МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПОВІТРЯНИХ СУДЕН

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Виконала: Романець Софія Сергіївна

Перевірив: Захарченко Віктор Панасович

Київ 2022

Лабораторна робота 2

ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Мета роботи

1. Вивчення електричних схем і конструкцій вугільних регуляторів (ВР) напруги.

2. Дослідження статичних і динамічних властивостей системи автоматичного регулювання напруги авіаційних генераторів постійного струму.

Завдання

1. Вивчити конструкцію й електричні схеми ВР Р-25А, Р-25АМ, РУГ-82, РН-180, РН-600 та РУГ-82.

2. Виконати настройку ВР Р-25 (Р-25АМ) при швидкості обертання n = 4000 об/хв.

3. Перевірити величину «розгону» напруги при увімкненні та вимкненні навантаження в діапазоні від 0 до 50А.

4. Визначити межі регулювання рівня стабілізованої напруги зміною величини опору виносного реостата, а потім встановити номінальну напругу 28,5 В.

5. Визначити та побудувати характеристики генератора при наявності ВР напруги:

експлуатаційні, які показують залежність напруги генератора та струму збудження від величини швидкості обертання (0 – 4000 об/хв) U,I в = f(n); зовнішню U = f(I н ) і регулювальну I в = f(I н )при швидкості обертання n= 4000 об/хв.

Основні теоретичні відомості

Робота генераторів на ПС неможлива без регулювання напруги, оскільки в польоті може змінюватись їх навантаження і швидкість обертання привідних пристроїв. У енергосистемах постійного струму використовуються вугільні регулятори для стабілізації напруги.

У системах змінного струму, використовуються тиристорні і транзисторні регулятори. Для регулювання напруги авіаційних генераторів застосовуються вугільні регулятори (ВР) типу РН-180, РН-400Б, РН-600Б тощо. Будь-який ВР складається з двох основних вузлів (рис. 2.1): електромагніту (ЕМ) та вугільного стовпчика (ВС). З електрокінематичної схеми (рис. 2.1, а) видно, що вузол електромагніту складається з сердечника 1, робочої обмотки W P і якоря 2 з пружиною 3.

рис. 2.1

У вузол ВС входить вугільний стовп 4 з вугільними контактами 5. ВС, що складається з тонких шайб рафінованого вугілля, вміщений у струмопровідну трубку запресовану в ребристий корпус. ВС, сполучений послідовно з обмоткою збудження ОЗ генератора Г, являє собою виконавчий елемент в системі регулювання напруги. Робоча обмотка регулятора W P контролює напругу генератора та є чутливим елементом системи. На рис. 2.1, б показані криві залежності електричного опору вугільного стовпчика (R y ) і величина його деформації (x) від стискаючого зусилля (F).

У області малого тиску (F) незначна зміна сили тиску призводить до значної зміни опору ВС і нестійкої роботи регулятора. В області великого тиску чутливість регулятора дуже низька. Тому для роботи ВР вибирають середній діапазон зміни тиску на ВС.

У сталому режимі роботи генератора на його клемах підтримується задана напруга, а тягова сила ЕМ урівноважується механічною силою (F ел = F м ). При цьому під механічною силою мають на увазі рівнодіючу сили пружини F пр і сили реакції ВС: F м = F пр – F c .

Зміна режиму роботи генератора може призвести до збільшення або зменшення напруги на його клемах. Якщо збільшилася напруга, то зростає струм у робочій обмотці регулятора і збільшується тягова сила ЕМ F ел . Внаслідок цього під дією різниці сил F ел – F м якір переміщується у бік сердечника ЕМ і зазор між ними меншає. Переміщення якоря спричиняє зменшення тиску на ВС, збільшення його опору, зменшення струму збудження, отже, відбувається повернення напруги генератора до початкового значення.

У сталому режимі роботи генератора сили урівноважаться, якір регулятора займе нове положення при меншому зазорі, а рівновага сил характеризується збільшенням електромагнітної і механічної сил.

Основною умовою, що впливає на точність регулювання напруги, є узгодження механічної й електромагнітної характеристик ВР.

Електромагнітною характеристикою називається залежність тягової сили ЕМ F ел від величини зазору між сердечником ЕМ і якорем при постійній величині струму i е в робочій обмотці, тобто F ел = f( ) при i е = const.

Механічна характеристика – це залежність механічної сили F м від величини зазору: F м = f( ).

