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

пряжения можно построить так, чтобы при переходе напряжения генератора через номинальное значение изменялся знак тока в корректирующей обмотке.

Из принципа действия корректора напряжения следует, что ток в корректирующей обмотке основного регулятора напряже­ ния t£jKначинает расти, как только наступит рассогласование по напряжению в точке подключения измерительного органа кор­ ректора. Поэтому корректор напряжения может быть представ­ лен в виде интегрирующего звена, постоянная времени интегри­ рования которого зависит от емкости С и сопротивлений R4 и R5. Если R4 = R5 = R, и работа происходит на начальном участке экспоненты заряда и разряда конденсатора, то

о

где TK= RC — постоянная времени интегрирования;

иным из-за того, что имеется некоторая мертвая зона между на­ пряжениями срабатывания и отпускания поляризованного реле.

Различают центральные и дифференциальные корректоры напряжения. Центральные корректоры напряжения отличаются ют дифференциальных тем, что их измерительный орган подклю­ чается к такой точке электрической сети, напряжение в которой желательно поддерживать постоянным, причем на выход коррек­ тора включаются корректирующие обмотки регуляторов напря­ жения всех работающих параллельно генераторов.

Дифференциальные корректоры напряжения рассчитаны на питание корректирующей обмотки лишь одного регулятора на­ пряжения, а их измерительный орган включается на зажимы генератора. Обычно дифференциальные корректоры напряже­ ния применяют в том случае, если на летательном аппарате уста­ новлен один генератор, или если не предусматривается парал­ лельная работа генераторов.

4 . 5. РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ НА МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Недостатком угольных регуляторов напряжения является несовершенство их измерительного органа, в результате чего точность регулирования напряжения получается недостаточно высокой.

В то же время угольный столб является очень удобным и компактным исполнительным устройством, позволяющим осу­ ществлять изменение тока возбуждения в широком диапазоне. В связи с этим нашли применение регуляторы напряжения, в ко-

120

торых угольный столб используется лишь как исполнительное устройство, а измерительный орган выделяется отдельно. Осо* бенно удобно такое сочетание, если требуется регулировать напряжение генераторов переменного тока нестабильной частоты. В этом случае необходим очень большой диапазон изменения тока возбуждения генератора. При этом в качестве устройства, связывающего измерительный с исполнительным органом, используется магнитный усилитель, который выполняет также и роль усилительного устройства (рис. 4.25).

Рис. 4.25. Принципиальная схема регулятора напряжения синхронного генератора нестабильной частоты

Измерительный орган регулятора выполнен на нелинейном мосте со стабилитроном Ст, ів ы х о д измерительного органа вклю­ чен на обмотку управления магнитного усилителя — Wy. Магнит­ ный усилитель, кроме обмотки управления, имеет обмотку поло­ жительной обратной связи W0.с и стабилизирующую обмотку WстОбмотка положительной обратной связи увеличивает коэф­ фициент усиления магнитного усилителя. Стабилизирующая обмотка через конденсатор С подключена параллельно обмотке возбуждения генератора благодаря чему м. д. с. этой обмотки пропорциональна производной от напряжения на обмотке воз­ буждения генератора. Выход магнитного усилителя подключен к обмотке электромагнита последовательно с обмоткой обрат­ ной связи Wo.c Измерительный орган можно принять безынер­ ционным, поэтому м. д. с. обмотки управления магнитного уси­ лителя пропорциональна рассогласованию по напряжению. Учи­ тывая, что м. д. с. стабилизирующей обмотки пропорциональна производной от напряжения на обмотке возбуждения и приняв

121

магнитный усилитель инерционным звеном, можно написать

ность сигнала по производной.

Угольный столб, включенный в цепь возбуждения генера­ тора, является исполнительным устройством регулятора напря­

Связь напряжения на обмотке возбуждения с напряжением генератора может быть найдена на основании следующего.

Для цепи возбуждения генератора можно написать

или в приращениях и в операторной форме

Гв= — —постоянная времени цепи возбуждения.

