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

Аналогичная схема для регулирования напряжения генера­ тора постоянного тока приведена на рис. 4. 32. Схема работает также как и предыдущая с той лишь разницей, что форма на­ пряжения на конденсаторе С получается прямоугольной. Следует заметить, что во входной части регуляторов, схемы которых при-

Рис. 4.31. Графики зависимости скважности управ­ ляющих импульсов от уровня регулируемого напряжения

ведены на рис. 4.30 и 4.32, вместо однополупериодного выпрям­ ления можно применить двухполупериодное. При этом частота повторения импульсов удваивается, благодаря чему можно полу­ чить более точное поддержание заданного значения напряжения.

Рис. 4.32. Схема импульсного регулятора напряжения генератора постоянного тока

Во всех рассмотренных схемах транзисторных регуляторов напряжения исполнительным органом является транзистор (или транзисторы), работающий в ключевом режиме. Принципиаль­ ная схема конечного каскада регулятора может быть такой, ка­ кая приведена на рис. 4. 33.

130

Следует заметить, что выпрямитель В обеспечивает протека­ ние тока возбуждения в обмотке возбуждения в период закры­ того состояния транзистора. Благодаря этому наибольшая вели­ чина тока возбуждения (при том же среднем значении) полу­ чается меньшей, чем в том случае, когда бы его не было. Так как

Характер изменения напряжения на зажимах генератора при периодическом закрытии и открытии транзистора Т приведен на рис. 4.34, причем на рис. 4.34 а изображен случай нагруженного

где tn — время цикла (величина обратная частоте повторения импульсов);

Тз — относительная замкнутость; Тр— относительная разомкнутость.

Рис. 4. 34. Форма пульсаций при импульсном регули­ ровании напряжения

Если амплитуда пульсации напряжения невелика, то участки нарастания и спадания напряжения (рис. 4.34) могут быть за­ менены прямолинейными так как это изображено на рис. 4.35 в увеличенном масштабе.

Тогда для амплитуды пульсации напряжения справедливо

2 / ц

где Лш.г — выходное сопротивление транзистора в открытом со­ стоянии:

Если пренебречь рассеянием и реакцией якоря, то для э. д. с. генератора можно написать

где п — частота вращения генератора; і я — ток в цепи якоря; гя — сопротивление цепи якоря.

(Аналогичное сотношение справедливо и для генераторов пере­ менного тока, однако у них внутреннее сопротивление, обуслов­ ленное в основном реакцией якоря, реактивное и сумма должна быть геометрической.)

132

—средняя величина скорости спадания напряжения при закрытом транзисторе Т (эта величина отри­ цательная).

Если обозначить

Из последних соотношений следует, что скорость нарастания и спадания напряжения зависит от коэффициента времени воз­ буждения, который, в свою очередь, определяется параметрами цепи возбуждения и частотой вращения генератора.

133

Гла ва 5

СТАТИКА И ДИНАМИКА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ТОКА АВИАЦИОННЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

5. 1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕГУЛИРОВАНИЮ ЧАСТОТЫ ТОКА

Авиационные синхронные генераторы стабильной частоты приводятся во вращение при помощи приводов постоянной ско­ рости (ППС) или электрических двигателей постоянного тока. При одиночной работе авиационного синхронного генератора частота вращения приводного двигателя и частота тока синхрон­ ного генератора жестко связаны друг с другом.

Изменение частоты тока синхронного генератора будет про­ исходить как вследствие изменения частоты вращения привод­ ного двигателя, обусловленное возмущениями, действующими на него (частота вращения авиационного двигателя, давления воздуха в компрессоре, изменения атмосферных условий, напря­ жения постоянного тока и т. п.), так и вследствие изменения на­ грузки синхронного генератора.

К точности поддержания заданной частоты тока авиацион­ ных синхронных генераторов предъявляются жесткие требова­ ния. В статических режимах точность поддержания заданной частоты должна быть не меньше ±2% , в ряде случаев к точно­ сти поддержания заданной частоты тока электромашинных пре­ образователей постоянного тока в переменный предъявляются еще более жесткие требования [5].

Что же касается динамических режимов, то при всех возмож­ ных изменениях нагрузки частота тока авиационных синхронных генераторов не должна выходить за пределы, изображенные на рис. 5. 1.

При параллельной работе авиационных синхронных генера­ торов в динамических режимах частота тока уже не связана жестко с частотой вращения генераторов. Синхронизирующие моменты, действующие на валах генераторов, стремятся обеспе­ чить синфазность вращения генераторов. В установившихся ре­

135

режимах работы роторы одних генераторов могут ускоряться, других — замедляться, вследствие чего меняются углы между векторами э. д. с. параллельно работающих генераторов. В сети существует некоторая средняя частота тока, не связанная жестко с частотой вращения ротора какого-либо из параллельно рабо­ тающих генераторов.

