Регулятор напряжения на магнитных усилителях

Лекция №16

Внедрение в СЭС ЛА бесконтактных генераторов сделало необходимым применение для совместной с ними работы и бесконтактных регуляторов — более надежных и точных по сравнению с контактными, имеющими к тому же столь нестабильный эталон в виде пружины. Одним из путей реализации явилось создание РН на магнитных усилителях с самоподмагничиванием (МУС). В электрической схеме трехкаскадного синхронного генератора такой регулятор выполняет функции регулируемого источника питания G (рис.), ко входу которого подключено измерительное устройство, а к выходу – обмотка возбуждения возбудителя.

Питание регулятора, в целях уменьшения размеров, осуществляется высокочастотным (f = 800 Гц) напряжением подвозбудителя, а процесс регулирования происходит по маломощной цепи возбуждения возбудителя.

Принципиальная схема РН на магнитных усилителях представлена на рис. Измерительный элемент регулятора выполнен в виде моста R2 — VD2, R3 — VD1, на вход которого поступает сигнал, пропорциональный средневыпрямленному напряжению генератора, а выход связан с обмоткой управления магнитного усилителя первого каскада. Для ручной настройки уровня напряжения генератора в цепь питания измерительного органа напряжения (ИОН) включен выносной резистор R1. Усилительный элемент регулятора выполнен в виде двухкаскадного МУ с самонасыщением, который позволяет получить высокий коэффициент усиления при незначительном увеличении постоянной времени (К_{ус общ} = К_ус1К_{ус 2}; Т = Т_МУС1 + Т_МУС2). В МУС1 кроме рабочейи управляющей обмотки, имеются уравнительная обмотка w_ур, используемая при параллельной работе генераторов, и стабилизирующая обмотка w_oc гибкой отрицательной обратной связи. Нагрузкой МУС1 является управляющая обмотка w_{у 2} магнитного усилителя второго каскада МУС2. Этот усилитель кроме рабочей обмотки w_{р 2} имеет обмотку смещения w_CM, благодаря которой осуществляется необходимая логика регулирования.

 

 

На рис. показаны выходные характеристики отдельных звеньев РН, иллюстрирующие логику регулирования. Номинальному значению напряжения U_Г1 = U_ном соответствуют вполне определенные значения I _yl, I_у2 и U_0ВВ1. При уменьшении нагрузки напряжение генератора увеличивается до U_Г2, что приводит к увеличению тока I_у1, (МДС F _у1) и уменьшению I_у2(F _у2). Напряжение на зажимах подвозбудителя всегда постоянно, F_CM = const, и происходит уменьшение напряжения на обмотке возбуждения (Uовв = Uовв2) и напряжения генератора. Новой, меньшей нагрузке будет соответствовать более высокое значение генератора, т.е. внешняя характеристика генератора статична. При увеличении нагрузки те же процессы идут в обратном направлении.

Для равномерного распределения реактивной составляющей тока нагрузки между параллельно работающими генераторами в МУС1 предусмотрена уравнительная обмотка w_ур, сигнал на которую подается от блока измерения реактивной мощности.

Для улучшения динамических характеристик магнитный усилитель охвачен ГООС по току возбуждения возбудителя за счет применения трансформатора тока, его первичная обмотка включена последовательно с ОВВ возбудителя, а вторичная – к стабилизирующей обмотке w_ос магнитного усилителя МУС1. МДС, создаваемая w_0с при увеличении тока в ОВВ размагничивает, а при уменьшении I_овв намагничивает сердечник МУС1. Это приводит к небольшому увеличению I_овв в первом случае и уменьшению во втором. По стабилизирующей обмотке ток протекает только во время переходных процессов, и ее действие не влияет на статическую ошибку РН. Такие РН типа БРН-208МА(Б) работают с генераторами серии ГТ мощностью 40 и 60 кВА и эксплуатируются на самолетах Ил-62М, Ту-154Б, М; ИЛ-76, верто лете Ми-24 и др. На более современных самолетах ЯК -42. Ил-86 и других эти регуляторы используются с генераторами переменного тока в ВСУ.

РН на магнитных усилителях поддерживают напряжение генератора в статических режимах в пределах 115 В ± 2 %, обладают высокойнадежностью и малой чувствительностью к внешним воздействиям, имеют плохие массогабаритные показатели и отличаются значительной инерционностью из-за большой постоянной времени магнитных усилителей.

Разработка и широкое применение на борту электронных регуляторов напряжения явились следствием ужесточившихся требований к массогабаритным показателям энергетических узлов СЭС и к качеству вырабатываемой ими электроэнергии. На определенном этапе развития техники этим требованиям удовлетворяли РН, выполненные на базе управляемых полупроводниковых элементов — тиристоров и транзисторов.

