Измерительные устройства регуляторов напряжения и способы их включения

3.3.   Измерительные устройства регуляторов напряжения и способы их включения

В системах регулирования, действующих по принципу отклоне­ния, на вход измерительного устройства подается сигнал, пропор­циональный заданному (эталонному) напряжению U_э, и сигнал, про­порциональный регулируемому напряжению U. На выходе измери­тельного устройства получается сигнал рассогласования U_вых, являющийся функцией отклонения регулируемого напряжения от заданного значения U_вых = f (U — U_э). В соответствии со спосо­бом образования эталонного напряжения измерительные устройства разделяют на устройства с механическим и электрическим эталона­ми напряжения.

Измерительное устройство с механическим эталоном используют в угольном регуляторе напряжения. Эталоном здесь является сила пружины, действующая на якорь электромагнита и сжимающая угольный столб. Сила пружины уравновешивается силой реакции угольного столба и силой, создаваемой обмоткой электромагнита, к которой подводится напряжение, пропорциональное регулируе­мому напряжению. Выходной сигнал измерительного устройства — разность сил, действующих на якорь, которая зависит от отклонения напряжения от заданного значения. Недостаток эталона, основан­ного на использовании упругих свойств пружины, состоит в том, что с течением времени и при воздействии температуры эти свойства, а, следовательно, и эталонное значение напряжения изменяются.

Рис. 3.3. Принципиальные схемы из­мерительных устройств регуляторов напряжения с электрическим эта­лоном: а — со стабилитроном в одном плече моста; б — с двумя стабилитронами.

Наиболее распространены схемы измерительных устройств с электрическим эталоном (рис. 3.3), в качестве которого исполь­зуется напряжение стабилитрона, работающего в режиме пробоя. Рабочая точка выбирается на вертикальной части вольт-амперной характеристики стабилитрона. Стабилитрон VD1 включается в одно (рис. 3.3, а) или два (рис. 3.3, б) плеча моста. Напряжение на выходе измерительного моста определяется разностью потенциалов точек а и б схемы. Для схе­мы

Рис. З.4. Характеристики измерительных устройств: а – с  одним стабилитроном;  б – с двумя стабилитронами.

на рис. 3.3, а, если принять напряжение пробоя U_CT стабилит­рона постоянным, U_вых = U_a – U_g = U_ct – (R₃ / R₂ + R₃)U_вх , а зависимость U_вых =   f(U_нх) имеет вид, представленный на рис. 3.4, а.

Чувствительность измерительного устройства . 

Для  схемы  на   рис.  3.3,  б  U_вых = U_a – U_б = 2U_cт – U_нх , а зависимость U_вых = f (U_вх) показана на рис. 3.4. Чув­ствительность схемы рис. 3.3, б больше, чем схемы рис. 3.3, а, так   как   в этом случае

Рабочая точка, соответствующая значению U_э, на характе­ристиках измерительных устройств со стабилитронами выбирается исходя из принципа действия регулятора напряжения. Так, для регуляторов напряжения с магнитными усилителями за рабочую точку принимают U'₀,    т. е. с увеличением напряжения U_вх значение U_вых увеличивается (рис. 3.4, б). В измерительных устройствах тиристорных регуляторов напряжения применяют подпитку мостовой схемы напряжением U_п от подвозбудителя генератора (штриховая линия, рис. 3.3, б). Зависимость U_вых = f (U_BX) для этого случая показана на рис. 3.4, б штриховой линией.

Для тиристорных регуляторов напряжения рабочей точкой яв­ляется точка U``₀, т. е. с увеличением напряжения U_вх значение U_вых уменьшается.

Рис.   3.5.   Схемы   включения   измерительных устройств: а – на выпрямленное линейное напряжение; б - на выпрямленное напряжения фазы.

Погрешности измерительных устройств со стабилитронами обу­словлены главным образом воздействием температуры. В режиме пробоя стабилитроны имеют положительный температурный коэффициент k_ν, т. е. стабилизи­рованное напряжение увели­чивается:

Для компенсации темпе­ратурных погрешностей ста­билитронов последовательно с ними в цепь включают дио­ды или стабилитроны, рабо­тающие в режиме проводи­мости. Тогда при увеличении температуры падение напряжения на них уменьшается, т. е.   Число m последовательно включаемых стабилитронов, работаю­щих в режиме проводимости, для температурной компенсации n стабилитронов, работающих в режиме пробоя, выбирают из ус­ловия

т.е. 

Для трехфазных генераторов измерительные устройства их ре­гуляторов напряжения включают либо на среднее напряжение U_cp через трехфазную мостовую выпрямительную схему А.Н. Ла­рионова (рис. 3.5, а), либо на среднее напряжение U`_ср через трех­фазный однополупериодный выпрямитель (рис. 3.5, б).

Для мостовой схемы

где    U_АВ,  U_ВС, U_СА  — действующие     значения     линейных     напряжений;  — коэффициент пропорциональности  при  синусоидальной форме напряжения.

Для схемы однополупериодного выпрямления

где    U_А,  U_В, U_С  — действующие значения напряжения фазы; .

Необходимо отметить, что измерительные устройства регулято­ров напряжения трехфазных генераторов нельзя включать на одно выпрямленное линейное или фазное напряжение, так как при не­симметричных нагрузках вследствие искажения треугольника ли­нейных напряжений регулятор не обеспечивает правильного регу­лирования.