Меню

Схема регулятора напряжения генератор переменного тока

ВРемонт.su — ремонт фото видео аппаратуры, бытовой техники, обзор и анализ рынка сферы услуг

Home Автоэлектроника Регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Регуляторы напряжения автомобильных генераторов

Упрощенная схема управления током возбуждения автомобильного генератора
Рис. 1. Способы управления током возбуждения: Г — генератор с параллельным возбуждением; Wв — обмотка возбуждения; Rд — дополнительное сопротивление; R — балластное сопротивление; К — коммутатор тока (регулирующий орган) в цепи возбуждения; а, б, в,г, д указаны в тексте.

Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работает в широком интервале изменения оборотов (900. 6500 об/мин). Соответственно изменяется и частота вращения ротора автомобильного генератора, а значит и его выходное напряжение.

Зависимость выходного напряжения генератора от оборотов двигателя внутреннего сгорания недопустима, так как напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть постоянным и не только при изменении оборотов двигателя, но и при изменении тока нагрузки. Функцию автоматического регулирования напряжения в автомобильном генераторе выполняет специальное устройство — регулятор напряжения автомобильных генераторов. Данный материал посвящен рассмотрению регуляторов напряжения современных автомобильных генераторов переменного тока.

Регулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением

Способы регулирования. Если главное магнитное поле генератора наводится электромагнитным возбуждением, то электродвижущая сила Eг генератора может быть функцией двух переменных: частоты n вращения ротора и тока Iв в обмотке возбуждения — Eг = f(n, Iв).

Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомобильных генераторах переменного тока, которые работают с параллельной обмоткой возбуждения.

При работе генератора без нагрузки его напряжение Uг равно его электродвижущей силе ЭДС Eг:
Uг = Eг = СФn (1).

Напряжете Uг генератора под током Iн нагрузки меньше ЭДС Eг на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении rг генератора, т.е. можно записать, что
Eг = Uг + Iнrг = Uг(1 + β) (2).

Величина β = Iнrг/Uг называется коэффициентом нагрузки.

Из сравнения формул 1 и 2 следует, что напряжение генератора
Uг = nСФ/(1 + β), (3)
где С — постоянный конструктивный коэффициент.

Уравнение (3) показывает, что как при разных частотах (n) вращения ротора генератора (n = Var), так и при изменяющейся нагрузке (β = Var), неизменность напряжения Uг генератора может быть получена только соответствующим изменением магнитного потока Ф.

Магнитный поток Ф в генераторе с электромагнитным возбуждением формируется магнитодвижущей силой Fв = W Iв обмотки Wв возбуждения (W — число витков обмотки Wв) и может легко управляться с помощью тока Iв в обмотке возбуждения, т.е. Ф = f (Iв). Тогда Uг = f[n, β, f(Iв)] 1 что позволяет удерживать напряжение Uг генератора в заданных пределах регулирования при любых изменениях его оборотов и нагрузки соответствующим выбором функции f(Iв) регулирования.

Автоматическая функция f(Iв) регулирования в регуляторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока Iв в обмотке возбуждения, которое имеет место при Iв = Uг/Rw (Rw — активное сопротивление обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 1): подключением к обмотке Wв параллельно (а) или последовательно (б) дополнительного сопротивления Rд: 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 Uг генератора удерживается в заданных пределах регулирования соответствующей автоматической корректировкой величины тока возбуждения.

Дискретно — импульсное регулирование

В современных автомобильных генераторах магнитодвижущую силу Fв обмотки возбуждения, а значит и магнитный поток Ф, изменяют периодическим прерыванием или скачкообразным уменьшением тока Iв возбуждения с управляемой частотой прерывания, т.е. применяют дискретно-импульсное регулирование рабочего напряжения Uг 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 и электрическая схемы генераторной установки с вибрационным регулятором
Рис. 2. Функциональная (а) и электрическая (б) схемы генераторной установки с вибрационным регулятором напряжения.

Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной батареей (АКБ), показана на рис. 2а, а электрическая схема — на рис. 26.

