3.2.1 Угольный регулятор с дифференциальным корректором напряжения.

Для повышения точности регулирования напряже­ния угольным регулятором напряжения используется дефферен-циалыный корректор напряжения. Упрощенная принципиальная электрическая схема системы стабилизации напряжения посто­янного тока с помощью угольного регулятора напряжения с дифференциальным 'корректором напряжения представлена на рис. 3.2.5.

Рис. 3.2.5

На электромагните угольного регулятора напряжения (УРН) имеется, несколько обмоток: рабочая _э , температурной компенсации _, корректирующие _к 1 и _к 2 и уравнительная _у .

Величина регулируемого напряжения устанавливается при помощи выносного реостата R_р резистор R1 которого включен в цепь питаиия рабочей обмотки _э электромагнита регулято­ра, а резистор R2 — в цепь делителя напряжения дифференци­ального корректора напряжения ДКН.

Для устранения влияния изменения температуры регулято­ра на величину регулируемого напряжения в регуляторе приме­нены следующие методы температурной компенсации: включе­ние в цепь рабочей обмотки электромагнита резистора R_ с ма­лым температурным .коэффициентом сопротивления (сопротив­ление резистора R_ выполнено из константановой проволоки) и применение обмотки температурной компенсации _, магнито-движущая сила (МДС) которой направлена встречно МДС, создаваемой рабочей обмоткой _э .

Параметры обмоток _э и _ выбраны так, чтобы их ре­зультирующая МДС, равная

F_{рез э}=F_{ э}-F_ ,

не зависела от изменения температуры регулятора. Так, напри­мер, с ростом температуры окружающей среды сопротивления обмоток _э и _ выполненных из медной проволоки, увеличи­ваются. Это приводит к уменьшению их МДС, но результирую­щая МДС электромагнита F_{рез э} остается постоянной.

Корректирующие обмотки _к 1 и _к 2 , имеющие одинаковые числа витков и сопротивления, получают питание от дифференциального корректора напряжения ДКН. Корректор настроен таким образом, чтобы при номинальном напряжении генератора, равном 28,5 В, по корректирующим обмоткам _к 1 и _к 2 протекали одинаковые токи.

В этом случае МДС, создаваемые корректирующими обмотками, будут равны между собой, а их результирующая МДС

F_{рез к}=F_{ к1}-F_{ к2}=0

т. е. корректирующие обмотки при заданном уровне напряже­ния не оказывают влияния на работу регулятора.

При отклонении напряжения от номинальной величины то­ки I_к1 и I_к2 протекающие по корректирующим обмоткам, стано­вятся не равными между собой. Если ток I_к1 больше, чем ток I_к2 то результирующая МДС, создаваемая корректирующими обмотками, действует согласно с МДС рабочей обмотки _э электромагнита, и напряжение генератора будет уменьшаться.

Если, наоборот, ток I_к2 будет больше тока I_к1, то F_{рез к} направлена встречно МДС рабочей обмотки _э, электромагнита, что приведет к увеличению регулируемого напряжения.

Дифференциальный корректор напряжения включает в свой состав следующие основные элементы: измерительный ор­ган, два магнитных усилителя, статический преобразователь по­стоянного тока в переменный и стабилизирующий трансформа­тор.

Рабочие обмотки магнитных усилителей УМ1 и УМ2 вклю­чены соответственно в цепи питания корректирующих обмоток _к 1 и _к 2 угольного регулятора. Источником их питания слу­жит транзисторный статический преобразователь постоянного тока в переменный. Частота тока статического преобразователя при номи­нальном напряжении генератора равна 650 Гц. Для выпрямле­ния переменного тока, протекающего через корректирующие об­мотки, используются выпрямители, собранные на диодах V2...V5 и V6…V9.

Магнитные усилители УМ1 и УМ2 работают в релейном режиме и поэтому, если не принять специальных мер, в коррек­тирующих обмотках _к 1 и _к 2 будут протекать пульсирующие токи. Для обеспечения режима непрерывного тока в этих обмот­ках, имеющих малые индуктивные сопротивления, в их цепи питания включены индуктивные катушки L1 и L2, а параллель­но им — диоды V10 и V11.

Измерительный орган корректора, собранный на потенциометре R3 и стабилитроне V12, формирует сигнал, пропорциональный отклонению регулируемого напряжения генератора от его заданного значения, т. е.

где k — коэффициент пропорциональности.

К выходу измерительного органа корректора подключены обмотки управления _у магнитных усилителей УМ1 и УМ2.

Магнитный усилитель УМ1 имеет кроме обмотки управле­ния _у обмотки: начального подмагничивания _н стабилизи­рующую _с и уравнительную _ур. Магнитный усилитель УМ2 имеет кроме обмотки управления _у обмотки: стабилизирую­щую _с и уравнительную _ур.

В магнитном усилителе УМ1 МДС F_у , создаваемая током, протекающим в обмотке управления _у , намагничивает сердеч­ники дросселей, а МДС F_н , создаваемая током, протекающим в обмотке начального подмагничивания _н, размагничивает их сердечники. Результирующая МДС УМ1, создаваемая обмотка­ми _у и _н, при одиночной работе генератора в статическом режиме равна:

F_рез =F_у-F_н

Рабочая характеристика магнитного усилителя УМ1, представ­ляющая зависимость тока I_к1 = (F_рез), изображена на рис. 3.2.6,а.

