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

На рис. 2.9 приведены кривые зависимости коэффициента (1—ß) от отношения RB/xq при различных величинах отношения

2. 5. ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА КАК ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВХНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

На рис. 2. 10 приведена принципиальная схема авиационного генератора постоянного тока, работающего на нагрузку в оди­ ночку или параллельно с другими авиационными генераторами. На схеме гв обозначено сопротивление обмотки возбуждения, гс переменное сопротивление в цепи возбуждения, при помощи ко­ торого осуществляется регулирование напряжения (угольный ■столб), Rc — сопротивление соединительных проводов между зажимами генератора и сборными шинами.

При описании генератора постоянного тока уравнениями бу­ дем пренебрегать вихревыми токами в массивных стальных ча­ стях машины, переходным падением напряжения в контакте щеток и коллектора, изменением сопротивления обмоток ма­ шины от температуры, потоками рассеяния, гистерезисом маг­ нитной цепи.

Уравнение равновесия напряжений для цепи возбуждения генератора имеет вид

70

п — частота вращения генератора; гв, Lb — параметры цепи возбуждения; гя, Ья — параметры цепи якоря.

Магнитный поток машины является функцией как тока воз­ буждения, так и тока якоря

Исследования и опыт показывают, что влиянием последнего слагаемого в уравнении (2. 38) можно пренебречь.

С учетом этого уравнения генератора, записанные в прира­ щениях и в операторной форме, при нулевых начальных усло­ виях имеют вид

Исключая из этих уравнений ток возбуждения и магнитный по­ ток, получим уравнение генератора в приращениях

71

Запишем последнее уравнение в относительных приращениях, для чего разделив левую и правую части уравнения на равновес­ ную величину напряжения на зажимах генератора, равную

Раскроем физический смысл коэффициентов SE, а, у. Коэф­ фициент S E можно записать следующим образом:

дена характеристика намагничивания генератора, представляю­ щая собой зависимость магнитного потока от тока возбуждения при постоянных частоте вращения и токе якоря.

В некотором масштабе эта характеристика представляет со­ бой зависимость э. д. с. машины, подсчитанной с учетом реакции якоря, от тока возбуждения. (Частным случаем ее будет харак­

72

с координатами /в0, Фо к тангенсу угла наклона прямой, прохо­ дящей через начало координат и ту же точку с координатами /во, Фо- Нетрудно убедиться, что это отношение характеризует устойчивость самовозбуждения генератора.

Коэффициент а можно представить как

К оэф фициент--------— характеризует реакцию якоря генера­

л а Ф 0

тора, т. е. влияние тока якоря на основной магнитный поток ма­ шины. Если реакция якоря отсутствует, то этот коэффициент близок к нулю. Если реакция якоря подмагничивающая, то он положителен, если размагничивающая — отрицателен.

Коэффициент у можно записать так

где к — относительное падение напряжения в цепи якоря.

Таким образом, коэффициент у характердзует нагрузку гене­ ратора. Для частного случая одиночной работы генератора на некоторое сопротивление нагрузки RB для тока якоря генератора можно написать

• — и

Я/?с + /?н

Переходя к относительным приращениям

грузки. Подставляя найденное значение тока якоря в уравнение генератора, получим уравнение генератора как объекта регули­ рования напряжения при одиночной его работе на нагрузку.

1(1 — + ^ « = —( ! — S * ) QC— “ O + T » QH+ Y ( 1 + 7 » V.

(2.45)

Гла ва 3

РЕГУЛЯТОРЫ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВАЛА ГЕНЕРАТОРА И ЧАСТОТЫ ТОКА

3.1, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВАЛА ГЕНЕРАТОРА И ЧАСТОТЫ ТОКА

Для того чтобы величина частоты тока, вырабатываемого авиационными синхронными генераторами, была постоянной не­ обходимо, воздействуя на ППС, поддерживать неизменной угло­ вую скорость его выходного вала. Для этого применяются авто­ матические регуляторы угловой скорости выходного вала генератора и частоты тока. Регуляторы воздействуют на подачу рабочего тела в первичные двигатели и поэтому имеют общее исполнительное устройство. Различают их в первую оче­ редь по органу реагирования измерительного устройства.