В состав генератора входят: фазные обмотки Wф на статоре СТ, вращающийся ротор R, силовой выпрямитель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения Wв (с активным сопротивлением Rw). Механическую энергию вращения Aм = f(n) 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 Rд, которое включено с обмоткой возбуждения Wв генератора последовательно. При срабатывании коммутирующего элемента (размыкание контакта К) на его выходе формируется сигнал τRд (рис. 2а).

Измерительный элемент (ИЭ, на рис. 2а) — это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции:

  1. функцию сравнения (СУ) механической упругой силы Fn возвратной пружины П с магнитодвижущей силой Fs = WsIs релейной обмотки S (Ws — число витков обмотки S, Is — ток в релейной обмотке), при этом результатом сравнения является сформированный в зазоре с период Т (Т = tр + tз) 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 Uг генератора и к аккумуляторной батарее (к последней через ключ зажигания ВЗ);
  3. функцию задающего устройства (ЗУ), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с силой упругости Fп и опорной силой Fо.

Работа регулятора напряжения с электромагнитным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 3 и 4).

скоростные характеристики генератора
Рис. 3. Изменение Uг, Iв, Rб во времени t: а — зависимость текущего значения выходного напряжения генератора от времени t — Uг = f (t); б — зависимость текущего значения в обмотке возбуждения от времени — Iв = f (t); в — зависимость среднеарифметического значения сопротивления в цепи возбуждения от времени t — Rб = f(t); I — время, отвечающее частоте (n) вращения ротора генератора.

Пока напряжение Uг генератора ниже напряжения Uб аккумуляторной батареи (Uг Uб) магнитодвижущая сила Fs релейной обмотки становится больше силы Fп возвратной пружины П, т.е. Fs= Is Ws > Fп. Электромагнитное реле срабатывает и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается дополнительное сопротивление.

Еще до размыкания контакта К ток Iв в обмотке возбуждения достигает своего максимального значения Iв max = UгRw > Iвб, от которого, сразу после размыкания контакта К, начинает падать, стремясь к своему минимальному значению Iв min = Uг/(Rw + Rд). Вслед за падением тока возбуждения напряжение генератора начинает соответственно уменьшаться (Uг = f(Iв), что приводит к падению тока Is = Uг/Rs в релейной обмотке S и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружиной П (Fп > Fs). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора Uг становится равным своему минимальному значению Umin, но остается несколько больше напряжения аккумуляторной батареи (Uгmin > Uб).

Начиная с момента размыкания контакта К (n = nmin, рис. 3), даже при неизменной частоте n вращения ротора генератора, якорь N электромагнитного реле входит в режим механических автоколебаний и контакт К, вибрируя, начинает периодически, с определенной частотой коммутации fк = I/Т = I/(tр + tз) то замыкать, то размыкать дополнительное сопротивление Rд в цепи возбуждения генератора (зеленая линия на участке n = nср = const, рис. 3). При этом сопротивление Rв в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значения Rw до величины Rw+Rд.

Читайте также:  Каким должно быть напряжение холостого хода однопостового сварочного трансформатора

Так как при работе регулятора напряжения контакт К вибрирует с достаточно высокой частотой fк коммутации, то Rв = Rw + τр где величина τр — это относительное время разомкнутого состояния контакта К, которое определяется по формуле τр = tр/(tз + tр), I/(tз + tр) = fк — частота коммутации. Теперь среднее, установившееся для данной частоты fк коммутации, значение тока возбуждения может быть найдено из выражения:

Iв ср = Uг ср/Rв = Uг ср/(RwрRд) = Uг ср/(Rw + Rдtр/fк),
где Rв — среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи возбуждения, которое при увеличении относительного времени τр разомкнутого состояния контакта К также увеличивается (зеленая линия на рис. 4).


Рис. 4. Скоростные характеристики генератора.

Процессы при коммутациях с током возбуждения

Рассмотрим более подробно, что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке Wв возбуждения протекает максимальный ток возбуждения Iв = Uг/Rw.

Однако обмотка возбуждения Wв 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 Iв = Uг/(Rw + Rд). 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 Rд) 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 (рис. 4), так как величина tр = τр/fк увеличивается с увеличением частоты fк коммутации, а абсолютное время tз замкнутого состояния контакта К уменьшается.