ВР виготовляють з більшим нахилом механічних характеристик ніж електромагнітних (рис. 2.2).

У цьому випадку процес регулювання відбувається з позитивним статизмом. При цьому підвищується стійкість паралельної роботи генераторів і рівномірність розподілу навантажень між ними.

На рис. 2.3 показані зовнішні характеристики 1 і 2, які відповідають процесам регулювання з позитивним і негативним статизмом. У разі збігу механічної і електромагнітної характеристик буде мати місце нестійкий процес регулювання.

рис. 2.3

Підвищення точності роботи регуляторів напруги. В умовах експлуатації на цей показник впливають температура регулятора, механічний гістерезис матеріалу магнітопроводу, деякі розходження механічної й електромагнітної характеристик регулятора від розрахункових. З метою зменшення впливу механічного і магнітного гістерезису при конструюванні регуляторів застосовують матеріали з найбільш стабільними характеристиками.

Для зменшення похибок в регулюванні за рахунок впливу температури і розходження механічної і електромагнітної характеристик застосовують спеціальні компенсуючі елементи.

Регулятори напруги працюють у широкому діапазоні зміни температури навколишнього середовища C60...50. При цьому нагрів їх окремих частин може досягати +200°C. Особливо у важких температурних умовах працює ВС. Загальна похибка регулювання напруги під дією температурних умов без застосування спеціальних заходів становить 5…8 В.

Це пояснюється тим, що при коливаннях температури нагріву регулятора змінюється опір робочої обмотки, жорсткість пружини якоря, первинна сила стиснення ВС через неоднаковість розширення і стиснення окремих деталей регулятора.

Для зменшення впливу температури на точність регулювання напруги застосовують такі методи температурної компенсації:

– конструктивні;

– увімкнення в схему регуляторів опору і обмоткиьтемпературної компенсації;

– обдув регулятора забортним повітрям.

До конструктивних методів температурної компенсації відносяться: застосування ребристого корпусу для забезпечення відведення тепла від ВС; теплоізолюючий екран між корпусом та ЕМ; використання спеціального кріплення корпусу регулятора.

Корпус регулятора кріпиться стальними шпильками до фасонного кільця. У такому разі збільшення температури в основному спричиняє розширення корпусу регулятора у бік ЕМ, оскільки у протилежний бік переміщення обмежується стальними шпильками (температурний коефіцієнт розширення сталі малий).

Опір температурної компенсації R T включається послідовно з робочою обмоткою регулятора W P (рис. 2.4), а обмотка температурної компенсації W TK підключена на напругу генератора. Опір R T виготовлений з константану, який має малий температурний

коефіцієнт опору. Величина цього опору перевищує в декілька разів величину опору робочої обмотки. Внаслідок цього зміна опору робочої обмотки під впливом зміни Рис. 2.4 температури менше впливає на загальний опір всього кола робочої обмотки. Залежність опору металів від температури визначається за виразом:

Увімкнення термокомпенсаційного опору рівносильне зменшенню температурного коефіцієнта опору кола в декілька разів. Обмотка температурної компенсації ТKW виготовляється з міді та намотується на одному сердечнику з робочою обмоткою PW .

При цьому магніторушійна сила (МРС), обмотки температурної компенсації, направлена назустріч МРС робочої обмотки Fp-FÒK , і становить 10…20% від її величини. При зміні температури обмоток ЕМ змінюється їх опір, а, отже, і значення МРС, тому результуюча МРС буде змінюватися незначно. Найбільш повною компенсація буде у випадку дотримання умови:

розбіжністю між механічною й електромагнітною характеристиками при наявності великих зазорів між осердям і якорем. Щоб підтримати напругу на заданому рівні при великих навантаженнях і малих швидкостях обертання генератора, необхідно додатково збільшити силу стиснення ВС. Цю задачу виконує обмотка автоматичної корекції.

Обмотку автоматичної корекції KW включають у діагональ моста, плечами якого є опір корекції KR , обмотка збудження генератора і ВС (рис. 2.5, а). У коло обмотки автоматичної корекції ввімкнений випрямляч В. Обмотка автоматичної корекції намотується на одному сердечникові з робочою обмоткою регулятора.

