Для чего генератору нужен регулятор?

Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.
Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

Е = с×Ф×ω ,

где с - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;
ω - угловая скорость ротора (якоря) генератора:
Ф - магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.
Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств, поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне. Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

Вибрационный регулятор напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.


Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1 ) имеет добавочный резистор R о , который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ . Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора ОР , намотанная на сердечнике 4 , включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор R о .

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины 1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания U р сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения I р , начнет падать.
Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР . Когда напряжение уменьшится до значения замыкания U з , сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится. При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.
В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения U ср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а ) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых - обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).
С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В , выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.
Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.
Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13,5…14,2 В .

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Ниже приведены принципиальные схемы подключения и работы полупроводниковых регуляторов напряжения различных типов и конструкций.

В заданном интервале, в цепь возбуждения был включен бесконтактный электронный регулятор напряжения РР132А. Отличительной особенностью этого регулятора является наличие переключателя, при помощи которого можно принудительно менять регулируемое напряжение.

Необходимый диапазон регулируемого напряжения устанавливается в зависимости от состояния аккумуляторной батареи и температуры окружающего воздуха. Для изменения диапазона регулируемого напряжения отверните заглушку, закрывающую переключатель, и поверните рычажок переключателя в требуемое положение. При установке заглушки на место обратите внимание на наличие уплотнительного кольца.

Основные технические характеристики регулятора напряжения РР132А.

Напряжение, поддерживаемое регулятором при температуре окружающей среды плюс 20 градусов, В:
- в положении переключателя «мин»: 13,6+-0.35
- в положении переключателя «ср»: 14,2+-0.35
- в положении переключателя «макс»: 14,7+-0.35

Техническое обслуживание регулятора напряжения РР132А.

После запуска двигателя проследите за состоянием регулятора напряжения по показаниям . Если на средних частотах вращения коленчатого вала амперметр показывает значительный зарядный ток, значение которого быстро падает по мере зарядки аккумуляторной батареи, то регулятор исправен. Во время очередного технического обслуживания проверьте надежность соединения проводов на клеммах регулятора напряжения.

Ремонт регулятора напряжения РР132А.

При подозрении на неисправность проверьте регулятор напряжения на специализированном стенде, а при его отсутствии — на стенде, собранном, как показано на схеме ниже. Аккумуляторная батарея должна иметь степень заряженности не ниже 75 %, класс точности - не ниже 0,5, амперметра — не ниже 1,0.

Рычажок переключателя должен быть установлен поочередно в трех положениях, соответствующих минимальному, среднему и максимальному напряжению. Снятие показателей проводите непосредственно после включения на режим.

При токе нагрузки в 14 Ампер, частоте вращения ротора генератора 3500 оборотов в минуту и температуре окружающего воздуха 20+-5 градусов регулятор напряжения РР132А должен обеспечивать значения напряжения указанные в его характеристиках. При этом ток возбуждения должен быть не более 3,5 Ампер. Если уровень настройки напряжения отличается от пределов, указанных выше, более чем на +-0,15 Вольт, то подбором резисторов 10, 11 и 12 добейтесь необходимых значений напряжений.

Если регулятор не обеспечивает нормального возбуждения , проверьте падение напряжении в регуляторе, подключив вольтметр между выводами Ш и «+» . Рычажок переключателя напряжения должен быть в среднем положении, Реостатом устанавливается ток 3 Ампера. При температуре окружающего воздуха 25+-10 градусов падение напряжения должно быть не более 2 Вольт.

Необходимо иметь в виду, что на регулируемое напряжение влияет состояние контактов выключателя зажигания. Если контакты подгорели, то регулируемое напряжение будет подниматься. Падение напряжения на выводах выключателя зажигания должно быть не более 0,15 Вольт при токе 12 Ампер.

Прежде чем искать неисправности в работе генератора или регулятора напряжения, тщательно проверьте состояние электропроводки, правильность схемы соединения проводов и надежность выключателя зажигания и стартера. Неисправности, обнаруженные при проверке должны быть устранены. Выключатель зажигания с большим сопротивлением замените.

Отказ регулятора напряжения РР132А в пути.

При отказе в работе регулятора напряжения в пути можно продолжать движение, но при этом:

1. При отсутствии зарядного тока через каждые 150-200 километров пробега соедините на 25-30 минут клеммы «+» и Ш генератора и двигайтесь со скоростью, при которой зарядный ток будет не более 20 Ампер.

2. При большой силе зарядного тока, более 20 Ампер, отсоедините штепсельный разъем регулятора и через 150-200 километров пробега включите его на 25-30 минут для подзарядки аккумулятора.