Регуляторы скорости реагируют на изменение угловой скоро­ сти первичного двигателя,'а регуляторы частоты на изменение частоты тока синхронного генератора. При одиночной работе синхронного генератора существует жесткая связь между вели­ чиной угловой скорости со выходного вала ППС и частотой тока, вырабатываемого синхронным генератором f:

где р — число пар полюсов генератора.

Поэтому органы реагирования как регулятора скорости, так и регулятора частоты оказываются включенными на одну и ту же регулируемую величину. Отличие регуляторов скорости от регуляторов частоты в этом случае чисто формальное: регуля­ торы частоты, как правило, рассчитывают для более точного поддержания регулируемой величины и поэтому они играют роль корректоров, уменьшающих статическую ошибку регулиро­ вания скорости. Иная картина получается при параллельной ра­ боте синхронных генераторов. Здесь уже не существует жесткой связи между величиной угловой скорости первичного двигателя и частотой тока. Частота тока в электрической сети устанавли-

74

вается равной среднему значению частот, обусловленных угло­ выми скоростями всех, работающих параллельно, генераторов. Для равномерного распределения активной нагрузки между па­ раллельно работающими генераторами необходимо воздейство­ вать на первичные двигатели. Обычно эти функции возлагаются на регуляторы частоты, органы реагирования которых обору­ дуются не только датчиками частоты, но и датчиками отклоне­ ния активной мощности генератора от значения, мощности со­ гласно заданному закону распределения нагрузок между рабо­ тающими параллельно генераторами.

Другой особенностью регуляторов частоты является наличие в их структуре измерителей отклонения активных нагрузок ге­ нераторов от заданных значений, соответствующих тому или иному закону распределения активных нагрузок.

В некоторых случаях измерительные органы регуляторов частоты включают на напряжения тахогенераторов переменного тока, находящихся на валах генераторов. Регулятор частоты в том случае выполняет роль корректора угловой скорости вала синхронного генератора, который увеличивает точность регули­ рования скорости и обеспечивает равномерное распределение активных нагрузок между параллельно работающими генера­ торами.

Конструктивно регуляторы скорости вращения вала и частоты тока имеют много общего. В их состав входят измерительные устройства, усилители рассогласования и исполнительные органы. Однако техническая реализация элементов структурных схем различная. В измерительные органы регуляторов скорости входят центробежные тахометры или тахогенераторы, а в изме­ рительные органы регуляторов частоты — резонансные контуры, полосовые фильтры и фазовые дискриминаторы. Усилительные устройства регуляторов скорости могут быть гидравлическими, электрогидравлическими или электромеханическими, магнитные или полупроводниковые усилители являются усилительными органами регуляторов частоты. Хотя общим исполнительным органом для регуляторов скорости вращения вала и регуляторов частоты является управляющее устройство ППС (наклонная шайба в гидроприводе, дроссельная заслонка в пневмоприводе и т. п.), однако регуляторы частоты имеют промежуточное исполнительное устройство со вспомогательным электрическим двигателем с редуктором или с электромеханическим устрой­ ством.

Это промежуточное исполнительное устройство воздействует на регулятор скорости, при помощи которого регулятор частоты передает корректирующий сигнал на управляющее устройство ППС. Принципиальная схема регулирования частоты приведена на рис. 3.1. Так как исполнительный орган регулятора частоты воздействует (осуществляет перестройку) на регулятор скоро-

75

сти, то конструктивно регулятор частоты выполняется чаще всего либо в виде некоторой приставки к регулятору скорости, либо как единое целое с ним.

Рис. 3. 1. Принципиальная схема регулирования ча­ стоты ППС:

1—привод постоянной скорости; 2—синхронный генератор; 3—ре­ гулятор частоты; 4—управляющий орган П П С ; 5—усилитель; 6—исполнительный орган; 7—датчик частоты; 8—датчик скорости

3. 2. ЦЕНТРОБЕЖНО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ СКОРОСТИ

Регуляторы скорости гидравлических пневматических и меха­ нических ППС обычно выполняются по классической схеме для регулирования скорости паровых турбин и двигателей внутрен­

76

двигатель. Поршень сервомотора будет перемещаться до тех пор, пока поршни золотника не займут снова нейтрального положе­ ния, перекрыв доступ рабочего тела в сервомотор. Так как порш­ ни золотника жестко связаны с муфтой центробежного тахо­ метра, то это наступит лишь тогда, когда скорость первичного двигателя станет равной первоначальному, заданному, значению. Иными словами регулятор скорости, схема которого приведена на рис. 3.2, астатический, т. е. ошибка регулирования равна нулю.

