Регуляторы напряжения на магнитных усилителях

3.4.  Регуляторы напряжения на магнитных усилителях

Для регулирования напряжения бесконтактных трехфазных синхронных генераторов используют бесконтактные регуляторы, в которых исполнительным устройством, является магнитный уси­литель (рис. 3.6). Измерительное устройство выполнено с электри­ческим эталоном на нелинейной мостовой схеме с двумя стабилитро­нами. Питание его осуществляется от понижающего трансформа­тора Т₁, и трехфазного двухполупериодного выпрямителя. На вы­ходе измерительного устройства включена обмотка управления ω_у1, входного однофазного магнитного усилителя AM1. Вторым (выходным) каскадом усиления является трехфазный магнитный усилитель АМ2, нагрузкой которого служит обмотка возбуждения ω_вв возбудителя.

Каждый из магнитных усилителей выполнен с внутренней поло­жительной обратной связью. Питаются усилители от подвозбудителя генератора, частота тока которого обычно выше частоты тока генератора(800 Гц вместо 400 Гц). Входной магнитный усилитель, кроме обмотки управления ω_у1, имеет также уравнительную обмотку ω_ур, предназначенную для выравнивания реактивных токов па­раллельно работающих генераторов.

Рис. 3.6.  Принципиальная  электрическая схема регулятора напряжения на магнитных носителях.

Выходной каскад усилителя, помимо обмотки управления ω_у2, имеет еще обмотку смещения ω_см, питание которой подводится от трехфазного выпрямителя. Ре­зистором R4, включенным последовательно с обмоткой, устанавли­вается режим работы. Магнитодвижущая сила (м. д. с.) обмотки управления ω_у2 и обмотки смещения ω_см противоположны по знаку.

Принцип действия регулятора состоит в следующем. При уве­личении напряжения на зажимах генератора м. д. с. F_у1, создавае­мая обмоткой управления ω_у1 первого каскада магнитного усилите­ля, также увеличивается. Вследствие этого снижается ток I_У2, а следовательно, и м. д. с. F_y2 управляющей обмотки второго каскада (рис. 3.7. а). При практически неизменной м.д.с. обмотки смещения рабочая точка второго магнитного усилителя, положение которой определяется разностью м. д. с. обмоток смещения и управления, сдвигается влево. Ток в цепи возбуждения возбудителя I_вв (рис. 3.7, б) уменьшается, и напряжение генератора возвращается к первоначальному значению.

Измерительное устройство регулятора напряжения можно счи­тать безынерционным, рассматривая его как пропорциональное звено, В относительных приращениях его уравнение имеет вид u_и,у = k_и,уu, где u_и,у — относительное приращение напряжения на выходе измерительного устройства; u — относительное прираще­ние среднего значения линейных напряжений синхронного генера­тора; k_и,у — коэффициент усиления измерительного устройства с блоком питания.

Магнитные усилители по своим динамическим свойствам экви­валентны апериодическому звену:

                                                    (3.2)

где u_вхi — относительные   приращения напряжений на управляющих обмотках магнитного усилителя;    u_вых1 — относительное приращение напряжения на   выходе    магнитного     усилителя; Т_уА1— постоянная времени магнитного усилителя; k_уА1i — коэффициент    усиления магнитного   усилителя   по   i-му входному сигналу.

Рис. 3.7. Выходные характеристики маг­нитных усилителей первого каскада AM1 (а) и второго каскада АМ2 (б)

На вход   первого   каскада магнитного усилителя,  кроме напряжения   от   измеритель­ного устройства u_и,у подводится также напряжение u_ур от измерителя   рассогласова­ния реактивной нагрузки ге­нераторов — к обмотке ω_ур. Сигнал гибкой обратной связи по току в обмотке возбуждения воз­будителя подводится к стабилизирующей обмотке ω_ст. В соответ­ствии с (3.2) уравнение регулятора в относительных приращениях примет вид

где k_yA1i, k_уА1o.c, k_yA1yp —  коэффициенты усиления первого каскада соот­ветственно по сигналу от измерительного устройства u_и.у, сигналу обратной связи u_о.с и сигналу по цепи выравнивания реактивных мощностей u_ур.

Знак « — », стоящий перед правой частью уравнения, указывает, что увеличение напряжения на управляющей обмотке ведет к умень­шению напряжения на выходе магнитного усилителя. Для второго каскада усилителя АМ2 в относительных приращениях справедли­во уравнение

где u_вых2 — напряжение на выходе второго каскада магнитного усилителя;     k_уА2 — коэффициент усиления второго каскада магнитного усилителя; Т_уА2 — постоянная времени второго каскада магнитного усилителя.

Таким образом, в первом каскаде магнитного усилителя осуще­ствляется усиление напряжения от измерительного устройства и до­полнительно вводимых в систему регулирования сигналов управ­ления. Выходное напряжение первого каскада используется для управления вторым каскадом, рабочие обмотки которого через вы­прямители включены в цепь питания обмотки возбуждения возбу­дителя бесконтактного генератора.

По основному сигналу управления (напряжение от измеритель­ного элемента) передаточная функция регулятора представляет со­бой произведение передаточных функций двух инерционных звень­ев:

Однако, как показывают исследования и расчеты, с достаточной степенью точности два каскада усиления можно заменить одним - эквивалентным инерционным звеном:

                                        (3.3)

где Т_уА = Т_уА1 + Т_уА2 — постоянная    времени  эквивалентного усилителя его    коэффициент   усиления.