Из совместного рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 3 и рис. 4, вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красная линия б на рис. 3 и рис. 4) при повышении оборотов n уменьшается, так как при этом увеличивается среднеарифметическая величина (зеленая линия на рис. 3 и рис. 4) суммарного, пульсирующего во времени, сопротивления Rв цепи возбуждения (закон Ома). При этом среднее значение напряжения генератора (Uср на рис. 3 и рис. 4) остается неизменным, а выходное напряжение Uг генератора пульсирует в интервале от Umax до Umin.

Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение Uг 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 (β = Var) процессы регулирования в регуляторе напряжения протекают так же, как и при изменении частоты вращения ротора.

Пульсации регулируемого напряжения. При постоянной частоте n вращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (ΔIв на рис. 46) наводят соответствующие (по времени) пульсации регулируемого напряжения генератора.

Амплитуда пульсаций ΔUг — 0,5(Umax — Umin)* регулятора напряжения Uг от амплитуды тоновых пульсаций ΔIв в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования. Поэтому пульсации напряжения Uг на всех частотах вращения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напряжения Uг в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (n) ротора генератора.

* Следует заметить, что пульсации 2ΔUг являются неизбежным и вредным побочным проявлением работы регулятора напряжения. В современных генераторах они замыкаются на массу шунтирующим конденсатором Сш, который устанавливается между плюсовой клеммой генератора и корпусом (обычно Сш = 2,2 мкФ)

Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контакта К также неизменна (fк = I/(tз + tр) = const). При этом напряжение Uг генератора пульсирует с амплитудой ΔUр = 0,5(Umax — Umin) около своего среднего значения Uср.

При изменении частоты вращения ротора, например, в сторону увеличения или при уменьшении нагрузки генератора, время tз замкнутого состояния становится меньше времени tр разомкнутого состояния (tз 14,5 В; транзистор V2 управляет выходным каскадом; V3 — запирающий диод на входе выходного каскада; V4, V5 — мощные транзисторы выходного каскада (составной транзистор), включенные последовательно с обмоткой возбуждения (коммутирующий элемент КЭ для тока Iв); V6 шунтирующий диод для ограничения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения; R4, C1, R3 цепочка обратной связи, ускоряющая процесс отсечки тока Iв возбуждения.

Конструкция интегрального регулятора фирмы BOSCHЕще более совершенным регулятором напряжения является электронный регулятор в интегральном исполнении. Это такое исполнение, при котором все его компоненты, кроме мощного выходного каскада (обычно это составной транзистор), реализованы с помощью тонкопленочной микроэлектронной технологии. Эти регуляторы настолько миниатюрны, что практически не занимают никакого объема и могут устанавливаться непосредственно на корпусе генератора в щеткодержателе.

Примером конструктивного исполнения ИРН может служить регулятор фирмы BOSCH-EL14V4C, который устанавливается на генераторах переменного тока мощностью до 1 кВт (рис. 6).

В заключение следует отметить, что интегральные регуляторы напряжения, в принципе, ремонту не подлежат. Кроме некоторых отдельных случаев, которые подробно рассматривали здесь
Автомобильные генераторы фирмы BOSCH
и здесь
Автомобильный генератор Bosch K114v23/55a — конструкция и принципиальная схема.

Источник

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

26.09.2014

Автоматические регуляторы напряжения генераторов

Одним из наиболее важных условий, обеспечивающих правильную работу электрических установок, является постоянство напряжения питающих генераторов.

В установках постоянного тока достаточная степень постоянства напряжения обеспечивается компаундными генераторами. В установках переменного тока для сохранения постоянства напряжения приходится прибегать к автоматическим регуляторам напряжения.

Читайте также:  При каком напряжении заряжать аккумулятор гелевый

Автоматические регуляторы напряжения генераторов

Принципиальная схема включения угольного автоматического регулятора напряжения

На рис. 1 изображена принципиальная схема включения угольного автоматического регулятора напряжения. В состав схемы входят: угольный реостат 1, электромагнит с двумя обмотками 2 и 3 и пружина 5, создающая усилие, противодействующее электромагниту.