Отключать при этом аккумуляторную батарею, а не регулятор напряжения, нельзя. Двигайтесь при включенном регуляторе, как и в первом случае, со скоростью, при которой зарядный ток будет не более 20 Ампер.

Особенности эксплуатации регулятора напряжения РР132А.

Во время эксплуатации запрещается соединять выводы Ш регулятора и генератора с массой и выводы Ш и «+» регулятора между собой, так как при этом откажет регулятор напряжения. Запрещается запускать двигатель при отключенном плюсовом проводе генератора, так как это приведет к возникновению на его выпрямительном блоке повышенного напряжения и к отказу в работе диодов.

В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

ВВЕДЕНИЕ 3

Описание прибора 4

Основное назначение и область применения 5

Виды регуляторов напряжений 6

регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров 7

регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей 8

регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов 9

синхронный компенсатор: назначение, принцип работы 10

Принцип работы регулятора напряжения 1 3

Заключение 1 4

Список литературы 1 5

Введение: Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. В настоящее время задачи регулирования напряжения получили материальную основу в виде регулирующих и компенсирующих устройств. Расчеты показывают, что как правило, дополнительные затраты, связанные с применением регулирующих устройств и их автоматизацией, окупаются той экономией, которая достигается при улучшении режимов напряжений в электрических сетях и системах. Постоянство напряжения в каждой точке сети можно обеспечить применением локальных регуляторов в электрических цепях. Таким образом, возникает вопрос о создании локальных систем автоматического регулирования напряжения в электрической сети. Представляется целесообразным построение локальной системы автоматического регулирования с применением транзисторов.

Цель исследования : Изучить принцип работы и применения регуляторов напряжения для повышения эффективности функционирования электротехнических устройств.

Задачи исследования:

1. Узнать область назначения и применения регулятора напряжения.
2. Определить виды регуляторов напряжения.
3. Изучить принцип работы регуляторов напряжения.
4. Сделать выводы о проделанной работе.

1. Описание прибора:

Регулятор напряжения представляет собой электрический прибор, который регулирует электрическое напряжение, вырабатываемое генератором переменного тока или генератором постоянного тока в интервале от 14 до 14,4 В при номинальном напряжении сети 12 В и от 7 до 7,2 В при номинальном напряжении сети 6 В.

Регулируемое в указанном интервале напряжение обеспечивает правильную работу батареи и защиту приборов от разрушения. Предпосылкой правильной работы является недопущение возможности перегрузки электрической мощности регулятора. Например: Регулятор имеет максимальную электрическую мощность 200 Вт. Это значит, что мощность генератора переменного тока должна быть P alt <= 200 Вт. Далее, суммарное электропотребление приборов в сети транспортного средства не должно превышать 200 Вт. При перегрузке может наступить разрушение регулятора, либо разряд и разрушение батареи.

Регулятор напряжения переменного тока обеспечивает среднее значение напряжения в указанном интервале. Это означает, что, например, измеряемое осциллоскопом напряжение меняется периодически на большую величину, чем номинальное напряжение. Например, от +- 20 до 30 В. Это среднее значение гарантирует, что приборы типа электрических лампочек не разрушатся. Однако действует такое правило, по которому сумма электропотребления приборов должна быть Ps[Вт] <= Preg[Вт]. То есть, регулятор необходимо выбирать согласно номинальному напряжению [В] и макс. электропотреблению [Вт].

2. Основное назначение и область применения:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Существуют различные способы регулирования напряжения. Разнообразие решений обусловлено требованиями по устойчивости, необходимой точности регулирования, параметрами нагрузок, экономическими и другими факторами.

Регулирование в источниках вторичного электропитания

Величину выпрямленного напряжения в ряде случаев нужно изменять. Такая необходимость может возникнуть при включении мощных двигателей, накала генераторных ламп, для уменьшения бросков тока при включении. Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять на стороне переменного тока (входе), на стороне постоянного тока (выходе) и в самом выпрямителе применением регулируемых вентилей.

В качестве регуляторов напряжения на стороне переменного тока применяются:

регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.

регулирующие дроссели (магнитные усилители).

В регулируемом трансформаторе или автотрансформаторе первичная или вторичная обмотка выполняются с несколькими выводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора. При коммутации обмоток часть витков может оказаться замкнутой накоротко движком переключателя, что приведет к созданию в замкнутых витках чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Поэтому такую коммутацию рекомендуется производить после отключения трансформатора из сети. Это является большим недостатком .

3. Виды регуляторов напряжений.