Гв

Зависимость напряжения генератора от тока возбуждения «определяется внешней характеристикой возбуждения (для дан­ ной скорости вращения):

Разделив обе части последнего соотношения на равновесную вели­ чину напряжений U, получим

122

где Хв — коэффициент, характеризующий нелинейность кривой намагничивания генератора.

Из уравнений (4:38) и (4.40) следует

I

Объединив уравнения (4.35), (4.36), (4.41), запишем уравнение регулятора напряжения

W + (тл+ К Т Х) р + 8С] ( 1 + т,р) е с =

Другим примером регулятора напряжения, построенного на комбинации магнитного усилителя с угольным столбом является схема регулятора напряжения электромашинного преобразова­ теля постоянного тока в переменный, приведенная на рис. 4.26.

Здесь для измерительного органа используется электромаг­ нитный стабилизатор напряжения. Результирующая м. д. с. об­ моток начального подмагничивания и управляющей обмотки пропорциональна рассогласованию по напряжению. Магнитный усилитель выполнен по схеме с самоподмагничиванием. Выход магнитного усилителя включен на обмотку электромагнита уголь­ ного столба последовательно со вторичной обмоткой стабилизи­ рующего трансформатора. В схеме регулятора применено также регулирование по нагрузке при помощи трансформатора тока Т-і, первичная обмотка которого включена в цепь нагрузки гене­ ратора, а вторичная, через выпрямительный мост на компенса­ ционную обмотку управления магнитного усилителя wK.

Примером регулятора напряжения, в котором магнитный усилитель используется, как исполнительное устройство, может служить регулятор напряжения бесконтактного генератора пере­ менного тока стабильной частоты (рис. 4.27).

Измерительный орган выполнен на нелинейном мосте с двумя стабилитронами. Измерительный орган включен на обмотку управления входного магнитного усилителя (первый каскад). Выходной каскад выполнен на трехфазном магнитном усили­ теле, на выход его включена обмотка возбуждения возбудителя генератора (через трехфазный двухполупериодный, выпрями­ тель) . Последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя включена первичная обмотка стабилизирующего трансформа­ тора Тр, вторичная обмотка которого питает стабилизирующую

123

телей выполнены с самоподмагничиванием и питаются от вспо­ могательного магнитоэлектрического синхронного генератора, частоты тока которого обычно берут выше частоты тока основ­ ного генератора (например, если основной генератор имеет частоту тока 400 Гц, то вспомогательный 800 Гц). Использование в схеме регулятора двухкаскадного магнитного усилителя позволяет уменьшить постоянную времени усилитель­ ного органа регулятора, так как в многокаскадных магнитных усилителях коэффициент усиления растет пропорционально про­ изведению коэффициентов усиления, а постоянная времени про­ порционально сумме постоянных времени отдельных каскадов. При возрастании напряжения на зажимах генераторов первый каскад магнитного усилителя подмагничивается, в результате чего ток в обмотке управления оконечного каскада увеличи-

124

вается. М. д. с. управляющей обмотки второго каскада направ­ лена в сторону размагничивания магнитного усилителя в резуль­ тате чего увеличение этой м. д. с. приводит к уменьшению тока в обмотке возбуждения возбудителя и уменьшению напряжения на зажимах генератора. Регулятор напряжения является стати­ ческим, однако благодаря большому коэффициенту усиления статическая ошибка регулирования получается небольшой.

Измерительный орган регулятора напряжения можно считать безынерционным, запаздывание в регуляторе обусловлено лишь работой магнитных усилителей. Динамические свойства усили­ теля можно описать, используя два последовательно включенных инерционных звена, однако, как показывают опыт и расчеты, в первом приближении два каскада магнитных усилителей можно представить эквивалентным инерционным звеном.

Уравнение этого инерционного звена в относительных прира­ щениях имеет вид

Тс —постоянная времени, характеризующая эффек­ тивность стабилизирующего трансформатора.

Знак минус перед правой частью уравнения показывает, что магнитный усилитель должен быть включен так, чтобы увеличе­ ние регулируемого напряжения приводило к уменьшению напря­

Таким образом, регулятор напряжения бесконтактного син­ хронного генератора является инерционным звеном с передаточ­ ной функцией

^ кг

на которое действует сигнал гибкой обратной связи по напряже­ нию на обмотке возбуждения генератора.

