Для преобразователей малой мощности широко используется схема АРН СГ, представленная на рис.12.5.
Рис.12.5. Схема АФК с последовательным соединением каналов тока и напряжения
Это схема АФК, у которой начальное возбуждение обеспечивается от постороннего источника путем подачи на обмотку возбуждения СН напряжения через понижающий трансформатор Тр1 и выпрямитель В1. Напряжение на первичную обмотку трансформатора Тр1 подается из сети, питающей приводной двигатель преобразователя.
При работе возбужденного генератора напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения с выпрямительного моста В4 выше, чем напряжение, подаваемое со вторичной обмотки трансформатора через выпрямитель В1. Поэтому диод В1 запирается и уровень возбуждения генератора определяется только напряжением на выходе В4, что улучшает условия регулирования.
Параллельно обмотке возбуждения включено нелинейное сопротивление R2 (тервитовые шайбы), предохраняющие выпрямители в цепи возбуждения от перенапряжений.
Стабилизация выходного напряжения генератора осуществляется автоматически бесконтактной схемой фазового компаундирования с дополнительным регулированием напряжения по отклонению (коррекция напряжения). Элементами схемы фазового компаундирования являются:
- трансформаторы напряжения Тр2-4, Тр8, Тр9;
- трансформаторы тока Тр5-7;
- выпрямительные мосты В2-В5;
- конденсаторы С1-12;
- дроссели: управляемый ДрУ и неуправляемые Др2-4.
Для улучшения формы кривой выходного напряжения первичны обмотки трансформаторов Тр2-4 соединены в звезду, вторичные – в треугольник. Первичные обмотки трансформаторов тока Тр5-Тр7 включены в цепи фаз статора генератора, а вторичные – последовательно с первичными обмотками трансформаторов напряжения. Сердечники трансформаторов тока выполнены с воздушным зазором. Регулировкой зазора (изменением толщины набора текстолитовых прокладок) изменяется индуктивность трансформатора, что необходимо для настройки схемы.
Конденсаторы С2, С3, С4 введены в схему с целью уменьшения влияния нагрева обмотки возбуждения генератора на величину выходного тока схемы фазового компаундирования. Последнее достигается выбором величины емкости конденсаторов так, чтобы резонансная частота цепи, образованной этой емкостью и вторичной обмоткой трансформатора тока, приблизительно равна была номинальной частоте генератора. Управляемый дроссель служит для регулирования тока возбуждения генератора (следовательно, его напряжения) по сигналам, поступающим от измерительного элемента корректора напряжения.
Конденсатор С1, включенный на выход выпрямительного моста В4 цепи питания обмотки возбуждения генератора и стабилизирующую обмотку ОУ5 магнитного усилителя МУ, осуществляет гибкую обратную связь, необходимую для улучшения динамических характеристик схемы регулирования.
В режиме холостого хода генератора, когда по первичным обмоткам трансформаторов тока ток не протекает, компаундирующая составляющая тока возбуждения IB1=0 и ток возбуждения генератора равен току возбуждения холостого хода IB=IBU.
При подключении нагрузки по первичным обмоткам трансформаторов тока протекает ток нагрузки. Ток возбуждения генератора в этом случае будет характеризоваться наличием второй составляющей IBI, расположенной под углом (900-j) к IBU, т.е. под углом, определяемым характером нагрузки (рис.12.6,а).
При изменении нагрузки и неизменном коэффициенте мощности вектор тока IBI, не изменяя своего направления, изменяется только по величине. При этом конец вектора перемещается по прямой аб (рис.12.6, б).
а)
б)
Рис. 12.6. Диаграмма суммирования составляющих тока возбуждения в схеме АФК с последовательным соединением каналов
При изменении коэффициента мощности и неизменной величине нагрузки происходит поворот вектора IBI относительно вектора IBU, при этом конец вектора IB движется по окружности с радиусом R= аб.
Наибольшее значение тока возбуждения будет при j=900, т.е. при cosj=0, а наименьшее при cosj=1, т.е. при j=00.
Система возбуждения генератора (рис.12.5) рассчитана таким образом, что напряжение на зажимах генератора, работающего в режиме холостого хода, при разомкнутых обмотках управления составляет 1,15-1,13 UН, что необходимо для создания зоны регулирования с помощью схемы корректора и получения устойчивого самовозбуждения.
Выходным элементом корректора является управляемый дроссель ДрУ. Одна из обмоток управления дросселя (ОУ3) питается непосредственно от трансформатора Тр3 через выпрямитель В7. Вторая обмотка управления (ОУ2) питается непосредственно от схемы корректора напряжения через выпрямитель В6. Наконец, третья обмотка управления (ОУ1) включена на выход МУ и зажимы обмотки возбуждения через конденсатор С1. Благодаря такому включению эта обмотка управления выполняет одновременно роль гибкой отрицательной обратной связи. Дроссель ДрУ рассчитан таким образом, что при отсутствии тока в обмотках управления его трехфазная обмотка имеет большое индуктивное сопротивление и поэтому потребляет очень маленький ток, не оказывающий практически влияния на работу системы возбуждения. При увеличении тока управления подмагничивание увеличивается и сердечник дросселя насыщается, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления трехфазной обмотки дросселя, к увеличению тока, ответвляющегося в него. Увеличение же тока в трехфазной обмотке дросселя ДрУ ведет к увеличению падения напряжения и к уменьшению тока в первичных обмотках трансформтаров Тр2, Тр3, Тр4, следовательно, к уменьшению тока возбуждения генератора, что приводит к снижению напряжения последнего.