1. По количеству узлов в одном корпусе:

• только регулятор напряжения
• регулятор напряжения вместе с выпрямителем электрического тока
• комбинированный регулятор для напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока с выпрямителем

2. По номинальному напряжению в сети транспортного средства и изменению напряжения:

• номинальное напряжение 6 или 12 В
• напряжение переменного тока или напряжение постоянного тока

3. По электрической мощности (нагрузке) регулятора

4. По числу фаз на 1-фазные и 3-фазные

5. По типу регулируемого генератора постоянного тока – для генераторов с независимым возбуждением и генераторов с постоянными магнитами.

3.1. Регуляторы переменного напряжения на основе тиристоров:

Тиристорные регуляторы позволяют значительно уменьшить физические размеры устройства, снизить его стоимость и сократить потери электроэнергии, но они обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Тиристорные регуляторы переменного напряжения широко применяются в электроприводе, также для питания электротермических установок. Применение тиристоров для коммутации статорных цепей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором позволяет решить задачу создания простого и надежного бесконтактного асинхронного электропривода. Можно эффективно воздействовать на процессы разгона, замедления, осуществлять интенсивное торможение и точную остановку. Безыскровая коммутация, отсутствие подвижных частей, высокая степень надежности позволяют применять тиристорные регуляторы во взрывоопасных и агрессивных средах.

Обобщенная схема тиристорного регулятора переменного напряжения приведена на рис. 1:

3.2. Регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей:

Рассмотрим регуляторы переменного напряжения на основе магнитных усилителей, тиристоров и транзисторов. Магнитный усилитель (МУ) представляет собой статический электромагнитный аппарат, позволяющий при помощи управляющего сигнала постоянного тока небольшой мощности управлять значительными мощностями в цепи переменного тока . Регулирующий дроссель (или магнитный усилитель) включается на входе выпрямителя. Если обмотки переменного тока магнитного усилителя включить последовательно с нагрузкой и изменить ток в обмотке управления, то будет изменяться индуктивное сопротивление обмоток дросселя и падение напряжения на этих обмотках. Следовательно, будет изменяться. При увеличении, уменьшается, уменьшается, уменьшается и растет.

Регуляторы напряжения, построенные на основе магнитных усилителей, обладают рядом достоинств: практически неограниченный срок службы, простота эксплуатации, высокая температурная и временная стабильность характеристик, высокий КПД. Несмотря на ряд достоинств, регуляторы, построенные на базе магнитных усилителей, редко применяются в современных системах управления, так как существенным недостатком таких устройств являются их большие габариты и масса, вызванные конструктивными особенностями магнитных усилителей.

3.3. Регуляторы переменного напряжения на основе транзисторов:

Транзисторный регулятор напряжения не вносит помех в электрическую сеть и его можно применять для управления нагрузкой, как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Регулятор можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора.

Обобщенная схема транзисторных регуляторов переменного напряжения приведена на рисунке 2:

3.4. Синхронный компенсатор назначение, принцип работы:

Понимание того, насколько важно качество электроэнергии (соотношение ее активной и реактивной составляющих – коэффициент мощности), постоянно растет, и вместе с ним будет расти и применение компенсации коэффициента мощности (ККМ). Улучшение качества электроэнергии путем увеличения ее коэффициента мощности уменьшает расходы и гарантирует быстрое возвращение затраченных капиталов. В распределении мощности в сетях с малым и средним напряжением ККМ уделяет основное внимание соотношению активной и реактивной составляющих мощности (cosφ) и оптимизации стабильности напряжения, путем генерации реактивной мощности с целью увеличения качества и стабильности напряжения на распределительном уровне.

Компенсатор синхронный, синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. Пуск К. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30–100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.

Любое электрооборудование, использующее магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, оборудование индукционного нагрева, генераторы для дуговой сварки) подвержено определенному запаздыванию при изменении тока, которое называется индуктивностью. Это запаздывание электрооборудования сохраняет направление тока на определенное время, не смотря на то, что отрицательное напряжение пытается его переменить. Пока этот фазовый сдвиг сохраняется, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Производящаяся все это время отрицательная мощность отдается обратно в сеть. Когда ток и напряжение по знаку снова уравниваются, необходима такая же энергия, чтобы восстановить магнитные поля индукционного оборудования. Эта магнитная реверсионная энергия называется реактивной мощностью. В сетях с напряжением переменного тока (50/60 Hz) такой процесс повторяется 50–60 раз в секунду. Очевидным выходом из данной ситуации является накопление реверсионной магнитной энергии в конденсаторах с целью освобождения сети (линии питания). Именно поэтому автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные / стандартные) устанавливаются на мощную нагрузку, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных блоков, которые могут быть подключены и отключены по мере надобности, и управляются контролером ККМ на основании данных трансформатора тока.

