книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

так и переменного тока. На рис. 4.20 приведена принципиальная схема включения угольного регулятора напряжения [17]. Уголь­ ный регулятор напряжения включает в себя угольный столб с сопротивлением гс, соединенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора (в данном случае постоянного тока), пружину П, стремящуюся сжать угольный столб, и электромаг­ нит Э, стремящийся разжать угольный столб. Пружина является эталоном (с силой сжатия пружины сравнивается сила электро-

магнита, зависящая от регулируемого напряжения). Электромаг­ нит имеет несколько обмоток, основная обмотка электромаг­ нита Wg, называемая рабочей, через добавочное сопротивление /"э.д Подключена на зажимы генератора.

Если напряжение генератора увеличивается, то давление на столбик уменьшается. На рис. 4.21 приведена зависимость со­ противления гс и деформации А/ угольного столба от давления на него. Уменьшение давления на столб приводит к увеличению его сопротивления, в результате чего ток возбуждения генера­ тора уменьшается и напряжение возвращается к прежнему за­ данному значению. Таким образом, работа угольного регулятора напряжения основана на деформации угольного столба, сопро­ вождающейся изменением его сопротивления.

Величина регулируемого напряжения устанавливается при помощи добавочного сопротивления гэ.д (выполняемого для удоб­ ства выносным) в цепи рабочей обмотки электромагнита. Увели­ чение этого сопротивления приводит к увеличению регулируемого напряжения и наоборот.

1Н

Силы, действующие на угольный столб, можно разделить на силы статические и силы динамические. К статическим силам относятся механическая сила Fм, являющаяся разностью сил, обусловленных пружиной регулятора Fn и реакцией угольного столба Fp[FM= Fn—Fp], и сила электромагнита, которая зависит от івоздушного зазора х (см. рис. 4. 5) и, если рассматривается действие одной лишь рабочей обмотки электромагнита, — напря­ жения на зажимах генератора U. Кроме того, к статическим силам следует отнести силу сухого трения, однако, она невелика

иею можно пренебречь.

Кдинамическим силам, появляющимся только во время де­ формации угольного столба,относятся сила инерции, обусловлен­

ная массой угольного столба, и сила вязкого трения, обусловленная тре­ нием подвижных частей о воздух и наведением э. д. с. движения

вобмотке электромагнита.

Вустановившемся режиме урав­

нение равновесия сил, действующих на угольный столб, имеет вид

Все силы, входящие в последнее уравнение, зависят от величины воздушного зазора х и могут быть представлены в виде графиков с ко­ ординатами F и х . При этом зави­ симость электромагнитной силы от воздушного зазора должна быть представлена в виде семейства кри­ вых, соответствующих различным величинам напряжения на зажимах генераторов.

На рис. 4. 22 приведен случай, когда наклон электромеханиче­

ских характеристик меньше наклона механической характери­ стики.

В положении равновесия, соответствующему пересечению электромехнической и механической характеристик при зазоре х0 (точка 0), регулируемое напряжение равно U2. После нару­ шения равновесия, например, вследствие сброса нагрузки, напря­ жение сразу увеличится до величины U\'>U2. Так как воздушный зазор сразу измениться не может, то рабочая точка в первый момент попадает на электромеханическую характеристику, соот­ ветствующую напряжению Uі (точка 1). Вследствие увеличения напряжения регулятор приходит в действие, воздушный зазор х начинает уменьшаться и рабочая точка перемещается влево, пока не попадет снова на механическую характеристику Fw

112

(точка 2). Нетрудно видеть, что новому положению равновесия соответствует напряжение U, большее, чем напряжение Н2, кото­ рое было перед изменением нагрузки генератора. Таким обра­ зом, в рассматриваемом случае регулятор настроен так, что уменьшение нагрузки приводит к увеличению напряжения, и на­ оборот, т. е. характеристика регулятора имеет падающий с на­ грузкой характер. Такая настройка регулятора, когда с увеличе­ нием нагрузки регулируемое напряжение падает, называется настройкойна положительный статизм.

Нетрудно убедиться, что если в качестве нагрузки принимать изменение скорости генератора, то аналогичное рассуждение показывает, что при настройке на положительный статизм с уве­ личением скорости величина регулируемого напряжения растет.

Если наклон электромеханической характеристики больше наклона механической, то аналогичные рассуждения показывают, что с увеличением тока нагрузки регулируемое напряжение уменьшается и наоборот, т. е. статическая характеристика регу­ лятора имеет восходящий характер. Подобная настройка регу­ лятора называется настройкой на отрицательный статизм.

Возможен случай, когда механическая характеристика совпа­ дает с одной из электромеханических. При такой настройке регу­ лятора положение равновесия при любой нагрузке будет соответ­ ствовать одному и тому же напряжению, т. е. регулируемое на­ пряжение не будет зависеть от нагрузки. Этот случай соответст­ вует так называемой астатической настройке регулятора напря­ жения. Авиационные угольные регуляторы, как правило, настраиваются на положительный статизм. Такая настройка способствует увеличению срока службы регулятора и повышает динамическую устойчивость процесса регулирования.