Рис. 3. 3, Схемы механизмов жесткой обратной связи в регу­ ляторах скорости:

1—грузики центробежного тахометра; 2—золотник; 3—сервомотор; 4— пружина центробежного тахометра; 5—рычаг обратной связи* 6—конус обратной связи

Астатизм этого регулятора обусловлен применением в нем сервомотора, являющегося интегрирующим звеном. Хотя астати­ ческий регулятор и поддерживает постоянную скорость враще­ ния, однако, процесс регулирования при этом будет неустойчи­ вым. Для получения устойчивого процесса регулирования в центробежно-гидравлических регуляторах применяют жесткую отрицательную обратную связь. Ее осуществляют при помощи механической связи поршня сервомотора с поршнями золотника. На рис. 3.3 приведено несколько вариантов жесткой обратной связи. На рис. 3. 3, а приведена схема центробежного регулятора

В схеме регулятора, приведенной на рис. 3. 3, в, применена кине­ матическая связь выходного штока сервопоршня с рычагом за­ тяжки пружины центробежного тахометра в виде усеченного конуса. Конусность конца штока сервопоршня легко менять, из­ меняя этим коэффициент жесткой обратной связи. Наличие жест­ кой связи поршня сервомотора с поршнями золотника приводит

77

к тому, что каждому значению нагрузки генератора соответст­ вует строго определенное положение сервопоршня, при котором обеспечивается равновесное (неподвижное) его состояние, регу­ лятор скорости превращается из астатического в статический и появляется статическая ошибка регулирования, но процесс ре­

ремещаются вверх, поршень сервомотора движется вниз, увлекая за собой (благодаря большой жесткости рабочего тела, запол­ няющего цилиндр изодрома) точку А конца рычага обратной связи до тех пор, пока поршни золотника не закроют доступ рабочего тела в сервомотор. При этом устанавливается ско­ рость вращения первичного двигателя, несколько отличная от заданного значения (немного больше заданной). Из-за разности давлений рабочего тела в верхней и нижней полостях цилиндра

будет происходить до тех пор, пока точка А не займет того пер­ воначального положения, в котором она находилась перед нача­ лом процесса регулирования (равновесное состояние).

78

При этом поршни золотника, а вместе с ними и муфта цент­ робежного тахометра, вернутся в первоначальное положение, т. е. скорость вращения первичного двигателя станет точно рав­ ной заданному значению.

В действительности оба процесса протекают одновременно, однако в начальной стадии переходного процесса действие изо­ дрома происходит значительно медленнее процесса регулирова­ ния с жесткой обратной связью.

Рис. 3. 5. Принципиальная схема регулятора скорости турбомеханического ППС:

ной связи; Р—редуктор

Рассмотрим для примера действие центробежно-гидравличе­ ского регулятора ППС (рис. 3.5). На валике 1 регулятора, свя­ занном с валом синхронного генератора через редуктор, нахо­ дится центробежный тахометр Т, муфта которого жестко связана с поршнями золотника 3.

Пружина центробежного тахометра Пі и пружина обратной связи П2 стремятся сместить поршни золотника влево, этому пре­ пятствует центробежная сила, развиваемая тахометром и дей­ ствующая на поршни золотника слева направо. При смещении поршней золотника от своего нейтрального положения влево или вправо правая или левая полости сервопоршня С сообщаются

сполостями высокого давления рабочего тела, в результате чего сервопоршень движется влево или вправо. Сервопоршень связан

срычагом управления И управляющего органа ППС. На проти­ воположной стороне штока сервопоршня укреплен конус К, кото­ рый воздействует на пружину обратной связи П.

Центробежный тахометр является колебательным звеном, которое можно описать уравнением [14]

79