Низкий коэффициент мощности (cosφ) приводит: к повышению затрат и потребления энергии,уменьшению мощности, передающейся по сети, потерям мощности в сети, повышению потерь трансформатора, повышенному падению напряжения в распределенных сетях питания. Увеличение коэффициента мощности может быть достигнуто путем: компенсации реактивной мощности конденсаторами, активной компенсации – использование полупроводников, перевозбуждением синхронных машин (двигатель / генератор)

В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8–12% от объема производства. Для уменьшения этих потерь необходимо: правильно о п ределять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электр о магнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это – созд а ние быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улу ч шающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономи ч ного оборудования и оптимизация его режимов работы. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Вспомогательный параметр – реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосист и чивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивную мо щ ность потребляют такие элементы питающей сети как трансформаторы эле к тростанций; главные понизительные электростанции, линии электропередач – на это приходится 42% реактивной мощности генератора, из них 22% на п о вышающие трансформаторы; 6,5% на линии электропередач районной си с темы; 12,5% на понижающие трансформаторы. Основные же потребители реактивной мощности – асинхронные электр о двигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии, нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генератором явно недостаточно. Увел и чивать реактивную мощность, выдаваемую генератором нецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т.е. нужно выдавать реактивную мо щ ность именно там, где она больше всего нужна.

4. Принцип работы регулятора напряжения:

В настоящее время все генераторные установки оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. При подключении регулятора к электросети не допускается менять полюса + и – батареи. Регулятор может разрушиться.

Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки - тем меньше это напряжение.

Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения. Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить — увеличивается.

Заключение:

Регулирование напряжения позволяет не только повысить качество электроэнергии, но и улучшить ход производственных процессов на промышленных предприятиях: снизить брак продукции, повысить ее качество, увеличить производительность труда людей и производительность механизмов, а также в отдельных случаях сократить потери энергии. Сделав выводы об устройстве и применении регулятора напряжения переменного тока можно с уверенностью сказать, что данное устройство может достаточно облегчить работу как радиотехника так и обычного человека в его использовании для улучшения качество потребляемой электроэнергии.

Список литературы:

1. Бутов А. „Устройство защиты маломощных ламп накаливания“, Журнал „Радио“ №2, 2004г.
2. Чекаров А. „Беспомеховый регулятор напряжения“ Журнал „Радио“, №11, 1999г.
3. Основы радиотехники [Текст] / Н. М. Изюмов, Д. П. Линде. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1983. - 376 с. : ил. - (Массовая радиобиблиотека; вып. 1059). - Б. ц.
4. Радиотехника [Текст] : к изучению дисциплины / И. П. Жеребцов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : [б. и.], 1958. - 495 с. - Б. ц.
5. Практикум по электротехнике и радиотехнике [Текст] : пособие для студ. пед. ин-тов / Под ред. Н.Н. Малова. - М. : Учпедгиз, 1958. - 166 с. - Б. ц.
6. Курс электротехники и радиотехники [Текст] : учебное пособие: для пед. ин-тов / Н.Н. Малов. - М. : Госфизмат, 1959. - 424 с. - Б. ц.

PAGE \* MERGEFORMAT 2

Регуляторы напряжения

К атегория:

Передвижные электростанции

Регуляторы напряжения

Передвижные станции мощностью до 200 кет работают, как правило, в условиях резко меняющихся нагрузок. Пуск коротко-замкнутых электродвигателей или быстрое отключение больших нагрузок вызывает резкие колебания напряжения генератора, что отрицательно отражается на работе токоприемников, включенных в сеть, питаемую данным генератором.

Для поддержания на шинах щита управления номинального напряжения в схемах передвижных электростанций предусмотрено регулирование напряжения генераторов при помощи специальных регуляторов.

Генераторы с самовозбуждением СГ-9С и ЧС-7 в регулировании не нуждаются. Их настраивают на заводе с таким расчетом, чтобы после процесса самовозбуждения по обмотке возбуждения генератора проходил выпрямленный ток такой силы, при которой на зажимах генератора устанавливается номинальное напряжение. Для этого подбирают соответствующее число витков первичной и вторичной обмоток (высшего и низшего напряжения) стабилизирующего трансформатора, а также число пластин и положение магнитного шунта.

При холостом ходе трансформатора, когда но цепи нагрузки, а значит, и по последовательной обмотке трансформатора ток не протекает, магнитное поле трансформатора создается только током первичной обмотки (обмотки высшего напряжения).

С возрастанием нагрузки генератора по последовательной обмотке проходит ток нагрузки и соответственно магнитное поле трансформатора создается током не только первичной обмотки, но и последовательной, в результате чего возрастают напряжение вторичной обмотки (обмотки низшего напряжения) и сила тока возбуждения генератора. Соответствие между изменением силы тока нагрузки и силы тока возбуждения обеспечивает постоянство напряжения самосинхронизирующихся генераторов при изменении нагрузки в широких пределах.