В процессе эксплуатации угольным регуляторам напряжения приходится работать при широком диапазоне изменения темпе­ ратуры. При этом сопротивление рабочей обмотки электромаг­ нита, выполненной из медной проволоки, будет сильно меняться, в результате чего напряжение настройки регулятора оказывается сильно зависящим от температуры. Поэтому, в угольных регу­ ляторах напряжения применяют температурную компенсацию. Температурная компенсация в угольных регуляторах напряже­ ния обычно осуществляется двумя способами:

включением последовательно с рабочей обмоткой электро­ магнита добавочного сопротивления из материала с малым тем­ пературным коэффициентом сопротивления (константан). Соот­ ношение сопротивлений меди обмотки и константана добавочного сопротивления выбираются обычно порядка 1 :5. Так как общее сопротивление электромагнита, включающее в себя сопротив­ ление рабочей обмотки и добавочное сопротивление, значительно превосходит сопротивление рабочей обмотки электромагнита, то изменение сопротивления рабочей обмотки в результате на­ грева мало сказывается на изменение общего сопротивления,

113

а следовательно, и на изменение тока в цепи электромагнита при заданном постоянном напряжении;

включением обмотки температурной компенсации WT, рас­ положенной на сердечнике электромагнита, на зажимы генера­ тора при одновременном включении сопротивления температур­ ной компенсации. М. д. с. этой обмотки составляет примерно 10% от м. д. с., создаваемой рабочей обмоткой и направлена на­ встречу ей. При таком соединении обмоток электромагнита регу­ лятора его результирующая м. д. с. Fs создается разностью м. д. с. рабочей обмотки и обмотки температурной компенсации:

где гэ.д — сопротивление температурной компенсации, величина которого практически не меняется;

гр — подстроечное сопротивление, выполненное из Кон­ стантина;

гэ.о — сопротивление рабочей обмотки при Ф = 20° С;

или

Для того чтобы результирующая м. д. с. не зависела от тем­ пературы, необходимо выполнить условие

Если выбрать WT и гт,0 так, чтобы было удовлетворено ра­ венство (4. 20), то

Гр Т Гэ.д -f- Гэ.о

остается постоянной при изменении температуры.

Таким способом удается значительно увеличить точность ра­ боты регулятора, почти полностью устранив влияние темпера­ туры на результирующую м. д. с.

114

В процессе работы регулятора угольный столб выделяет зна­ чительное количество тепла, которое может вызвать чрезмерный нагрев и ускоренный износ угольных шайб, изменение характе­ ристики пружины и удлинение деталей регулятора. Так как все эти факторы способствуют уменьшению точности работы регуля­ тора, то для их устранения прибегают к следующему:

а) угольный столб помещают в ребристый корпус из алюми­ ниевого сплава, благодаря чему обеспечивается более эффектив­ ный отвод тепла в окружающую атмосферу;

б) ребристый корпус, выполняющий роль радиатора, отде­ ляется от катушки экраном в виде стального колпачка, в кото­ ром располагается узел якоря регулятора.

Уравнение равновесия сил, действующих на якорь угольного

FM— механическая сила, равная разности силы сжатия пру­ жины и силы реакции угольного столба;

Fg— электромагнитная сила.

Запишем последнее уравнение в приращениях и в оператор­ ной форме

где

х0, Fо, 4.0 — равновесные значения зазора, силы и тока в обмотке электромагнита.

Знак «минус» перед частными производными по х взят для того, чтобы коэффициенты kw и kx были положительны. При рав­ новесном режиме

115

116

Получим уравнение для цепи электромагнита в относительных приращениях

Постоянная времени цепи электромагнита Тэ, как показывают расчеты, мала и ею можно пренебречь. В этом случае из послед­ него уравнения следует

Р+ 1)(Тд + кэтх) р

Т д + ^ э Т х

откуда следует, что в случае астатической настройки угольный регулятор представляет собой последовательное соединение инерционного и интегрирующего звеньев.

4. 4. КОРРЕКТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Для увеличения точности поддержания заданной величины напряжения угольными регуляторами иногда применяются спе­

117

так, что при равенстве напряжения на зажимах генератора номи­ нальной величине напряжение на диагонали мостика равно нулю, знак напряжения на диагонали мостика зависит от знака рассогласования напряжения генератора. В диагональ измери­ тельного мостика включено чувствительное поляризованное реле РП, которое замыкает контакты РП', если напряжение генера­ тора больше номинального, и перебрасывается в другое крайнее положение, соответствующее замкнутым РП" и разомкнутым РП' контактам в том случае, если напряжение генератора меньше номинального.

Для сохранения U= UH0M через корректирующую обмотку должен протекать небольшой ток гк.0, т. е. на входе усилителя р должно быть небольшое напряжение Нвх.0 (полярность этого на­ пряжения указана на рис. 4.24).

Допустим, что в начальный момент времени контакты поля­ ризованного реле РП разомкнуты и напряжение на входе усили­ теля равно нулю. При этом ток в корректирующей обмотке будет отсутствовать вследствие чего напряжение на зажимах генера­ тора будет больше номинального. Рост напряжения U приведет к замыканию контактов поляризованного реле РП' и конденса­ тор С начнет заряжаться через сопротивление R4. По мере за­ ряда конденсатора напряжение на входе усилителя начнет расти,, а вместе с тем будет расти и ток через корректирующую обмотку

стятся в другое крайнее положение, конденсатор С начнет заря­ жаться, и процесс будет повторяться. Таким образом, корректор напряжения работает как вибрационный регулятор напряжения* причем частота вибрации контактов определяется емкостью кон­ денсатора С и сопротивлениями Д4 и R5. Схему корректора на­

11Р