4.6.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Впоследнее время все более и более широкое применение находят регуляторы напряжения, выполненные на полупроводни­ ковых приборах.

Регуляторы напряжения, выполненные на полупроводнико­ вых приборах, целесообразно строить так, чтобы последние' работали в режиме «включено — выключено». При таком режиме работы полупроводниковых приборов потери в них минимальны и в цепи возбуждения генератора можно получить значительные

Рис. 4. 28. Структурная схема полупроводникового1 регуля­ тора напряжения

мощности при относительно высоком к. п. д. Этот режим работы имеет также то преимущество, что при нем работа полупровод­ никовых приборов становится относительно некритичной к раз­ бросу их параметров и к колебаниям температуры окружающей среды.

Различают релейные и импульсные регуляторы напряжения на полупроводниках. В релейных регуляторах частота открыва­ ния и закрывания полупроводникового прибора зависит от ре­ жима работы генератора, в то время как в импульсных регуля­ торах напряжения она остается строго постоянной. Структурная схема типовой системы автоматического регулирования напря­ жения авиационного генератора на полупроводниках приведена на рис. 4.28. В схему даходят измерительный элемент ИЭ, модуля­ тор ширины импульсов ШИМ, при помощи которого изменяется скважность импульсов в зависимости от величины регулируемого напряжения, полупроводниковый усилитель ПУ, работающий в режиме ключа синхронно с поступающими на него от ШИМ серии управляющих импульсов и обмотку возбуждения OB, кото­ рая в сочетании с вентилем В выполняет роль демодулятора, преобразуя серию импульсов в ток, среднее значение которого зависит от скважности импульсов. В релейных регуляторах на­ пряжения модуляция ширины импульсов осуществляется релей­ ным элементом, реагирующим на величину регулируемого напря­ жения, в импульсных регуляторах напряжения в качестве моду­ ляторов ширины импульсов используются специальные магнит-

126

ные усилители, построенные на материалах, имеющих прямо­ угольную петлю гистерезиса, релаксационные генераторы, уст­ ройства с пилообразным опорным напряжением и т. п.

В настоящее время предложено очень большое число схем релейных и импульсных регуляторов напряжения на полупровод­ никовых приборах.

Следует отметить, что и до и во время Великой Отечествен­ ной войны релейные регуляторы напряжения, построенные на электромагнитных реле (регуляторы типа Тирриль), получили исключительно широкое применение на отечественных и зару-

Рис. 4. 29. Принципиальная схема релейного транзисторного регу­ лятора напряжения

бежных самолетах. Эксплуатация этих регуляторов показала, что они работают очень надежно и обеспечивают высокую точ­ ность поддержания заданной величины напряжения. Однако в связи с ростом мощности авиационных генераторов возникли большие трудности из-за больших токов и напряжений. Величина мощности стала значительно больше, чем допустимая разрывная мощность контактов реле (порядка 150 ВА). Это заставило отка­ заться от применения на самолетах импульсных регуляторов, построенных на электромагнитных реле, и перейти на угольные регуляторы напряжения. Появление полупроводниковых прибо­ ров, которые могут, работая в режиме «включено — выключено», коммутировать значительно большие мощности, чем допустимые разрывные мощности контактов, открыло широкие возможности для использования их в схемах регулирования напряжения авиа­ ционных генераторов.

На рис. 4.29 приведена схема релейного регулятора напря­ жения, основанная на транзисторном триггере. Основной (сило­ вой) транзистор Т, работая в режиме ключа, управляет средним значением тока возбуждения генератора постоянного тока. Изме-