У синхронных генераторов с независимым (машинным) возбуждением СГ, С и Сд напряжение регулируется ручными или автоматическими регуляторами напряжения.

В качестве ручного регулятора напряжения обычно применяют шунтовые реостаты.

Шунтовой реостат состоит из системы контактов, сопротивлений и ползункового устройства с рукояткой.

Наиболее распространенным типом шунтового реостата для ручного регулирования напряжения генераторов передвижных станций является регулятор возбуждения РВ-5200. Регуляторы этой серии, выполняют как с ручным непосредственным приводом, так и с приводом ПД-9006/3 для дистанционного ручного регулирования напряжения.

Регулятор включается в цепь возбуждения и позволяет регулировать напряжение генератора при изменениях нагрузки от нуля до номинальной. Сопротивление в цепи возбуждения создается с помощью проволочных спиралей реостата, изготовленных из материалов, обладающих большим удельным сопротивлением (нихром, фехраль, константан и др.).

Шунтовой реостат описанной конструкции применяется для ручного регулирования напряжения в передвижных станциях ПЭС -60 и ПЭС -100 с генераторами СГ и С. Однако ручное регулирование требует от персонала, обслуживающего станцию, постоянного наблюдения за изменением нагрузок и быстрого оперативного вмешательства ери резком возрастании или падении напряжения. Все это усложняет обслуживание и снижает надежность работы передвижных станций.

Для упрощения эксплуатации и обеспечения нормальной и бесперебойной работы станций в их схемах предусматривается автоматическое регулирование напряжения, осуществляемое при помощи специальных автоматических устройств.

Для автоматического регулирования напряжения в передвижных электростанциях с генераторами СГ и С применяют универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ или вибрационный регулятор напряжения АВРН -3.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ (рис. 1) состоит из селенового выпрямителя, трехфазного, трансформатора и щитка зажимов, смонтированных на общем основании, штампованном из листовой стали толщиной 2 мм.

Рис. 1. Компаундирующее устройство УКУ -ЗМ: 1 - селеновый выпрямитель, 2 - трансформатор, 3 - щиток зажимов, 4 - подвижное ярмо, 5 - регулировочный винт

Вторичные обмотки трансформатора насажены непосредственно на стержень магнитопровода, а первичные уложены поверх вторичных. Первичные обмотки выполнены медным проводом прямоугольного сечения с двухслойной бумажной изоляцией и состоят из двух секций по пяти витков каждая. Концы проводов каждой секции выведены на щиток и присоединены к зажимам.

В отличие от других трансформаторов магнитопровед трансформатора УКУ -ЗМ имеет подвижное ярмо. Постепенным перемещением ярма плавно изменяют индуктивность трансформатора и силу тока вторичных обмоток, что необходимо для регулирования степени компаундирования. Ярмо магнитопрово-да перемещают регулировочным винтом, головка которого выведена на крышку кожуха.

Первичную обмотку трансформатора включают последовательно в силовую цепь генератора и через нее проходит весь ток нагрузки. От вторичных обмоток ток поступает к селеновому выпрямителю, который выпрямляет его и направляет в цепь возбуждения возбудителя дополнительно к току, создаваемому в обмотках возбуждения. Токи вторичных обмоток и обмоток возбуждения суммируются.

Действие компаундирующего устройства основано на прямой зависимости тока возбуждения от тока нагрузки. С возрастанием нагрузочного тока, проходящего через первичную обмотку трансформатора, автоматически повышается сила тока во вторичных обмотках. При этом соответственно увеличивается сила дополнительного тока возбуждения, протекающего от селенового выпрямителя к обмоткам возбуждения. С уменьшением силы тока нагрузки уменьшаются сила тока во вторичных обмотках и сила дополнительного тока возбуждения. Напряжение на зажимах генератора будет оставаться неизменным в определенных пределах.

В компаундирующем устройстве УКУ -ЗМ имеется щиток зажимов, который изготовляют обычно из гетинакса или текстолита толщиной 6-8 мм.

На щитке расположено 14 зажимов: по четыре зажима на каждую фазу для переключения секций первичной обмотки и подключения устройства к силовой цепи генератора и два зажима для присоединения обмотки возбуждения возбудителя. Трансформатор, выпрямитель и щиток закрыты общим металлическим кожухом.

Компаундирующее устройство включают в силовую цепь генератора между его линейными зажимами и щитом управления или между нулевыми выводами, если генератор имеет шесть выводов.

Секции первичной обмотки трансформатора соединяют последовательно или параллельно. Способ соединения секций выбирают в зависимости от силы линейного тока генератора: при силе тока до 50 а секции соединяют последовательно, при силе тока свыше 50 и до 100 а - параллельно.