Уменьшение тока управления вызывает уменьшение тока, ответвляющегося в трехфазную обмотку дросселя, и возрастание тока возбуждения генератор, соответственно напряжения на его зажимах.
Кроме управляемого дросселя, в состав корректора напряжения входят:
- магнитный усилитель МУ;
- трансформаторы Тр8, Тр9;
- конденсаторы С17, С19, С26, С29;
- сопротивления R20, R21;
- выпрямители В5;
- измерительный орган, состоящий из схемы феррорезонансного стабилизатора и схемы сравнения.
Трансформаторы Тр8 и Тр9 служат для питания цепей рабочих обмоток МУ, феррорезонансного стабилизатора и схемы сравнения.
Ток, протекающий через рабочие обмотки МУ, выполненного с внутренней положительной о.с., выпрямляется выпрямителями В5 и обтекает обмотку управления ОУ1 дросселя ДрУ схемы фазового компаундирования. Магнитный усилитель имеет и внешнюю положительную о.с., осуществляемую обмоткой управления ОУ4 и регулируемую сопротивлением R20. Обмотка управления ОУ магнитного усилителя вместе с сопротивлением гибкую отрицательную о.с., стабилизирующую систему.
Конденсатор С17 замыкает на выходе схемы корректора переменную составляющую выпрямленных токов помимо обмотки управления дросселя ДрУ. Конденсаторы С19, С26, С29 служат для получения одинаковой крутизны характеристики при различных напряжениях и уменьшения тока холостого хода МУ.
Схема феррорезонансного стабилизатора, являющегося нелинейным элементом (НЭ) измерительного органа, предназначена для получения постоянного по величине напряжения независимо от изменения частоты и напряжения генератора. Она состоит из насыщенного дросселя Др2, ненасыщенных дросселей Др3, Др4, конденсаторов С14, С15, С16 сопротивлений R22, R24, R25 и выпрямителей В6. Частотная компенсация осуществляется тем, что в стабилизатор введен контур, образованный линейной индуктивностью Др4 и емкостью С15. Параметры контура подобраны таким образом, что изменение напряжения на входе стабилизатора компенсируется изменением сопротивления этого контура так, что напряжение на выходе стабилизатора остается практически постоянным.
Линейный дроссель Др3 играет роль индуктивного сопротивления. При увеличении напряжения генератора резко возрастает ток насыщенного дросселя Др2, так как индуктивное сопротивление его падает с увеличением напряжения. В результате этого падение напряжения на дросселе Др3 увеличивается и почти весь избыток напряжения падает на нем, а напряжение на дросселе Др2 остается без изменений.
Сопротивление R25 и конденсатор C14 служат для устранения резких изменений стабилизированного напряжения. Конденсатор С16 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, подаваемого через выпрямитель В6 на нагрузку стабилизатора – сопротивления R22 и R24.
Линейным элементом (ЛЭ) измерительного органа является трансформатор Тр3 в сочетании с выпрямительным мостом В7 и установочными сопротивлениями СУ и R33. Нагрузкой линейного элемента также служат сопротивления R22, R24. Таким образом, на этих сопротивлениях стабилизированное напряжение сравнивается с напряжением, которое изменяется пропорционально изменению напряжения генератора.
Величина тока, подаваемого в обмотку управления ОУ6 МУ, следовательно, и величина тока на выходе МУ, зависят от соотношения вышеуказанных величин. Например, при изменении напряжения генератора напряжение на выходе линейного элемента изменяется. Так как напряжение на выходе стабилизатора остается постоянным, то в обмотке управления ОУ6 МУ (в результате разности напряжений) появится ток, величина и направление которого зависят от величины и знака изменения напряжения генератора. Изменение тока в управляющей обмотке МУ вызывает изменение тока в рабочих обмотках усилителя, что приводит к изменению ампер-витков обмотки управления дросселя ДрУ и к восстановлению номинального напряжения генератора.
Наличие гибких отрицательных обратных связей приводит к тому, что процесс возвращения напряжения генератора к установившемуся значению имеет апериодический характер.
Статическая ошибка регулирования напряжения составляет не более ±1,5 UН.
Заключение
В соответствии с современным развитием техники автоматические регуляторы напряжения СГ целесообразно строить на базе микропроцессорной техники.
Рис.12.1. Схема АРН генератора серии ТМВ
а)
б)
Рис.12.2. Характеристика измерительного элемента и диаграмма АФК
Рис.12.3. Схема АРН бесщеточного СГ
Рис.12.4. Диаграмма суммирования составляющих тока возбуждения на выходе блока АФК в схеме БСГ
Рис.12.5. Схема АФК с последовательным соединением каналов тока и напряжения
а)
б)
Рис. 12.6. Диаграмма суммирования составляющих тока возбуждения в схеме АФК с последовательным соединением каналов