Обмотка 2 электромагнита включена на напряжение генератора Г между фазами А и С через выпрямитель 6.

Обмотка 3 электромагнита включена на вторичную обмотку трансформатора 4, первичная обмотка которого питается от возбудителя генератора В.

При нормальном напряжении генератора втягивающая сила электромагнита уравновешивается силой натяжения пружины. С повышением напряжения генератора сила электромагнита преодолевает натяжение пружины, якорь притягивается к сердечнику электромагнита, и поворачиваясь вокруг своей неподвижной оси, через вертикальный стержень передает растягивающее усилие на угольный столбик.

Сила натяжения на угольные шайбы уменьшается, сопротивление столбика возрастает, напряжение возбудителя уменьшается, в связи с чем уменьшается и напряжение генератора Г.

С уменьшением напряжения генератора Г втягивающая сила электромагнита уменьшается, под действием натяжения пружины якорь поворачивается и увеличивается сжатие угольного реостата.

Сопротивление реостата уменьшается, ток возбуждения увеличивается и напряжение генератора возрастает.

Если бы на электромагните была только обмотка 2, описанный процесс регулирования никогда бы не прекращался и напряжение генератора, изменившись один раз под действием какой-либо внешней причины, в дальнейшем колебалось бы под влиянием работы регулятора вокруг своего номинального значения.

Назначение обмотки 3 — сделать эти колебания затухающими и прекратить их после нескольких циклов с уменьшающейся амплитудой.

Магнитный поток обмотки 3 направлен навстречу потоку обмотки 2 и ослабляет действие обмотки 2 по мере подхода напряжения к номинальному значению, чем способствует быстрейшему прекращению колебаний напряжения.

Сопротивление 1C в цепи питания выпрямителя 6 служит для изменения пределов регулирования. Обычно его выбирают так, чтобы регулятор поддерживал напряжение в пределах от 95 до 105% номинального.

Назначение сопротивления 2С, питаемого от трансформатора тока ТТ, включенного в третью фазу, — создавать на своих зажимах падение напряжения. Падение напряжения на зажимах сопротивления 2С, складываясь геометрически с напряжением между фазами А и С, изменяет выходное напряжение выпрямителя в зависимости от реактивной нагрузки генератора. Это обусловливает постоянное распределение реактивной нагрузки между генераторами при их параллельной работе.

При работе одиночного генератора это устройство (так называемый компенсатор реактивной мощности) следует исключать из схемы регулятора, так как его наличие вызывает увеличение провала напряжения при пуске мощных асинхронных двигателей.

Изменяя величину сопротивления 3С, можно усилить или ослабить действие обмотки 3, т. е. в конечном итоге изменить время, в течение которого генератор достигает номинального напряжения.

Угольные регуляторы имеют ряд недостатков. Одним из наиболее существенных является малый срок службы угольных реостатов. В процессе эксплуатации угольные шайбы, из которых набирается реостат, «стареют», происходит их усадка и износ. Вследствие неравномерности этого явления равенство электрических сопротивлений отдельных угольных столбов нарушается, ток в столбах, имеющих минимальное сопротивление, увеличивается выше допустимого. При этом отдельные шайбы перегреваются, становятся хрупкими и при переменном сжатии их или вследствие вибрации и тряски судна дают трещины или рассыпаются. Иногда часть столба, работающего с перегрузкой, полностью выгорает.

Кроме того, угольным регуляторам свойственна небольшая скорость действия из-за наличия подвижных частей, имеющих определенную инерцию.

Более совершенным методом регулирования напряжения синхронных генераторов является компаундирование возбуждения.

Принципиальная схема компаундирования возбудителя синхронного генератора

На рис. 2 изображена принципиальная схема компаундирования возбудителя синхронного генератора. Возбудитель В генератора Г, кроме основной обмотки возбуждения ООВ, имеет дополнительную ДОВ. Дополнительная обмотка возбуждения питается током, пропорциональным току нагрузки генератора, получаемому от трансформатора тока ТТ через разделительный трансформатор напряжения РТ и выпрямитель В.

С увеличением тока нагрузки напряжение генератора Г падает. Одновременно увеличивается ток возбуждения в обмотке ДОВ возбудителя, его напряжение возрастает, ток возбуждения генератора Г усиливается и напряжение генератора поднимается.

