Схема АРН бесщеточного СГ

Бесщеточные СГ (БСГ), выполняемые без коллектора и контактных колец в цепи ротора, а также рассчитанные на высокие частоты вращения, значительно повышают надежность эксплуатации по сравнению с самовозбуждающимися СГ. Схема автоматического регулирования напряжения, построенная на базе системы АФК, представлена на рис.12.3.

Рис.12.3. Схема АРН бесщеточного СГ

БСГ – бесщеточный СГ, обмотка возбуждения которого ОВГ включена через выпрямитель В2 на выход обмотки ротора ОВВ возбудителя;

ТТ1 – трансформатор тока, включенный последовательно с рабочими обмотками МУ, выпрямителем В1, первичной обмоткой трансформатора ТС, обмоткой ОВВ возбуждения возбудителя на линейное напряжение U_BC.Трансформатор ТТ1 является токовым элементом системы АФК, включенным последовательно с каналом напряжения и выполненным поэтому с воздушным зазором для уменьшения его сопротивления переменному току.

При отсутствии тока нагрузки в цепи возбуждения протекает ток I_BU, обусловленный величиной линейного напряжения U_BC и сопротивлением цепи возбуждения. По характеру (относительно напряжения U_BC) этот ток будет индуктивным (рис.12.4) вследствие большой индуктивности вторичной обмотки трансформатора ТТ1 и рабочих обмоток МУ.

При появлении активного тока нагрузки, совпадающего по фазе с напряжением фазы U_B (j₀=0, cosj₀=1) и сдвинутого на 30⁰ относительно линейного напряжения U_BC (рис.12.4), в цепи возбуждения потечет ток ( ), обусловленный геометрической суммой токов от линейного напряжения U_BC и эдс вторичной обмотки трансформатора тока ТТ1.

При появлении активно-индуктивного тока нагрузки, отстающего по фазе от напряжения фазы U_B на j⁰₁ (cosj₁≠1) и сдвинутого на 30⁰ + j₁ относительно линейного напряжения U_BC (рис.12.4), в цепи возбуждения также потечет ток ( ), обусловленный геометрической суммой токов от линейного напряжения U_BC и эдс вторичной обмотки трансформатора тока ТТ1.

Рис.12.4. Диаграмма суммирования составляющих тока возбуждения на выходе блока АФК в схеме БСГ

При этом величина суммарного тока возрастет вследствие изменения угла j относительно предыдущего случая. Т.е. все происходит здесь, как в любой системе АФК.

МУ – магнитный усилитель с двумя рабочими обмотками (РО1, РО2) и тремя обмотками управления. Последовательно с рабочими обмотками МУ установлены диоды, благодаря которым рабочие обмотки выполняют роль внутренней положительной о.с. Две обмотки управления ОУ1, ОУ2 в сочетании со стабилитроном В4 выполняют функции исполнительного элемента корректора напряжения и включены на сопротивление уставки R₅.

Третья обмотка управления ОУ3 получает питание через настроечный резистор R₁ от вторичной обмотки стабилизирующего трансформатора ТС.

ИЭ – измерительный элемент отклонения напряжения, представляющий собой понижающий трансформатор Тр, выпрямитель В5 и резистор R₅, падение напряжения на котором пропорционально напряжению на выходе БСГ.

Работу схемы целесообразно рассмотреть в два этапа: работу системы АФК и работу корректора напряжения.

При увеличении, например, тока нагрузки и постоянном cosj₁ увеличится составляющая I_BI до значения I_BI3 , возрастет суммарный ток цепи возбуждения I_B3, соответственно возрастут эдс обмотки ОВР возбудителя, ток I_BГ возбуждения генератора, эдс генератора. Последнее компенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора, вызванное ростом тока нагрузки, компенсирует снижение эдс генератора, вызванное размагничивающим действием возросшей реакции якоря. В результате напряжение БСГ должно остаться постоянным (с точностью ±5% U_Н). Если же оно отклоняется от заданного значения, в действие вступает корректор напряжения, повышающий точность регулирования напряжения до ±1% U_Н.

Кремниевый стабилитрон В4 корректора напряжения работает в режиме "включен-выключен", пропуская ток в обратном направлении при напряжении, превышающем напряжение пробоя, соответствующее заданному напряжению БСГ. Повышение напряжения на БСГ сверх номинального приводит к пробою стабилитрона В4, который при этом шунтирует обмотку управления ОУ1. Суммарная намагничивающая сила обмоток ОУ1 и ОУ2 при этом уменьшается, магнитная проницаемость сердечника МУ увеличивается, увеличивается реактивное и полное сопротивление МУ, уменьшается ток в обмотке возбуждения возбудителя, следовательно, ток возбуждения БСГ и напряжение генератора.

Снижение напряжения на БСГ приводит к снижению напряжения на стабилитроне В4. Стабилитрон закрывается, подмагничивание МУ определяется теперь суммарным значением намагничивающих сил обмоток управления ОУ1 и ОУ2, т.е. увеличивается. В результате уменьшается магнитная проницаемость сердечника МУ, уменьшается реактивное (и полное) сопротивление рабочих обмоток, увеличиваются ток возбуждения возбудителя, ток возбуждения, эдс и напряжение генератора. Затем процессы повторяются.

Стабилизирующий трансформатор ТС с помощью обмотки ОУ3 обеспечивает гибкую отрицательную обратную связь, уменьшая автоколебания в системе.

Достоинствами рассмотренной схемы являются:

- простота и надежность в работе;

- высокое качество стабилизации напряжения, ошибка не более 1%U_Н.

К недостаткам схемы следует отнести:

- относительно большую инерционность из-за наличия возбудителя и МУ;

- регулирование на стороне обмотки возбуждения возбудителя, а не генератора.