Угольные регуляторы напряжения

Угольные регуляторы напряжения

Принцип действия их основан на изменении сопротивления r_с угольного столба, включенного в обмотку возбуждения, набранного из тонких угольных шайб. Сопротивление столба складывается из сопротивления самих шайб r_ш и переходного сопротивления r_п множества точек соприкосновения поверхностей шайб. При этом r_п > r_ш  и, следовательно, r_с≈r_п. Переходное сопротивление зави­сит от силы. сжимающей столб: с увеличением силы сжатия (в пре­делах упругой деформации столба) число точек соприкосновения увеличивается, а сопротивление столба уменьшается.

Угольный столб 1 (рис. 3.19) включен последовательно с обмот­кой возбуждения генератора ω_в. Сила сжатия угольного столба обусловлена взаимодействием трех сил: силы сжатия F_п пружины 4, силы, F_э электромагнита 3, стремящейся уменьшить силу сжатия пружины, и силы F_p.c — реакции угольного столба. В дальнейшем для упрощения будем считать, что на якорь 2 электромагнита дей­ствуют, две силы: механическая F_м = F_п — F_p.c  и электромагнит­ная F_э

Электромагнитная сила зависит от результирующей м. д. с. об­моток, расположенных на сердечнике электромагнита: рабочей об­мотки ω_р, подключенной через регулируемый добавочный резистор R_р к шинам генератора: уравнительной обмотки ω_ур, предназна­ченной для равномерного распределения нагрузки между парал­лельно работающими генераторами; обмотки температурной компенсации  ω_т.к и его ряда обмоток, предназначенных для повышения точности стабилизации напряжения.

Регулирование напряжения угольным регулятором осуществля­ется следующим образом. При отсутствии напряжения генератора угольный столб сжат пружиной (сжатие уравновешивается только реакцией столба) и сопротивление его минимально. Следовательно, генератор возбуждается при минимальном сопротивлении цепи возбуждения. По мере увеличения напряжения генератора увеличивается ток в обмотке электромагнита.

Рис. 3.19, Принципиальная схема угольного регулятора напряжения

Электромагнитная сила так­же возрастает и, оказываясь больше противодействующей механиче­ской силы, вызывает перемещение якоря 2 в направлении к сердеч­нику электромагнита. Электромагнитная сила при этом еще больше увеличивается. Давление якоря на угольный столб уменьшается, сопротивление его растет, ток возбуждения снижается и напряже­ние стремится к заданному значению, которое соответствует равнове­сию сил, действующих на якорь. Механическая сила F_м при пере­мещении якоря к сердечнику также увеличивается, так как увели­чивается упругая сила пружины F_п, хотя сила реакции угольного столба F_p.с уменьшается.

Перемещение якоря закончится тогда, когда установится равновесие сил, действующих на якорь, т. е. F_э = F_м. Регулятор напряжения настраивают так, чтобы равновесие сил наступило при оп­ределенном значении напряжения. В процессе эксплуатации регу­лятор настраивают на заданное значение регулируемого напряже­ния с помощью регулируемого резистора R_р. Он выполняется в виде отдельного реостата и называется выносным сопротивлением.

При неподвижном якоре электромагнита в установившемся состоянии F_э = F_м. Сила электромагнита F_э зависит от положения якоря (координаты х, за начало отсчета которой выбрано положение якоря при F_э = 0) и тока i_э в обмотке электромагнита (рис. 3.20) Механическая сила F_м зависит только от положения якоря: F_м  = F_м (x). В зависимости от взаимного расположения характеристик F_м (х) и F_э(x, i_э) различают три вида настройки регулятора.

Рис. 3.20. Характеристика сил, дей­ствующих на якорь электромаг­нита

Настройка с положительным статизмом (рис. 3.21, а). В этом слу­чае наклон механической характе­ристики больше наклона электро­механических характеристик. Каж­дому значению тока в рабочей об­мотке электромагнита i_э1,а следо­вательно, и каждому значению напряжения генератора соответ­ствует лишь одна точка пересече­ния электромеханической и меха­нической характеристик (точка А при положении якоря х =x₁), определяющая положение равнове­сия сил, так как U₁ = r_э∑i_э1, где r_э∑ — общее сопротивление цепи, в которую включена рабочая об­мотка.

При  нарушении  равновесия (F_э1 = F_м1), например при увеличе­нии напряжения до U_з > U₁ вслед­ствие отключения нагрузки, рабо­чая точка А перемещается на элект­ромеханическую    характеристи­ку, соответствующую U₃ = i_эзr_э∑  , в точку Б, так как якорь не успе­вает изменить свое положение. Вследствие разности сил F_эз — F_м1 якорь начинает двигаться, перемещаясь в сторону  сердечника   -         элект­ромагнита, сопротивление угольного столба возрастает ток, воз­буждения и напряжение генератора уменьшаются. Рабочая точка перемещается вправо до тех пор, пока не будет достигнуто новое по­ложение равновесия (точка В), соответствующее току электромаг­нита i_э1(F_э1 = F_м1,  х =x₂).

Рис. 3.21. Механические и электромагнитные характеристики регулятора на­пряжения при настройке:

а—с положительным статизмом: б—с отрицательным статизмом; в—при астатической настройке

Рис. 3.22. Внешние характеристики генератора с регулятором напряжения

Таким образом, при настройке регулятора с положительным статизмом снижение нагрузки приводит к увеличению напряжения. Внешняя характеристика генератора при такой нагрузке, показан­ная на рис. 3.22 (кривая 7), имеет падающий характер.

Настройка с отрицательным статизмом (см. рис. 3.21, б). При та­кой настройке наклон механической характеристики меньше накло­на электромеханических характеристик. Проводя аналогичные рас­суждения, можно заметить, что с уменьшением нагрузки регулиру­емое напряжение уменьшится. Внешняя характеристика генератора с регулятором, настроенным с отрицательным статизмом, имеет вос­ходящий характер (рис. 3.22, кривая 2).