Методические указания по подготовке к выполнению и выполнению лабораторной работы Описание лабораторного стенда (стр. 9 из 20)

Для улучшения динамических свойств угольного регулятора в его технической схеме предусмотрены два стабилизирующих устройства – стабилизирующее сопротивление

и стабилизирующий трансформатор . С помощью сопротивления в угольном регуляторе реализована жесткая, отрицательная обратная связь, которая препятствует развитию интенсивных переходных процессов при коммутации значительных нагрузок на высоких частотах вращения вала генератора. Стабилизирующий эффект жесткой, отрицательной обратной связи проявляется в виде перераспределения тока узла между основной обмоткой регулятора и обмоткой возбуждения генератора. Поскольку использование жесткой обратной связи всегда сопровождается появлением статизма в характеристике объекта регулирования (в данном случае – появлением статизма в скоростной характеристике генератора), то ее следует отключать в рабочих режимах, в которых она не является достаточно эффективной. На низких частотах вращения вала и при больших нагрузках генератора (при малом сопротивлении угольного столба) устойчивость переходных процессов обеспечивается устройством гибкой обратной связи. Это устройство выполнено в виде трансформатора . Первичная обмотка трансформатора гибкой обратной связи включается параллельно обмотке возбуждения генератора, а вторичная обмотка – последовательно с основной обмоткой электромагнита. При согласовании полярности обмоток трансформатора с направлениями токов в обмотке возбуждения и основной обмотке регулятора, производная изменения тока возбуждения генератора всегда, через наведенную во вторичной обмотке ЭДС будет препятствовать изменению тока в основной обмотке регулятора.

Преодолевая недостатки вибрационного регулятора напряжения, проявляющиеся в виде пульсации напряжения на нагрузке и ограниченности величины тока возбуждения генератора, угольный регулятор уступает вибрационному регулятору в быстродействии. Этот недостаток угольного регулятора связан со значительной массой якоря его электромагнита. Дальнейший процесс совершенствования схем регуляторов напряжения шел по пути отказа от использования в регуляторе подвижных узлов и опорой на перспективную элементную базу.

Первым серийным регулятором напряжения, не содержащим подвижных узлов и предназначенным для использования в комплекте с мощными генераторами переменного тока, следует признать регулятор с силовым узлом в виде магнитного усилителя.

Схема регулятора напряжения, основанная на использовании магнитных усилителей, и алгоритм его взаимодействия с трехкаскадным, бесконтактным генератором переменного тока представлена на рисунке 3.20.

В регуляторе напряжения, схема которого представлена на рисунке 3.20, изменена не только элементная база, но и схемное исполнение его структурных узлов.

Текущее режимное состояние генератор фиксируется в виде электрического сигнала измерительного органа (ИО), выполненного в виде четырехплечевой мостовой схемы. На одну диагональ моста подается регулируемое напряжение генератора, с другой диагонали моста снимается сигнал, пропорциональный величине текущего значения напряжения генератора. Как правило, в качестве рабочего сигнала измерительного органа регулятора напряжения используется электрический сигнал, полярность которого показана направлением тока измерительного органа

.

Усилитель регулятора напряжения выполнен в виде каскадного соединения двух магнитных усилителей с самонасыщением МУ1 и МУ2.

Первый каскад усилителя (МУ1) выполнен однофазным (аналог усилителя, известного по лабораторной работе 2), с выходом на постоянном токе. Такие усилители, при показанном на рисунке 3.20 способе питания секций рабочей обмотки, называются быстродействующими. В быстродействующем магнитном усилителе рабочий и управляющий полупериоды в процессе перемагничивания их сердечников являются независимыми. Нарушение режима быстродействия такого усилителя проявляется в виде отставания по фазе тока в секции рабочей обмотки усилителя от напряжения питания, что происходит при активно-индуктивном характере нагрузки. Сохранить режим быстродействия усилителя при наличии конечной индуктивности обмотки управления

позволяет мостовая схема выпрямителя. Из схемы МУ1, можно установить, что пара диодов, шунтирующих сопротивление нагрузки (сопротивление обмотки ) магнитного усилителя, обеспечивает циркуляцию тока нагрузки за пределами каждой секции рабочей обмотки к концу рабочего полупериода его напряжения питания.

Рисунок 03.20. Регулятор напряжения на магнитных усилителях

Особенности формирования напряжения на нагрузочном сопротивлении магнитного усилителя МУ1 (на обмотке управления магнитного усилителя МУ2) представлены на рисунке 3.20 диаграммами а), б), в), г). В стационарном режиме работы усилителя, при нулевом значении тока в обмотке управления

, оба сердечника усилителя насыщены и к обмотке управления приложено напряжение, соответствующее диаграмме а). На схеме магнитного усилителя МУ1 направление тока в нагрузке и в секции рабочей обмотки показано применительно к положительной полуволне напряжения питания. При увеличении модуля тока в обмотке управления каждая полуволна напряжения питания магнитного усилителя моментом насыщения сердечников будет разделена на две составляющие. Вольт-секундная площадь первой составляющей полуволны напряжения питания соответствует приращению магнитного потока (индукции) в сердечнике от значения, определяемого МДС обмотки управления, до значения магнитного потока (индукции), определяемого насыщенным состоянием сердечника. На этом интервале времени индуктивное сопротивление секции рабочей обмотки магнитного усилителя велико (равно бесконечности при прямоугольной форме петли гистерезиса), и напряжение питания полностью приложении к секции рабочей обмотки. По достижении точки насыщения сердечника, индуктивное сопротивление секции рабочей обмотки резко уменьшается (становится равным нулю при прямоугольной петле гистерезиса), и напряжение питания будет приложено к нагрузочному сопротивлению усилителя. Диаграммы б), в), г) на рисунке 3.20 показывают деформацию формы напряжения на нагрузке МУ1 при дискретном увеличении модуля тока в обмотке управления .

В структуре трехфазного магнитного усилителя МУ2 задействованы три однотипных магнитных усилителя (аналога магнитному усилителю МУ1). К общим точкам секций рабочих обмоток этих усилителей подведено напряжение фаз трехфазного источника питания, а их обмотки управления соединены последовательно и являются нагрузочным сопротивлением для магнитного усилителя МУ1. Контур тока в секциях рабочих обмоток МУ2 и его нагрузочном сопротивлении (в обмотке возбуждения возбудителя), применительно к интервалу

изменения напряжения трехфазного источника питания, показан на рисунке 3.20 стрелками.

При нулевом значении тока в обмотке управления

трехфазного магнитного усилителя МУ2 к его нагрузочному сопротивлению будет приложено максимальное напряжение, определяемое мостовой трехфазной схемой выпрямителя. Это положение вытекает из принципа действия магнитного усилителя с самонасыщением. В стационарном режиме работы и нулевом токе в обмотке управления все сердечники трехфазного магнитного усилителя находятся в насыщенном состоянии и при оценке формы и величины напряжения, приложенного к нагрузке такого усилителя, индуктивным сопротивлением секций рабочих обмоток можно пренебречь. Этот режим работы магнитного усилителя МУ2 отличается от подобного режима магнитного усилителя МУ1 лишь тем, что каждая полуволна линейного напряжения трехфазного источника питания приложена к двум, последовательно соединенным, секциям рабочих обмоток. Поэтому величина ее вольт-секундной площади должна быть достаточной для перевода в насыщенное состояние пары сердечников. В этом можно убедиться при обходе контура тока, показанного стрелками на рисунке 3.20. На диаграммах, отражающих возможные режимные состояния магнитного усилителя МУ2, состояние насыщения всех сердечников магнитного усилителя показано диаграммой а).