Методические указания по подготовке к выполнению и выполнению лабораторной работы Описание лабораторного стенда (стр. 5 из 20)

- во-первых, при проектировании подобного генератора должна быть предусмотрена как возможность изменения магнитного потока, так и необходимая глубина (кратность) его изменения;

- во-вторых, в конструкции генератора должно быть предусмотрено устройство управления магнитным потоком, технически реализующим требуемый вид регулировочной характеристики.

На рисунке 3.12 представлена развертка магнитной системы явнополюсного синхронного генератора и схема замещения, наиболее часто используемая для расчета параметров генератора. Степень дискретности представления участков магнитной цепи генератора, определяемая магнитными сопротивлениями

, , , , , как правило бывает достаточной для выполнения проектных расчетов.

В классическом варианте исполнения синхронного генератора, с секционированной или кольцевой обмоткой возбуждения, управление магнитным потоком, сцепленным с рабочей обмоткой генератора, производится изменением МДС

обмотки возбуждения.

Рисунок 3.12. Развертка магнитной системы генератора

Если в синхронном генераторе для создания магнитного потока используются постоянные магниты, то устройство управления магнитным потоком, сцепленным с рабочей обмоткой, может иметь два варианта исполнения. Первый вариант реализуется в виде дополнительной, кольцевой обмотки, охватывающей спинку сердечника якоря. Эта обмотка называется обмоткой подмагничивания спинки якоря, а ее свойства подобно были исследованы при выполнении лабораторной работы 1. Второй вариант устройства управления магнитным потоком реализуется в виде управляемого магнитного шунта. Конструктивно, управляемый магнитный шунт выполняется в виде магнитной системы с обмоткой. Магнитный шунт располагается вблизи полюсных наконечников (с зазором), что приводит к появлению в магнитной системе индуктора дополнительного потока рассеяния

. Если управлять величиной магнитного потока путем изменения МДС , то при правильном согласовании МДС и можно получить требуемый закон изменения полезного магнитного потока.

На рисунке 3.13 представлены регулировочные характеристики синхронных генераторов с различными системами управления магнитным потоком.

Рисунок 3.13. Регулировочные характеристики генераторов

Если при проектировании генератора обеспечена требуемая кратность изменения рабочей составляющей магнитного потока, то последующая задача, связанная со стабилизацией напряжения на нагрузке решается с помощью регулятора напряжения. Схемотехнически, большинство современных регуляторов напряжения выполняется по типовой структуре, представленной на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14. Обобщенная структура регулятора напряжения

Устройство управления магнитным потоком генератора в структурной схеме регулятора представлено обмоткой управления ОУГ. Требуемый закон изменения тока в обмотке управления ОУГ (реализацию регулировочной характеристики) обеспечивает силовой ключ VT. При постоянной величине напряжения Uу, изменение тока в обмотке управления (в соответствии с регулировочной характеристикой) производится изменением относительного времени открытого состояния силового ключа VT. Статическая характеристика регулятора напряжения формируется за счет согласования параметров измерительного органа ИО и компаратора, состоящего из генератора пилообразного напряжения ГПН и операционного усилителя ОУ. Согласующее устройство СУ усиливает (при необходимости) выходной сигнал операционного усилителя и обеспечивает требуемую логику работы силового ключа. Функциональный преобразователь ФПР служит для приведения регулируемого напряжения к виду, удобному для использования на входе измерительного органа. При широтно-импульсном принципе регулирования напряжения блок РУ выполняет функцию рекуператора электроэнергии. Схема корректирующего устройства КУ определяется требованиями по динамическим характеристикам регулятора и иго устойчивости. Опорное напряжение Uоп, относительно которого оценивается отклонение текущего значения напряжения генератора, формируется или то специального источника, или настройкой измерительного органа.

Исторически и по своим функциональным свойствам, все разновидности современных самолетных регуляторов напряжения опираются на единый прототип. Таким прототипом для современных регуляторов является простейший вибрационный регулятор напряжения, который долгое время использовался на самолетах с ограниченной мощностью первичных источников постоянного тока. Схема вибрационного регулятора напряжения представлена на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15. Вибрационный регулятор напряжения

Конструктивно, вибрационный регулятор напряжения является электромагнитным реле с парой нормально замкнутых контактов. При наличии тока в обмотке

, расположенной на полюсе электромагнита, на подвижный, ферромагнитный якорь будет действовать электромагнитная сила, величина которой равна

. (3.11) В предположении, что магнитная система электромагнита остается линейной в пределах изменения существующего в ней магнитного потока, формулу (3.11) можно представить в виде

. (3.12) Уравнение (3.12) показывает, что для электромагнита всегда можно построить семейство характеристик , различающихся величиной параметра . Две характеристики из названного семейства представлены на рисунке 3.15. Из конструкции электромагнита можно установить, что состояние его контактной пары (замкнутое или разомкнутое) зависит от текущего соотношения между электромагнитной силой и механической силой возвратной пружины. Учтем, что при постоянном коэффициенте упругости возвратной пружины, ее механическая характеристика остается линейной. В этом случае можно установить, что момент срабатывания реле будет соответствовать минимальному усилию пружины, а момент отпускания реле (момент возврата реле в исходное состояние) – максимальному усилию пружины. Настройка вибрационного регулятора напряжения состоит в согласовании взаимного расположения механической характеристики возвратной пружины и характеристики электромагнитной силы в пределах интервала изменения рабочего зазора межу якорем и полюсом электромагнита. Настроим электромагнит вибрационного регулятора на ток срабатывания и ток отпускания в соответствии с уравнениями

, . (3.13) Тогда, в пределах изменения рабочего зазора реле и при соблюдении равенств и , взаимное расположение механической характеристики пружины и характеристик электромагнитных сил будет соответствовать графикам, представленным на рисунке 3.15.

При нулевом значении тока в обмотке электромагнита, его контакты находятся в замкнутом состоянии, а усилие возвратной пружины будет минимальным (точка 1). Если ток в обмотке электромагнита сделать равным (

), что эквивалентно равенству вида , якорь электромагнита начнет двигаться в направлении полюса электромагнита. При постоянном значении тока в обмотке электромагнита движение якоря будет ускоренным. Это можно установить из сравнения взаимного расположения силы пружины и электромагнитной силы на участке перемещения якоря от точки до точки . В точке 2 ( ) движение якоря прекратится, а контактное давление будет обеспечено избытком электромагнитной силы над силой пружины. Для возврата якоря электромагнита в исходное состояние (в точку 1) необходимо уменьшить величину тока в обмотке . Установим ток в обмотке электромагнита равным ( ), что эквивалентно равенству вида . В этом режиме питания обмотки якорь электромагнита начнет перемещаться в направлении своего исходного состояния. Возврат якоря в исходное состояние также будет ускоренным, что следует из сравнения взаимного расположения силы пружины и электромагнитной силы на участке перемещения якоря от точки до точки . Если величина тока в обмотке электромагнита не выходит из интервала ( ;0), то якорь электромагнита будет находиться в исходном состоянии.