Так как обмотка начального подмагничивания _н подключена к делителю напряжения R3 через резистор R4, имеющий посто­янное сопротивление и R4 >> R_н , то можно считать, что созда­ваемая этой обмоткой МДС остается постоянной, т. е. F_н  const.

Рис. 3.2.6. Рабочие характеристики магнитных уси­лителей дифференциального корректора УМ1 (а) и УМ2 (б)

Из приведенной на рис. 3.2.6,а рабочей характеристики УМ1 видно, что при увеличении МДС F_у , создаваемой обмоткой уп­равления _у , величина тока I_к1, протекающего в корректирую­щей обмотке _к 1 угольного регулятора, возрастает. Это соот­ветствует случаю повышения напряжения на зажимах генера­тора. В случае понижения регулируемого напряжения величи­на тока I_к1 , наоборот, уменьшается.

Рабочая характеристика магнитного усилителя УМ2 пока­зана на рис. 3.2.6,б. Так как в магнитном усилителе УМ2 нет обмотки начального лодматничивания, то 'при повышении на­пряжения на зажимах генератора МДС F_у , создаваемая обмот­кой управления _у, возрастает, что приводит к уменьшению то­ка I_к2 , протекающего в корректирующей обмотке _к 2 угольного регулятора.

Рассматриваемая система регулирования напряжения на­строена так, чтобы при напряжении генератора, равном U= U_ном протекающие в корректирующих обмотках _к 1 и _к 2 регулятора токи были равны между собой. Так ,как МДС, соз­даваемые этими обмотками, направлены встречно, то при U= U_ном они не оказывают никакого влияния на работу регуля­тора напряжения.

При увеличении напряжения на зажимах генератора, т. е. при U > U_ном , токи, протекающие в обмотках управления УМ1 и УМ2, возрастают. В результате этого происходит увеличение тока I_к1 протекающего в корректирующей обмотке _к 1 и уменьшение тока I_к2 протекающего в корректирующей обмотке _к 2. Результирующая МДС, создаваемая корректирующими обмотками электромагнита угольного регулятора, действуя согласно с МДС его рабочей обмотки _э , приводят к снижению напряжения на зажимах генератора.

При понижении напряжения на зажимах генератора, т. е. U < U_ном действие дифференциального корректора также приведет к увеличению результирующей МДС, создаваемой корректирующими обмотками _к 1 и _к 2 электромагнита. Но эта МДС будет направлена встречно МДС, создаваемой рабочей обмоткой _э электромагнита, что вызовет повышение напряжения генератора.

Из рассмотрения работы дифференциального корректора на­пряжения следует, что он действует только при наличии откло­нения напряжения генератора от номинального значения. Вследствие высокого коэффициента усиления магнитных усили­телей статические ошибки регулирования напряжения неболь­шие. При изменении нагрузки от 0 до I_ном в рабочем диапазоне изменения частоты вращения генератора напряжение генера­тора U= U _ном  0,5 В.

Для повышения устойчивости системы стабилизации напря­жения кроме стабилизирующего резистора R_ст и стабилизиру­ющего трансформатора Т1 предусмотрен стабилизирующий трансформатор Т2 в дифференциальном корректоре напряже­ния, питающий стабилизирующие обмотки _с магнитных уси­лителей УМ1 и УМ2. Обмотки _с включены на зажимы вто­ричной обмотки трансформатора Т2. Первичная обмотка этого трансформатора включена через обмотку 3 трансформатора Т1 параллельно обмотке возбуждения генератора. При изменении напряжения генератора происходит также изменение тока воз­буждения, а следовательно, и тока в первичной обмотке транс­форматора Т2. Это вызывает наведение ЭДС в его вторичной обмотке и протекание тока в обмотках _с магнитных усилите­лей. Например, с увеличением тока возбуждения генератора ток в обмотке _с магнитного усилителя УМ1 протекает от на­чала обмотки к концу, создавая МДС, действующую согласно с МДС обмотки управления _у , и тем самым увеличивая ток в корректирующей обмотке _к 1 регулятора напряжения. Это препятствует резкому сжатию угольного столба. В обмотке _с магнитного усилителя УМ2 ток при этом протекает от конца к началу, создавая МДС, действующую согласно с МДС обмотки управления _у , что приводит к уменьшению тока I_к2 , протека­ющего в корректирующей обмотке _к 2 регулятора напряже­ния, и уменьшению МДС, действующей навстречу МДС обмот­ки _э , что также препятствует резкому сжатию угольного стол­ба и увеличению тока возбуждения генератора. Таким образом, стабилизирующий трансформатор уменьшает коэффициент уси­ления дифференциального корректора в переходных процессах. После окончания переходных процессов токи в обмотках _с магнитных усилителей не протекают и они не влияют на точность поддержания напряжения в статистических режимах. Аналогично действует стабилизирующий трансформатор Т1, вторичная обмотка 3 которого включена последовательно с рабочей обмоткой электромагнита регулятора напряжения _э .