Обмотку возбуждения возбудителя генератора подключают к зажимам выпрямленного тока компаундирующего устройства с соблюдением полярности: плюсовой вывод обмотки возбуждения возбудителя подключают к плюсовому зажиму щитка.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ -ЗМ предназначено для автоматического регулирования напряжения генераторов С и СГ мощностью до 60 ква и аналогичных им типов генераторов, имеющих ток возбуждения не более 4,5 а при напряжении до 45 в.

Для регулирования напряжения генераторов мощностью -выше 60 и до 100 ква часто применяют вибрационный регулятор АВРН .

Рис. 2. Схемы присоединения универсального компаундирующего устройства УКУ -ЗМ: а - к линейным выводам генератора, б - к нулевым выводам фаз

Автоматический вибрационный регулятор напряжения АВРН -3 состоит из электромагнита, конденсаторов, системы контактов и регулировочных винтов. Его действие основано на изменении сопротивления в цепи возбуждения путем автоматического включения или выключения шунтового реостата.

Схема соединения регулятора АВРН -3 с генератором показана на рис. 4. Электромагнит подключен к фазным зажимам генератора, а контакты включены параллельно шунто-вому реостату возбуждения возбудителя. Подвижный вольфрамовый контакт и жестко укрепленный на магнитопроводе электромагнита неподвижный контакт нормально замкнуты и шунтируют реостат.

В начале работы генератора сопротивление в цепи возбуждения отсутствует (реостат зашунтирован контактами) и напряжение быстро возрастает. При этом якорь притягивается к электромагниту, а укрепленный на нем подвижный контакт замыкается с неподвижным. Сохранению такого положения подвижного и неподвижного контактов препятствует пружина, которая отталкивает подвижный контакт от неподвижного, возвращая его в исходное положение. Под встречным действием сил притяжения электромагнита и пружины подвижный контакт начинает вибрировать, замыкаясь и размыкаясь с неподвижным контактом. Вследствие такой вибрации реостат, первоначальна полностью зашунтированный, периодически отключается от цепи возбуждения или включается в нее. Чем продолжительнее будут замкнуты контакты, тем длительнее будет зашунтирован реостат и тем больше будет ток возбуждения. С увеличением времени, в течение которого контакты разомкнуты, продолжительность шунтирования реостата соответственно сократится и ток возбуждения уменьшится, а следовательно, снизится и напряжение на зажимах генератора.

Рис. 3. Автоматический регулятор напряжения АВРН -3: 1 - катушка электромагнита, 2 - якорь электромагнита, 3 - пружина якоря, 4 - прокладки, 5 - кожух вибратора, 6-подвижный контакт, 7 - неподвижный контакт, 8 - регулировочные винты, 9 - регулировочная пружина, 10- основание вибратора, 11 - щиток со штепсельным разъемом, 12 - корпус регулятора, 13 - зарядный конденсатор, 14 - искрогасительный конденсатор

Подвижный контакт закреплен на якоре электромагнита, установленном на пластинчатой пружине, противодействующей притяжению якоря. Изменив натяжение пружины при помощи винта, можно увеличить или уменьшить продолжительность размыкания (замыкания) контактов и, таким образом, настроить генератор на требуемое рабочее напряжение.

Рис. 4. Схема соединения регулятора напряжения АВРН -3 с генератором на 400 в: 1 - генератор, 2 - возбудитель, 3 - шунтовой реостат, 4 и 8 - конденсаторы, 5 - электромагнит, 6 - подвижный контакт, 7 - неподвижный контакт

Напряжение на зажимах генератора изменяется также с изменением, скорости вращения ротора. Для поддержания необходимого напряжения на зажимах генератора при изменении скорости вращения его ротора в схеме регулятора предусмотрена установка конденсатора КЗ емкостью 1 мкф, включаемого последовательно с обмоткой электромагнита.

С изменением скорости вращения ротора, а следовательно, и частоты изменяется сопротивление конденсатора: при повышении частоты сопротивление уменьшается, а при снижении - увеличивается. В случае снижения напряжения (из-за уменьшения скорости вращения ротора) сопротивление конденсатора увеличится, сила тока в обмотке электромагнита уменьшится к контакты замкнутся, восстанавливая напряжение.

Вибрационный регулятор АВРН -3 способен поддерживать напряжение на зажимах генератора с точностью ±5% номинального независимо от коэффициента мощности и при изменении частоты в пределах ±20%.

В передвижных станциях мощностью 100 ква и выше для автоматического регулирования напряжения применяют угольные регуляторы РУН -111 или УРН -400.

Автоматический угольный регулятор напряжения РУН -1 состоит из регулирующего устройства, селенового выпрямителя, стабилизирующего трансформатора и установочных реостатов.

