Автоматические регуляторы возбуждения

Автоматический регулятор возбуждения типа ЭПА-305. Регуля­тор предназначен для турбогенераторов и содержит (рис. 12.15): устройство компаундирования полным током; электромагнитный корректор напряжения; устройство релейной форсировки (на ри­сунке не показано). В устройство компаундирования входят уста­новочный резистор R_U , промежуточный трансформатор ТL1 и вы­прямитель VS8. Назначение элементов и принцип действия всего устройства компаундирования рассмотрены выше (см. § 12.7). Электромагнитный корректор напряжения состоит, как указыва­лось, из измерительного органа, магнитного усилителя и выпрями­теля. Он содержит также устройство статизма, задающий элемент и цепи положительной и отрицательной обратных связей.

В измерительный орган входят насыщающийся трансформатор TLVT, выпрямители VS1 и VS2 и резисторы R2, R3. Первичная об­мотка насыщающегося трансформатора является нелинейным эле­ментом, а вторичная выполняет функции линейного элемента. С увеличением напряжения магнитопровод трансформатора насы­щается и его ток намагничивания — ток I ₁ — нарастает нелинейно. Напряжение U _нл на резисторе R3 пропорционально току I ₁ и не­линейно зависит от напряжения U _г генератора. Насыщение магнитопровода трансформатора TLVT не влияет на характер изменения тока I ₂ и пропорционального ему напряжения U _л на резисторе R2. При любой степени насыщения они сохраняют линейную зависи­мость от напряжения на входе измерительного органа. Ток I _у в об­мотке управления ωу магнитного усилителя AL определяется раз­ностью напряжений линейного U _л и нелинейного U _нл элементов. С уменьшением напряжения генератора разность напряжений уве­личивается, ток в обмотке управления магнитного усилителя воз­растает, увеличивается и ток I _н нагрузки магнитного усилителя (см. рис. 1.8,6). Соответственно увеличивается и выпрямленный ток I _peг2 в обмотке LE2 возбуждения возбудителя.

Следует отметить, что в рассматриваемом корректоре приме­няется магнитный усилитель с самонасыщением [З], отличающий­ся от рассмотренного (см. § 1.4) наличием сильной внутренней об­ратной связи, — выпрямленные диодами VD токи рабочих ω _раб об­моток создают дополнительное подмагничивание магнитопровода усилителя. Поэтому для обеспечения необходимой характеристики в магнитный усилитель вводится отрицательная обратная связь — обмотка ω _o.c1. Она включена встречно с обмоткой управления ω _y , по ней проходит выпрямленный выходной ток усилителя — ток I _peг2. При повышении напряжения сверх предписанного значения U _г.пр (см. рис. 12.12, б) напряжение на выходе нелинейного эле­мента становится больше напряжения на выходе линейного эле­мента. Ток в обмотке ω _у магнитного усилителя изменяет знак и увеличивается, регулятор мог бы действовать в сторону дальней­шего повышения напряжения (см. характеристику магнитного усилителя на рис. 1.8, б). Для исключения этого используется обмотка компенсации ω _кмп трансформатора TL3. Она включается через насыщающийся реактор LRT встречно с его рабочей обмоткой ω _раб. Поэтому вторичный ток трансформатора TL3, а следователь­но, и ток I _peг2 определяются разностью токов в указанных обмот­ках. При повышении напряжения реактор насыщается, ток I _кмп увеличивается и компенсирует возрастающий ток I _н магнитного усилителя AL.

Трансреактор TAV и обмотка ω _o.с1 магнитного усилителя обра­зуют гибкую отрицательную обратную связь. По первичной обмотке трансреактора проходит ток, пропорциональный напряжению U _в возбуждения. Поэтому в установившемся режиме при неизмен­ном напряжении U _в = const обратная связь не работает. Напря­жение на вторичной обмотке TAV и ток в обмотке ω _o.c2 появляют­ся только при изменении напряжения возбудителя, т. е. только при переходных процессах. Поэтому обратную связь и называют гибкой. Обмотка ω _o.c2 включается так, чтобы ток в ней имел направле­ние, противоположное направлению тока в обмотке ω_y. Этим за­медляется действие корректора при переходных процессах и обес­печивается устойчивость автоматического регулирования возбуж­дения.

Однако при этом увеличивается время восстановления нор­мального напряжения генератора, что является недостатком ис­пользования гибкой отрицательной обратной связи для обеспечения устойчивости.

Для задания регулятору определенной характеристики регули­рования служит устройство установки статизма. Оно выполнено посредством резистора R1 и трансформатора TL2. Падение напря­жения на резисторе R1, пропорциональное току I _г генератора, под­водится через трансформатор TL2 к измерительному органу кор­ректора и суммируется с напряжением измерительного трансфор­матора TV, Таким образом, резистором R1 можно изменять на­пряжение на входе измерительного органа в зависимости от I _г и тем самым получать характеристики с различными коэффициента­ми статизма. Заданное напряжение, которое должен поддерживать корректор, устанавливается задающим элементом — автотрансфор­матором Т_U .