Желаемое распределение нагрузки между генераторами в установившихся режимах осуществляется при воздействии на

Р и с . 5. 1. Д о п у с т и м ы е п р е д е л ы о т к л о н е н и й ч а с т о т ы в п е р е х о д н ы х р е ж и м а х

регуляторы скорости ППС. Обычно оно осуществляется через корректоры частоты, которые, в свою очередь, изменяют уставку регуляторов частоты вращения, заставляя роторы недогружен­ ных генераторов вращаться ускоренно, а роторы перегружен­ ных — замедленно. В результате взаимные углы между векто­ рами э. д. с. и напряжения, а вместе с этим и активные нагрузки у недогруженных генераторов возрастут, а у перегруженных — уменьшатся. Что же касается частот вращения роторов генера­ торов, то после затухания переходных процессов они выравнятся и станут равными синхронной частоте вращения.

Следует подчеркнуть, что процессы регулирования частоты вращения синхронных генераторов (а вместе с тем и процессы выравнивания активных нагрузок) оказываются взаимосвязан­ ными с процессами регулирования напряжения и распределения реактивных нагрузок.

Особенно велика взаимосвязь процессов регулирования ча­ стоты вращения и напряжения для электромашинных преобра­ зователей электрической энергии постоянного тока в переменный.

В этой главе взаимосвязь процессов регулирования частоты вращения и напряжения синхронного генератора не рассматри­ вается, принимается, что процессы регулирования напряжения протекают идеально (мгновенно), и поэтому напряжение на за­ жимах генератора остается неизменным (U = 0) как при уста-

136

новившихся, так и при переходных режимах его работы, т. е. контур регулирования частоты вращения принимается авто­ номным.

5.2. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ТОКА БЕСКОНТАКТНЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Существует много различных схем регулирования частоты тока авиационных синхронных генераторов, приводимых от ППС. Наиболее типичной является система регулирования частоты тока бесконтактных синхронных генераторов (рис. 5.2).

Выпишем уравнения основных звеньев системы регулирова­ ния частоты тока бесконтактных синхронных генераторов.

Объектом регулирования является агрегат, состоящий из ППС и синхронного генератора. При параллельном соединении активного и индуктивного сопротивлений (нагрузки и постоян­ ном напряжении на зажимах генератора 0= 0 ) агрегат описы­ вается уравнениями (2.6) и (2.8), которые после объединения и перехода к изображениям при нулевых начальных условиях принимают вид

При использовании центробежно-гидравлического регуля­ тора частоты вращения применяется также и корректор частоты (рис. 5.2), уравнения этих звеньев в операторном виде и с уче-

137

том того, что при одиночной работе сигнал по распределению активных мощностей равен нулю, уравнения (3.12) и (3.26) имеют вид:

центробежно-гидравлический регулятор частоты вращения

Если применяется электромеханический регулятор частоты вращения (рис. 5.3), то его можно описать одним уравнением

/—управляю щ ая заслонка турбины; 2—сервопоршень; 3—зо­ лотник; 4—центробежный тахометр; 5—потенциометр обрат­ ной связи; Э М П —электромагнитный преобразователь; Б И Ч — блок измерения частоты; Б И А М —блок измерения активной мощности

(3.15), которое при отсутствии сигнала по распределению актив­ ных мощностей, в операторной форме имеет вид

Структурная схема системы регулирования частоты враще­ ния синхронного генератора при использовании центробежно­ гидравлического регулятора приведена на рис. 5.4, а при исполь­ зовании электромеханического регулятора на рис. 5. 5.

Из структурной схемы, приведенной на рис. 5.4, видно, что благодаря наличию корректора частоты, представляющего собой интегрирующее звено, статическая ошибка регулирования ча­ стоты при применении центробежно-гидравлического регулятора с корректором равна нулю.

138

В действительности система с корректором частоты все же обладает очень небольшой статической ошибкой (порядка 0,25%) из-за неучтенной в уравнениях зоны трогания конденса­ торного двигателя корректора частоты. Если бы корректор ча­ стоты отсутствовал, то статизм регулирования частоты враще­ ния был бы равен

что в реальных системах составляет 3—8%.

с к о г о р е г у л я т о р а

Из последнего выражения следует, что статическую ошибку можно было бы уменьшить, взяв больший коэффициент усиления центробежно-гидравлического регулятора частоты вращения. Однако при этом нарушается условие устойчивой работы

имеет тот же вид, однако, из-за наличия в структуре регулятора форсирующего звена (см. рис. 3.8) коэффициент усиления регу­ лятора может быть взят весьма значительным без нарушения условий устойчивости работы системы.

Для оценки устойчивости системы регулирования частоты вращения в данном случае удобно воспользоваться критерием устойчивости Гурвица.

Характеристическое уравнение замкнутой системы регулиро­ вания можно найти из уравнения [18]

14- Wp(p) =0,

где Wv (p) — передаточная функция разомкнутой системы регу­ лирования. Когда применяется центробежно-гидравлический ре­ гулятор частоты вращения с корректором частоты, передаточная функция разомкнутой системы регулирования имеет вид

139