Тиристорный РН

В схеме регулируемого генератора, представленной на рис., функции регулируемого источника может выполнять тиристорный РН. Идея регулирования напряжения генератора с помощью исполнительного устройства на тиристоре иллюстрируется на рис.а, где показано подключение обмотки возбуждения генератора через тиристорный ключ к источнику питания с напряжением U_n. Номинальному напряжению U_H0M соответствует определенное значение тока в обмотке возбуждения генератора I_овг, которое определяется углом запаздывания импульса α относительно начала положительной полуволны напряжения питания U_n (рис. б). Логика регулирования должна быть построена таким образом, чтобы при изменении

 

нагрузки изменялся угол α и как следствие ток I_овг так, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.

Система управления, формирующая импульс с регулируемой задержкой, состоит из фазосдвигающего устройства (ФСУ) и формирователя импульса (ФИ). ФСУ формирует синусоидальное напряжение с частотой, как и напряжение питания U_n (рис. в). Сдвиг по фазе между U_ФСУ и U_n определяется текущим значением напряжения генератора. Формирователь импульсов в начале положительной полуволны U_ФСУ формирует импульс, открывающий тиристор. Формирователь импульсов, состоит из модулятора, коммутирующим элементом которого является транзистор VT1, и формирующего устройства с коммутирующим транзистором VT2. Формирователь импульсов имеет два входа, на которые подаются напряжения U_ФСУ и U_n.. Выходной сигнал ФИ создается на резисторе R4. Когда полярность напряжения U_n. соответствует знакам в скобках, напряжение на вторичной обмотке трансформатора T2 через диод VD25 обеспечивает заряд конденсатора С1. Транзисторы VT1 и VT2 при этом закрыты. При смене полярности напряжения U_n. создаются предпосылки для их включения, и, как только выходное напряжение ФСУ станет положительным, VT1 откроется и обеспечит протекание базы транзистора VT2 по контуру «плюс» индуцирова нной ЭДС — VD3 — переход база эмиттер транзистора VT2—R3—VD2 — коллектор-эмиттерный переход VT1 — «минус» индуцирова нной ЭДС. Транзистор VT2 при этом открывается и заряженный конденсатор С1 начинает разряжаться по контуру R4 — VD5 — коллектор-эмиттерный переход VT2. В результате этого на резисторе R4 формируется импульс тока разряда.

Объединение ФСУ и ФИ с другими элементами РН показано на рис. В схеме регулятора ОВВ получает питание через усилитель мощности У — полууправляемый трехфазный выпрямитель VD13-VD15 и VS1-VS3, тиристоры которого управляются от соответствующих формирователей импульсов ФИ1 — ФИЗ. Измерительный орган напряжения включен на средневыпрямленное напряжение генератора через однополупериодный выпрямитель VD10 — VDI2 и собран по мостовой схеме, в противоположные плечи которой включены стабилитроны VD8, VD9. Фазосдвигающее устройство состоит из выпрямителя VD1 — VD6, транзистора VТ1, работающего в режиме управляемого активного сопротивления, — аналога резистора R, конденсаторов С1, С2, С3 и трансформатора TV1. Падение напряжения на эмиттер-базовом переходе VT1 зависит от величины сигнала на выходе измерительного устройства, т.е. от текущего значения напряжения генератора. Питание усилителя мощности, формирователя импульса и фазосдвигающего устройства обеспечивается подвозбудителем генератора.

При номинальном напряжении генератора, с выхода ИОН на эмиттер-базовый переход транзистора VT1 подается положительное напряжение U_ba > 0. При такой полярности напряжения транзистор работает в линейном режиме и имеет сопротивление R_эк. Общему сопротивлению R = R₁ + R_ээк, включенному в схеме ФСУ соответствует определенный угол сдвига α между напряжением на выходе ФСУ и напряжением U_n. Углу сдвига α соответствуют угол включения тиристоров α_к и ток в обмотке возбуждения возбудителя I_0ВВ, при котором U_Г = U _ном. При сбросе нагрузки напряжения U_Г, U_ИОН,, и сопротивление эмиттер-коллекторного перехода транзистора VT1 увеличиваются, что приводит к возрастанию угла α и уменьшению I_овв и U_Г. При снижении напряжения U_Г все процессы происходят в обратном порядке.

Среднее значение напряжения на ОВВ

Кривая напряжения для произвольного угла α приведена на рис. При сильном снижении напряжения генератора векторы выходного напряжения ФСУ и опорного напряжения будут синфазны, благодаря чему тиристоры будут открыты в течение всей проводящей части полупериода. Напряжение на ОВВ, принимает максимальное значение и равно

В целях повышения устойчивости процесса регулирования в цепь базы транзистора VТ1 со вторичной обмотки стабилизирующего трансформатора TV2 поступает сигнал обратной связи по величине изменения тока возбуждения возбудителя. При параллельной работе генераторов туда же поступает и сигнал от измерителя реактивной мощности (ИРМ).

Рассмотренный полупроводниковый регулятор по сравнению с РН на магнитных усилителях имеет большую точность регулирования как в статических, так и в динамических режимах. По рассмотренной схеме выполнен серийный регулятор напряжения типа БРН -120Т5, который используется в комплекте с генератором мощностью 30…90 кВ А на самолетах Ил-86, Я МиГ-29, Су-27 и др.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: