постоянного тока. Предпочтение использованию именно этого источника питания отдано с учетом того, что сеть постоянного тока является первичным источником энергии для электромеханического преобразователя. Как и в схеме регулятора, представленного на рисунке 3.22, от источника питания обмотки управления генератора (сети постоянного тока) формируется сигнал ( ) перевода транзисторов усилителя в открытое состояние. Величина этого сигнала согласуется с параметрами транзисторов путем подбора сопротивлений резисторов , , , . Таким образом, с подключением преобразователя к сети постоянного тока, одновременно наступает режим насыщения составного транзистора, и величина тока в обмотке управления генератора будет определяться только напряжением сети и сопротивлением обмотки.