Регулирующее устройство состоит из электромагнита, якорь которого укреплен на рычаге. С рычагом связана тяга, сжимающая столбики угольных дисков при помощи коромысла. Плечо тяги, а следовательно, и усилие, сжимающее угольные диски, регулируют винтами, установленными на угольнике. Между угольниками помещена противодействующая пружина. Детали регулирующего устройства смонтированы на стальйой плите толщиной 2 мм.

Стабилизирующий трансформатор ТС двух-обмоточный: на стержень его магнитопровода надета вторичная обмотка, а поверх нее - первичная. Концы обмоток выведены и присоединены к зажимам на щитке трансформатора.

Установочные реостаты РУ-1 и РУ-2 выполнены по типу ползунковых реостатов с фиксируемым движком, который позволяет закреплять ползунки в определенных точках сопротивления.

Обмотка электромагнита подключается к зажимам линейного напряжения генератора через селеновый выпрямитель ВС (типа ВС-255) и установочный реостат PY-L Эту цепь регулятора называют контрольно-измерительной.

Столбики угольных дисков регулятора через зажимы включаются последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя генератора. Для обеспечения устойчивой работы регулятора с генератором в схеме применен стабилизирующий трансформатор, первичная обмотка которого подсоединяется к зажимам обмотки возбуждения генератора последовательно с установочным реостатом РУ-2, а вторичная обмотка включается последовательно в цепь обмотки электромагнита регулятора через зажимы.

Рис. 5. Угольный регулятор напряжения РУН -111: а-общий вид регулирующего устройства, б - принципиальная схема включения регулятора напряжения со стабилизирующим трансформатором, селеновым выпрямителем и установочными реостатами; 1 – коромысло, 2 – столбики угольных дисков, 3 – тяга, 4 - рычаг, 5 - якорь электромагнита, 6 - электромагнит, 7 и 9 угольники, 8 пружина, 10-15- зажимы

При использовании РУН -111 с генераторами, имеющими линейное напряжение 400 в, контрольно-измерительную цепь регулятора подсоединяют к генератору через понижающий трансформатор с вторичным напряжением 133 в.

Регулирование напряжения с помощью угольного регулятора РУН -111 происходит следующим образом.

В процессе работы при номинальном напряжении на зажимах генератора подвижная система регулятора занимает уравновешенное положение, при котором сила натяжения Fx пружины 8 уравновешивает силу F2 электромагнита регулятора и противодействие столбика угольных дисков. В момент снижения напряжения, вызванного увеличением нагрузки или какими-либо иными причинами, уменьшается сила тока, протекающего по обмотке электромагнита регулятора, а также и сила F2. Вследствие этого снижается сила притяжения якоря, нарушается равновесие и подвижная система регулятора под действием избыточной силы смещается, сжимая диски столбиков. При сжатии столбиков контакт между дисками улучшается, вследствие чего переходное сопротивление между отдельными дисками, а следовательно, и общее сопротивление столбиков уменьшаются, сила тока в обмотке возбуждения возбудителя увеличивается и напряжение на зажимах генератора восстанавливается. Уменьшение избыточной силы Fi приводит к замедлению движения подвижной системы, а в дальнейшем и к наступлению равновесия, но уже в новом положении - с более низкими значениями * сопротивления столбиков угольных дисков и напряжения на зажимах генератора по сравнению с первоначальным положением. Повышение напряжения на зажимах генератора вследствие уменьшения нагрузки или каких-либо других причин вызовет обратные явления и соответствующие действия регулятора.

Чтобы повысить чувствительность регулятора, в нем применена так называемая отрицательная обратная связь, принцип действия которой заключается в следующем. Электромагнит обмотки регулятора кроме основной обмотки имеет дополнительную, включенную так, что протекающий по ней ток ослабляет магнитное поле электромагнита. Дополнительная обмотка получает питание от вторичной обмотки трансформатора тока, первичная обмотка которого присоединена к выводам возбудителя. Возрастание напряжения в возбудителе приводит к появлению тока в цепи вторичной обмотки трансформатора, замкнутой через дополнительную обмотку электромагнита. Ток в дополнительной обмотке электромагнита уменьшает усилие, противодействующее пружине, и в результате этого при изме-, нении нагрузки обеспечивается автоматическое поддержание напряжения на зажимах генератора на уровне, близком к номинальному.

Если предполагается работа генератора на общие шины параллельно с другими генераторами, то для регулирования их напряжения необходимо в цепь переменного тока питания электромагнита включать регулируемое добавочное сопротивление установочного реостата, по которому будет проходить ток к трансформатору тока. При помощи движка реостата добиваются совмещения характеристик напряжения на всех параллельно работающих генераторах.