Схема компаундирования регулируется таким образом, чтобы напряжение генератора сохранялось постоянным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. Однако напряжение синхронных генераторов, кроме тока нагрузки, зависит также и от коэффициента мощности последней. Чтобы избежать влияние изменяющегося коэффициента мощности, в схему компаундирования вводят электромагнитный корректор.

Наилучшие результаты в части поддержания постоянства напряжения дают синхронные генераторы с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

Принципиальная схема системы самовозбуждения и саморегулирования синхронного генератора

На рис. 3 дана принципиальная схема системы самовозбуждения и саморегулирования синхронного генератора.

Существенной частью этой системы является специальный трехобмоточный трансформатор Т. Обмотка I (обмотка напряжения) этого трансформатора подключена к клеммам статора генератора и в ней течет ток Iн, пропорциональный напряжению генератора: Iн = K1U. Действие этой обмотки аналогично действию параллельной обмотки возбуждения генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением.

Обмотка II (токовая) включена на трансформатор тока главной цепи генератора, через нее проходит ток Iт = K2I, пропорциональный току нагрузки генератора. Назначение этой обмотки аналогично назначению последовательной обмотки генератора со смешанным возбуждением.

Обмотка III является вторичной обмоткой трансформатора, ток в ней Iв равен геометрической сумме токов Iн и Iт. Этот ток, выпрямленный полупроводниковым выпрямителем В, питает обмотку возбуждения генератора ОВ.

Рассмотрим, как работает эта система. При вращении ротора генератора вследствие наличия в стали ротора остаточного магнетизма, генератор разовьет некоторую начальную э. д. с. При этом через обмотку I трансформатора Т пройдет ток. Образовавшееся в сердечнике трансформатора магнитное поле индуктирует вторичную э. д. с. в обмотке III и в ее цепи, а следовательно, и в обмотке ротора генератора потечет ток. Ток ротора усилит магнитное поле генератора, э. д. с. последнего возрастет, что в свою очередь вызовет увеличение тока в обмотке I трансформатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на клеммах генератора достигнет номинальной величины. В дальнейшем, при холостом ходе генератора и при сохранении неизменной скорости его вращения, напряжение генератора будет сохраняться постоянным.

Если в статорной обмотке генератора появится ток нагрузки, то он создаст магнитный поток реакции якоря, который ослабит магнитный поток ротора, вследствие чего напряжение на клеммах генератора должно было бы уменьшиться. Однако этому будет противодействовать обмотка II трансформатора. При появлении в ней тока, пропорционального току нагрузки, магнитный поток, создаваемый этим током в сердечнике трансформатора, вызовет увеличение э. д. с. вторичной обмотки и тем самым увеличение тока в обмотке возбуждения генератора. Напряжение на клеммах последнего возрастет до прежней величины.

Таким образом, принцип действия синхронного генератора с самовозбуждением и саморегулированием напряжения подобен принципу действия генератора смешанного возбуждения постоянного тока.

Однако следует учесть, что напряжение, развиваемое синхронным генератором, зависит не только от его нагрузки, но и от величины коэффициента мощности. При уменьшении коэффициента мощности, т, е. при возрастании угла ψ, напряжение генератора уменьшается и для его восстановления до прежней величины необходимо увеличить ток возбуждения.

Для того чтобы получить увеличение тока возбуждения, пропорциональное увеличению угла ψ, обмотку напряжения трансформатора Т подключают к клеммам генератора не непосредственно, а через дроссель Д. Величина индуктивного сопротивления дросселя выбирается такой, чтобы угол сдвига фаз между напряжением генератора и током в обмотке I трансформатора был бы равен почти 90°.

В этом случае диаграмма геометрического сложения токов в обмотках трансформатора Т будет иметь вид, изображенный на рис. 4.

Диаграмма геометрического сложения токов в обмотках трансформатора

Легко убедиться, что при увеличении угла ψ1 до величины ψ2 результирующий ток возбуждения генератора также возрастает, как это показано на рис. 4, а пунктиром.
Если бы фаза тока в обмотке I трансформатора Т совпадала бы с фазой напряжения генератора (как это изображено на рис. 4, б), то в этом случае, при увеличении угла ψ, величина результирующего тока возбуждения будет уменьшаться.