Автоматический регулятор возбуждения типа РВА-62. Регуля­тор состоит из устройства фазового управляемого компаундирования и электромагнитного корректора напряжения (рис. 12.16, а). Особенностью регулятора, как указывалось, является то, что его действие определяется не только значениями İ _г и Ů _г, но и углом φ сдвига фаз между ними. Корректор напряжения воздействует не на возбудитель, как у регулятора ЭПА-305, а на устройство компаундирования, управляя им. Устройство фазового компаундирования содержит промежуточный трансформатор тока с подмагничиванием TLAT, повышающий автотрансформатор Т1, конденсатор CI, линейный реактор LR и выпрямитель VS4. Первичные обмотки ω' ₁ и ω" ₁ трансформатора TLAT подключаются, как указывалось, к трансформаторам тока генератора ТА1, ТА2 и трансформатору напряжения TV через реактор LR, сопротивление Z которого (см. рис. 12.13, а) обеспечивает независимость тока I_U в обмотке ω" ₁ , который должен определяться только напряжением U _г. Авто­трансформатор Т1 повышает напряжение и тем самым позволяет выбрать сопротивление реактора значительно большим сопротив­ления обмотки ω" _1. Конденсатор С1 предусмотрен для снижения реактивной мощности, потребляемой от трансформатора напряжения TV реактором LR. В результате ток I_U в обмотке ω" ₁ отста­ет по фазе от соответствующего напряжения на угол π/3. Это не­обходимо иметь в виду при выборе сочетания фаз токов и напря­жений, при котором обеспечивается правильная работа устройства компаундирования.

Ток компаундирования I _peг пропорционален току во вторичной обмотке ω ₂, который определяется магнитным потоком, созданным совместным действием токов в обмотках ω' ₁ и ω" ₁. Максимальное значение магнитный поток приобретает при совпадающих по фазе токах İ_U и İ _ас. Поэтому обмотки должны быть включены так, что­бы это происходило при чисто реактивной нагрузке генератора. Тогда при чисто активной нагрузке ток İ _ас в обмотке ω'₁ опережает по фазе ток İ _U в обмотке ω" ₁ на угол π/2. При этом результи­рующий магнитный поток оказывается меньше максимального его значения.

Если обмотку ω' ₁ включить на разность токов İ _ас = İ _а — İ _с, то для правильного действия регулятора при указанной на рис. 12.16, асхеме соединения трансформатора TV обмотка ω" ₁  должна вклю­чаться на напряжение Ů _bc , что подтверждается векторной диаграм­мой (рис. 12.16, б). Она построена для чисто активной нагрузки. При этом ток İ _ас в обмотке ω' ₁ опережает по фазе ток İ_U в обмотке ω" на угол π/2. В случае чисто реактивной нагрузки ток İ _ас сов­падает по фазе с током İ_U .

Ток во вторичной обмотке ω ₂ зависит также от степени насы­щения магнитопровода трансформатора TLAT. С увеличением подмагничивания ухудшаются условия трансформации тока в обмотку ω ₂ . Ток I _у в обмотке управления (подмагничивания) ω _у является выходным током корректора напряжения. Поэтому корректор на­пряжения должен действовать так, чтобы при повышении напря­жения генератора ток в обмотке ω _у возрастал, а при понижении напряжения — уменьшался. Такой корректор, как отмечалось, на­зывается противовключенным. Измерительный орган корректора со­держит насыщающийся трансформатор TLVT, выпрямители VS1 и VS2 и резистор R2 (для изменения токов I _л и I _нл при наладке регулятора). В отличие от схемы на рис. 12.15 выходы линейного и нелинейного элементов подключаются к отдельным обмоткам магнитного усилителя AL с самонасыщением, причем токи I _л и I _нл создают магнитные потоки, направленные встречно.

Магнитный усилитель имеет обмотку отрицательной обратной связи ω _o.c1 и обмотку положительной обратной связи ω _o.c2 . Обмотка ω _o.c1 действует соглас­но с обмоткой, питаемой током I _нл . При повышении напряжения сверх предпи­санного значения U _г.пр ток I _нл становится больше тока I _л (см. рис. 12.12, б), результирующая МДС совпадает с МДС обмотки ω _o.c1 , что приводит к насы­щению магнитопровода AL и резкому возрастанию тока I _у, поступающего в об­мотку ω _у трансформатора TLAT. При этом условия трансформации ухудшаются и ток I _peг уменьшается. Если напряжение генератора понизится, то ток I _нл станет меньше тока I _л , результирующая МДС управления AL действует против МДС обмотки ω _o.c1 . Магнитная система AL оказывается менее насыщенной, а ток I _у уменьшается. Условия трансформации тока в обмотку ω ₂, трансформа­тора TLAT становятся более благоприятными, и ток I _peг, а вместе с ним и на­пряжение U _г возрастают. Положительная обратная связь по току I _peг, содержа­щая обмотку ω _o.c2 , повышает коэффициент усиления регулятора в целом. Маг­нитный усилитель имеет также обмотку ω _ст . Вместе с выпрямителем VS3 и резистором R1 она образует устройство установки статизма. Падение напряжения на резисторе R1 и ток в обмотке ω _ст пропорциональны току генератора.