Угольные регуляторы напряжения, страница 2

Астатическая настройка регулятора напряжения (см. рис. 3.21, в). Механическая характеристика на некотором интервале из­менения совпадает с одной из электромеханических характеристик. Положение равновесия для любой нагрузки будет соответствовать одному и тому же напряжению, т. е. регулируемое напряжение не зависит от нагрузки, внешняя характеристика генератора с регуля­тором напряжения параллельна оси абсцисс (см. рис. 3.22, кривая 3). Угольные регуляторы напряжения, как правило, настраивают с небольшим положительным статизмом, так как при такой настрой­ке легче обеспечить устойчивость процесса регулирования.

Рис. 3.23. Угольный регулятор напря­жения

Угольный регулятор напряжения (рис. 3.23) состоит из уголь­ного столба 5, помещенного в дюралюминиевую трубку 7 с оксидно-лаковым покрытием, укрепленную в ребристом корпусе радиатора 6, электромагнита с сердечником 14 и подвижным якорем 11, ук­репленном на пружине 3, регу­лировочного винта 8. На сер­дечнике электромагнита распо­ложена обмотка 13. Корпус 12 электромагнита выполнен в виде стакана с крышкой 1. Пружина с якорем опирается на кольцо 10. Для предотвращения прили­пания якоря к сердечнику меж­ду корпусом электромагнита и опорным кольцом прокладывает­ся  диамагнитная (латунная) прокладка 2. Ребристый корпус соединен с корпусом электромагнита стальными винтами 4. Радиа­тор от электромагнита отделяется теплоизолирующим экраном в виде стального колпака 9.

Динамика работы угольного регулятора напряжения. Переход­ные процессы в угольном регуляторе напряжения можно предста­вить следующими уравнениями.

1. Уравнение изменения сопротивления угольного столба. Со­противление угольного столба r_с регулятора связано с перемеще­нием якоря х нелинейной зависимостью r_c= r_с (х).

Приращение сопротивления столба при его деформации

В относительных единицах

                                               (3.7)

где ρ_c  = Δr_c/(r_b + r_c0) — относительное изменение сопротивления угольного столба;

 —  коэффициент усиления угольного столба;

μ = Δx/x _o — относительное изменение расстояния между якорем и сердечни­ком электромагнита.

2. Уравнение движения якоря электромагнита. Уравнение рав­новесия сил, действующих в процессе движения на якорь электро­магнита, имеет вид

                                   (3.8)

где т — масса подвижных частей, приведенных к центру массы якоря элект­ромагнита; k_д — коэффициент демпфирования (вязкого трения); F_m = F_m  (x) — механическая сила, равная разности сил сжатия пружины и ре­акции угольного столба; F_э = F_э(х, i_э) — электромагнитная сила.

Уравнение (3.8) в малых приращениях и операторной форме мож­но представить следующим образом:

                     (3.9)

Уравнение в относительных приращениях можно получить, раз­делив обе части уравнения (3.9) на значение силы F_э0  = F_м0  в со­стоянии равновесия и введя обозначения:

Т_м = Ö mx₀ /F_э0 — постоянная времени, обусловленная мас­сой якоря;

Т_д = k_дx₀ /F_э0 — постоянная времени демпфирования уголь­ного столба;

d_с = (k_m — k_x) x₀ /F_э0 — коэффициент, характеризующий на­стройку регулятора (при астатической настройке и равны, следовательно, d_с =0 );

j_э          =  Δi/i _o — относительное изменение тока в обмотке элек­тромагнита;

μ = Δx/x _o — относительное изменение расстояния между           якорем и сердечником;

— коэффициент усиления, характеризующий эффективность электромагнита.

Тогда вместо (3.9) получим уравнение в относительных прира­щениях:

                                           (3.10)

3. Уравнение цепи рабочей обмотки электромагнита

,

где R_э — сопротивление цепи электромагнита; W_э — число витков электро­магнита; Ф_э = Ф_э (х, i_э) — магнитный поток, сцепленный с обмоткой элект­ромагнита.

В малых приращениях и операторной форме из (3.11) получим

                             (3.11)

К относительным приращениям можно перейти, разделив чле­ны уравнения (3.12) на равновесное значение U₀ = R_эi_э0:

u = j_э + T_эpj_э + T_x pm(3.10)

где  —  постоянная времени       цепи электромагнита;

— постоянная времени дополнительного демпфирования, характеризующая э.д.с., наводимую при движении якоря элект­ромагнита.

Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что величина T_эpj_э << T_x pmи ею можно пренебречь. При этом

u = j_э + T_x pm(3.14)

Объединив уравнения (3.7), (3.10), (3.14), получим уравнение угольного регулятора напряжения

                                      (3.15)

Таким образом, переходные процессы в угольном регуляторе напряжения описываются дифференциальным уравнением второго порядка.

Передаточная функция регулятора

                                                   (3.16)

и, следовательно, регулятор является колебательным звеном (кор­ни характеристического уравнения сопряженно-комплексные).

При астатической настройке регулятора (d_с = 0) передаточная функция представляет собой последовательное соединение инер­ционного и интегрирующего звеньев:

                                     (3.17)
Вопросы для самоконтроля

1. В чем преимущества измерительных органов с двумя стабилитронами?

2. Зависит ли частота переключении исполнительного органа релейного регулятора от частоты вращения генератора?

3. Из каких условий выбирается частота замыканий транзисторного ключа в импульсных регуляторах?

4. Будет ли влиять изменение угловой скорости синхронного генератора на работу фазосдвигающего устройства тиристорного регулятора и почему?

5. Обеспечивается ли астатическая настройка угольного регулятора на­пряжения для всех возможных режимов работы генератора?