Читайте также:  Падения переменного напряжения линии

Уместно отметить еще одну особенность синхронных генераторов описываемой системы по сравнению с генераторами, получающими возбуждение от машинного возбудителя и оборудованными автоматическими регуляторами напряжения.

У генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения неизбежно имеет место некоторое запаздывание восстановления напряжения.

Это запаздывание объясняется следующими причинами.

1. Автоматический регулятор начинает действовать только после того, как на регулятор поступит уже изменившееся напряжение.
2. После поступления на регулятор сигнала об изменении напряжения необходимо некоторое время на срабатывание самого регулятора.
3. Возбудитель генератора вследствие наличия у него электромагнитной инерции изменяет свое напряжение, а следовательно, и напряжение генератора с некоторым замедлением.

У синхронных генераторов с самовозбуждением процесс регулирования напряжения начинается не после изменения напряжения, а одновременно с изменением тока статора, которое должно вызвать изменение напряжения.

Вследствие этой особенности системы как абсолютное значение величины изменения напряжения генератора при резких колебаниях его нагрузки, так и время восстановления напряжения значительно меньше, чем у генераторов с возбудителем и автоматическим регулятором напряжения.

Иногда в схемах самовозбуждения, для облегчения начала процесса самовозбуждения, предусматривают установку конденсаторов, включаемых в цепь дросселя, как указано на рис. 3 пунктиром. Емкость конденсаторов подбирается так, чтобы в их цепи возник резонанс напряжения, тогда начальное напряжение на обмотке III трансформатора Т резко возрастает и генератор уверенно возбуждается. Кроме установки конденсаторов, для тех же целей применяются и другие методы.

В качестве примера конкретных генераторов, выпускаемых промышленностью рассмотрим схему самовозбуждения и саморегулирования отечественных синхронных генераторов серии МСС (рис. 5).

Схема самовозбуждения и саморегулирования синхронных генераторов серии МСС

У этих генераторов, так же как и в описанной выше принципиальной схеме, применен трансформатор с тремя обмотками: напряжения I, токовой II и результирующей III. Необходимый сдвиг фазы тока в обмотке I относительно напряжения генератора осуществляется с помощью магнитного шунта, находящегося в трансформаторе, вследствие чего отпадает необходимость в отдельном дросселе. Новым элементом в этой схеме является дроссель Д. Этот дроссель служит для подрегулировки вручную напряжения генератора в пределах ±5% от номинального напряжения. На дросселе, помимо основных обмоток, помещены две дополнительные а и б. Обмотка а питается постоянным током от выпрямителя В3, подключенного к обмотке напряжения трансформатора Т.

С помощью регулировочного реостата Р1 можно менять величину тока в обмотке а. Изменение тока в этой обмотке вызывает изменение магнитного потока в сердечнике дросселя и, как следствие изменение его реактивного сопротивления. При изменении тока в дросселе одновременно изменяется ток, поступающий на выпрямитель B1, а следовательно, и ток возбуждения генератора.

Обмотка б используется при параллельной работе генераторов с разной мощностью, а также для поддержания постоянства напряжения генератора при колебании его частоты.

Для обеспечения начального самовозбуждения у генераторов серии МСС предусмотрен небольшой встроенный, вспомогательный генератор переменного тока с постоянными магнитами. Этот генератор включен на обмотку возбуждения главного генератора через свой выпрямитель В2. Начальный ток возбуждения обмотки ротора генератора получают через этот выпрямитель. В дальнейшем, когда вступит в действие основной выпрямитель B1, вспомогательный генератор возбуждения автоматически исключается из схемы, так как его выпрямитель В2 окажется запертым более высоким напряжением выпрямителя B1.

Элементы системы самовозбуждения и саморегулирования генераторов серии МСС выполняются в виде самостоятельных блоков размещаемых отдельно от генератора.