12

рительным элементом регулятора служит нелинейный мост, со­ бранный на сопротивлениях RI, R2, R3 и стабилитроне CTJ. Тран­ зисторы Т1 и Т2 образуют триггер, имеющий два устойчивых состояния. На базы транзисторов ТЗ и Т4 подается сигнал, про­ порциональный отклонению напряжения генератора от задан­ ного значения. В зависимости от знака этого сигнала откры­ ваются транзисторы Т1 или Т2. Так например, если потенциал точки а меньше, чем потенциал точки Ь, то транзистор ТЗ откроется, зашунтирует цепь эмиттер-база транзистора Т2, кото­ рый закроется, а транзистор Т1 откроется, так как на его базу будет подан отрицательный потенциал по отношению к эмиттеру. Напряжение на генераторе будет расти до тех пор, пока не изме­ нится полярность сигнала, снимаемого с измерительного эле­ мента. Когда потенциал точки b станет меньше, чем потенциал точки а, откроется транзистор Т4 и зашунтирует цепь эмиттербаза транзистора Т1, который закроется. Ток возбуждения нач­ нет уменьшаться до тех пор, пока не изменится полярность на выходе измерительного элемента и процесс будет повторяться. При этом соотношение между временем замкнутого и разомкну­ того состояния основного транзистора Т1 (скважность импуль­ сов) будет зависеть от величины нагрузки на генератор и ча­ стоты его вращения. Чем больше нагрузка и чем меньше частота вращения, тем большую часть периода транзистор Т1 открыт. Следует подчеркнуть, что в рассматриваемой системе амплитуда пульсации остается приблизительно постоянной и не зависит от нагрузки, так как опрокидывание триггера происходит при вполне определенных предельных значениях напряжения гене­ ратора, в то время как частота пульсации будет изменяться в довольно широких пределах при изменениях нагрузки и ско­ рости вращения генератора. Эта особенность характерна для всех регуляторов релейного типа. Сопротивление R4 является нагрузочным для транзисторов Т2 и Т4, сопротивление R5 огра­ ничивает ток базы транзистора Т2 и ток коллектора транзи­ стора ТЗ. Подобная схема может быть использована также и для регулирования напряжения синхронных генераторов.

На рис. 4.30 приведена схема импульсного регулятора напря­ жения генератора переменного тока, в которой функции моду­ лятора ширины импульсов и измерительного элемента совме­ щены.

На входную цепь (эмиттер-база) транзистора Т1 действует

куполообразной формы (рис. 4.31), постоянная составляющая этого напряжения пропорциональна амплитудному значению регулируемого напряжения. Когда напряжение Uc больше на­ пряжения Uст (участок а—б на рис. 4.31),транзистор Т1 закрыт, так как его переход эмиттер-база смещен потенциалом обратного

128

знака. При снижении напряжения Uc при разряде конденсатора на сопротивление R1 до напряжения С/ст (если пренебречь поро­ говым напряжением входной характеристики транзистора), тран­ зистор Т1 открывается, после чего напряжение на конденсаторе Uо остается постоянным (участок б—в на рис. 4.31) до тех пор, пока не появится новый импульс пилообразного напряжения, закрывающий транзистор Т1. На рис. 4.31 изображен характер изменения напряжения на емкости для трех значений амплитуды регулируемого напряжения. Нетрудно видеть, что заполнение

Рис. 4. 30. Принципиальная схема импульсного транзистор­ ного регулятора напряжения

импульса оказывается обратно пропорциональным величине ре­ гулируемого напряжения. Далее модулированные импульсы усиливаются транзисторным усилителем, работающим в импульс­ ном режиме (закрытие транзистора Т1 открывает транзистор Т2, что приводит к открытию транзисторов ТЗ и Т4 и наоборот). Транзисторы ТЗ и Т4 соединены по схеме составного триода с со­ противлением R5 в цепи коллектора с целью устранения до­ вольно мощного сопротивления смещения в цепи базы конечного транзистора при его включении по обычной схеме. На выходе составного транзистора включена обмотка возбуждения генера­ тора, шунтированная выпрямителем В. Следует отметить, что в рассматриваемой системе частота следования импульсов является постоянной, так как зависит от частоты тока генера­ тора, в то время как амплитуда пульсации напряжения меняется с изменением нагрузки генератора.

Рассмотрев принцип действия регулятора, можно сказать, что частота повторения импульсов получается равной или меньшей частоты тока генератора.

Реальная схема регулятора несколько сложней, так как при­ ходится применять ряд элементов и обратных связей для обеспе­ чения более четкого срабатывания транзисторов.