Конструктивно наиболее совершенным и надежным регулирующим устройством для автоматического регулирования напряжения на зажимах генераторов передвижных станций является угольный регулятор УРН -400.

Автоматический угольный регулятор напряжения УРН -400 состоит из электромагнита, угольного столба и контактов. Электромагнит представляет собой магнитопровод с сердечником и катушкой.

Якорь 8 электромагнита соединен с пакетом пружин и через подвижный контакт сжимает угольный столб. Угольный столб состоит из 50 шайб (дисков) диаметром 11 мм и толщиной около 1 мм. Шайбы изготовлены из графитированного угля и имеют шероховатую поверхность, вследствие чего общая площадь соприкосновения шайб и величина переходного сопротивления между ними находится в прямой зависимости от величины усилия, сжимающего их. Угольный столб помещен в керамическую трубку, которая вставлена в алюминиевый корпус, Имеющий ребра для лучшего отвода тепла. Одним концом угольный столб упирается в подвижный угольный контакт, а другим - в неподвижный угольный контакт. В торец алюминиевого корпуса регулятора ввернут нажимной колпак, в который запрессован контакт.

Регулятор УРН -400 встраивают в блок регулирования напряжения БРН -400, имеющий также стабилизирующий трансформатор, селеновые выпрямители, стабилизирующие регулировочные и добавочные (вспомогательные) сопротивления, конденсатор.

В блоке БРН -400 установлены два селеновых выпрямителя, один из которых питает постоянным током катушку электромагнита регулятора, а другой защищает обмотку возбуждения от перенапряжений и угольные диски от подгорания, возможного при разрыве цепи возбуждения возбудителя и при различных переходных процессах, вызванных резким набросом и сбросом нагрузки, а также коротким замыканием в цепи.

Рис. 6. Угольный регулятор напряжония УРН -400: а - общий вид, б - продольный разрез; 1 - магнитопровод, 2-сердечник, 3 - стопорный винт сердечника. 4 - основание магнитопровода, 5 - винты для крепления основания магнитопровода, 6 - катушка электромагнита, 7 - шайба, 3 - якорь, 9 - опорное коническое кольцо, 10- пакет пружин, 11 - пластина для крепления пружин, 12 - плунжер для крепления угольного контакта, 13 - прокладки из слюды, 14 - керамические втулки, 15 - винт для крепления скобы, 16 - скоба, 17 - нажимной колпак, 18 - неподвижный угольный контакт, 19 - корпус регулятора, 20 - керамическая трубка, 21 - угольный столб, 22 - подвижный угольный контакт, 23 - колпак, 24 - контактная пластина

В блоке регулирования напряжения имеются три сопро-hгтения. Сопротивления намотаны высокоомной оксиаированной проволокой, О-Х-15Н-60 на фарфоровой трубке диаметром 25 мм и длиной 140 мм, а сопротивление - на такой же фарфоровой трубке, но проволокой из константана. Добавочное сопротивление включено последовательно с угольным столбом и служит для уменьшения мощности, рассеиваемой в угольном столбе. Стабилизирующее сопротивление предназначено для ограничения напряжения, поступающего в первичную обмотку трансформатора, а также для настройки схемы регулирования напряжения.

Рис. 7. Блок регулирования напряжения БРН -400 с регулятором напряжения УРН -400 (кожух снят): 1 - стальной каркас, 2 - блок селеновых выпрямителей, 3 - стабилизирующий трансформатор, 4 - амортизирующие шайбы, 5 - угольный регулятор напряжения, 6 - добавочное сопротивление угольного столба, 7 - стабилизирующее сопротивление трансформатора, 8 - компенсирующее сопротивление

Схема электрических соединений элементов блока регулирования напряжения БРН -400 с генератором и его возбудителем показана на рис. 8.

Понижающий трансформатор ТП применяют при напряжении 400 в и присоединяют к силовой цепи генератора. Стабилизирующий трансформатор ТС служит для обеспечения более устойчивой работы регулятора и для быстрого восстановления напряжения при изменениях нагрузки.

Рис. 8. Принципиальная схема электрических соединений элементов блока регулирования БРН -400 с генератором и возбудителем: ТП - понижающий трансформатор, ТТ - трансформатор тока, РУ - реостат настройки регулятора, ТС - стабилизирующий трансформатор, ЭМ - электромагнит регулятора напряжения, К - конденсатор, УС - угольный столб, Л, - R, - сопротивления, ВС - селеновый выпрямитель

Реостат РУ включен последовательно во вторичную цепь трансформатора и служит для установки в требуемых пределах регулирования напряжения генератора при настройке регулятора. Угольный регулятор напряжения УРН -400 работает аналогично регулятору РУН -111.

К атегория: - Передвижные электростанции