Следует отметить, что возможно создать очень большое число различных систем самовозбуждения и саморегулирования, отличающихся по числу, типу и способу включения входящих в них элементов. Почти каждая зарубежная фирма выпускает синхронные генераторы со своей системой самовозбуждения и саморегулирования. Изложенные в настоящей статье общие принципы помогут разобраться в особенностях различных систем, могущих встретиться на морских судах.

Источник



Схема регулятора напряжения генератор переменного тока

Электрооборудование двигателей внутреннего сгорания


Наши дополнительные сервисы и сайты:

e-mail: office@matrixplus.ru
tender@matrixplus.ru
icq: 613603564
skype: matrixplus2012
телефон +79173107414
+79173107418

г. С аратов

Реле регуляторы генераторов переменного тока

Реле-регуляторы генераторов переменного тока устроены проще, чем регуляторы генераторов постоянного тока. В схемах реле-регуляторов генераторов переменного тока не применяют реле-регуляторов обратного тока, так как выпрямитель, включенный между генератором и нагрузкой, не пропускает большого обратного тока. Для предотвращения разрядки аккумуляторной батареи обратным током через выпрямитель на генератор при длительной остановке двигателя в схеме предусмотрен специальный рубильник. В некоторых схемах реле-регуляторов не применяют реле ограничения тока нагрузки генератора. В этих схемах обмотки рассчитаны так, что с увеличением тока нагрузки и частоты возрастающее индуктивное сопротивление обмоток ограничивает ток генератора.

На рис. 21 показан реле-регулятор РР-115, работающий с генератором Г253 и состоящий из регулятора напряжения РН и реле включения РВ.

Работа регулятора напряжения и всех его элементов аналогична работе реле-регуляторов генераторов постоянного тока.

Рис. 21. Схема реле-регулятора РР-115 с генератором переменного тока Г 253

Рис. 21. Схема реле-регулятора РР-115 с генератором переменного тока Г 253

Реле включения обеспечивает питание обмотки возбуждения генератора от аккумуляторной батареи при малых числах оборотов через обмотку реле включения и через его контакты, а также через ярмо и замкнутые контакты регулятора напряжения. Когда напряжение на выводных зажимах выпрямителя превысит напряжение аккумуляторной батареи, обмотка возбуждения генератора будет питаться через выпрямитель.

Генераторы переменного тока могут работать с транзисторными реле-регуляторами (контактные и бесконтактные).

Рис. 22. Транзисторный регулятор генератора переменного тока

Рис. 22. Транзисторный регулятор генератора переменного тока

При использовании транзисторов в контактном реле-регуляторе через контакты прерывается слабый базовый ток транзистора, который регулирует более мощный ток возбуждения генератора. За счет этого увеличивается продолжительность работы контактов регулятора.

В бесконтактных транзисторных регуляторах (рис. 22) устанавливают кремниевый диод Д (стабилитрон). Обратный ток диода близок к нулю до определенного напряжения, при превышении которого величина обратного тока быстро увеличивается. Диод автоматически определяет величину напряжения, необходимую для регулятора.

В схему реле-регулятора включены два транзистора 7\ и Г2, регулирующие ток в обмотке возбуждения ОВ генератора Г.

При выборе генератора для электрооборудования двигателя внутреннего сгорания следует учитывать режим его работы. Если двигатель значительное время работает в режиме холостого хода при малых числах оборотов, целесообразнее применять генератор переменного тока, так как при правильном подборе числа оборотов ротора генератор может отдавать мощность даже при малых числах оборотов коленчатого вала двигателя. Кроме того, в генераторе переменного тока отсутствуют коллектор и щетки, которые являются наиболее чувствительными элементами генератора постоянного тока из-за нагрева и плохой коммутации тока при больших числах оборотов якоря. Поэтому в генераторах переменного тока допускаются высокие числа оборотов якоря. Однако заметной экономии в массе и стоимости генератор переменного тока не дает, так как в систему электрооборудования вводится выпрямитель, выполняющий функцию коллектора.

Для электрооборудования двигателей, которые основную часть времени работают на нагрузочных режимах, описанные выше преимущества генераторов переменного тока не могут быть полностью реализованы и использование в их электрооборудовании генераторов постоянного тока более целесообразно.

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

Источник