При налаштуванні схеми автоматичної корекції повзунок опору KR при номінальному навантаженні на генераторі встановлюють так, щоб корекція вступила в дію при швидкості обертання якоря, починаючи з 5000 об/хв. При цьому струм через обмотку напрямлений від точки А до точки С, оскільки зі збільшенням навантаження генератора та зменшенням його швидкості обертання ВС стискується і потенціал точки А підвищується відносно до потенціалу точки С. МРС обмотки автоматичної корекції напрямлена назустріч МРС робочої обмотки, тому тягова сила ЕМ зменшуються, перешкоджаючи зменшенню напруги генератора. При великих значеннях опору ВС, коли швидкість обертання якоря генератора більше за 5000 об/хв і навантаження не перевищує номінальне, потенціал точки A виявляється нижчим за потенціал точки C, але вентиль В перешкоджає протіканню струму корекції від точки C до A і непотрібного заниження напруги не буде.

Стійкість роботи регуляторів напруги і способи її підвищення. Системи регулювання напруги за допомогою ВР мають недостатню стійкість у разі різкої зміни режиму роботи генераторів.

Налаштування ВР на роботу з позитивним статизмом покращує якість перехідного процесу при регулюванні напруги. Але для підвищення стійкості системи необхідно використовувати спеціальні стабілізуючі пристрої, якими є: стабілізуючі опори і трансформатори. Стабілізуюча дія цих пристроїв полягає у тому, що вони створюють додаткові струми в обмотці ЕМ, завдяки якимвиникають сили, що уповільнюють рух якоря ЕМ при його підході до стану рівноваги. На рис. 2.4 приведена схема вугільного регулятора Р-25А зі стабілізуючим опором CR і стабілізуючим трансформатором. Стабілізуючий опір включається у діагональ моста, плечами якого є опори ВС, обмотки збудження, обмотки ЕМ і опір температурної компенсації та регулювальний опір PR .

У перехідних режимах роботи генератора по опору CR протікає струм, величина і напрям якого залежать від різниці потенціалів точок А і В. Оскільки опори всіх елементів моста (за винятком ВС) постійні, тому потенціал точки В не змінюється, а потенціал точки A змінюється зі зміною опору ВС, так як залежить від режиму роботи генератора.

У сталому режимі роботи генератора стабілізуючий опір як жорсткий від’ємний зворотний зв,язок, вносить неточність у регулювання напруги (рис. 2.6). Так, при максимальній швидкості обертання генератора і при його мінімальному навантаженні ВС регулятора має великий опір і струм напрямлений від точки В до точки А через опір CR (рис.2.4), що сприяє завищенню напруги генератора.

Настройка ВР. У процесі настройки регуляторів напруги досягають найкращого узгодження електромагнітних і механічних характеристик у робочому діапазоні повітряних зазорів. Регулятори налагоджують у процесі їх ремонту або при виготевленні в заводських умовах. Настройка здійснюється зміною первинного натиснення на ВС (регулювальним гвинтом) і зміною величини повітряного зазору (сердечником ЕМ). Перед початком настройки регулятора необхідно:

• повзунок виносного опору поставити в середнє положення;

• регулювальний гвинт із вугільним контактом вивернути повністю;

• сердечник електромагніту встановити так, щоб він виступав за кришку електромагніта на одну–дві нитки різьблення. При цьому поділки на торці сердечника і на кришці повинні співпадати. Якщо регулятор не розбирався, то сердечник електромагніту заздалегідь обертати недоцільно. У процесі настройки напруга буде змінюватися згідно кривої (рис. 2.7).

До точки А напруга збільшується повільно, оскільки при вкручуванні регулювального гвинта вибирається зазор між вугільними шайбами і величина напруги зумовлюється в основному залишковим магнетизмом генератора.

На ділянці АВ опір ВС різко зменшується. На ділянці ВС осьовому переміщенню регулювального гвинта відповідає приблизно таке ж переміщення якоря у бік сердечника під дією електромагнітної сили. На ділянці СD переміщення якоря випереджає швидкість переміщення регулювального гвинта і напруга зменшується. Ділянка DЕ характеризується коливальним режимом, який виникає через розрив електричного зв’язку між вугільними шайбами. Цю ділянку при настройці необхідно пройти якнайшвидше, оскільки може наступити руйнування і обгоряння вугільних шайб.

Після точки Е починається зона стійкої роботи регулятора. На цій ділянці вибирають робочу точку регулятора, для чого вкручують регулювальний гвинт на 180 ±45° від положення, яке відповідає точці Е. Якщо вкручувати регулювальний гвинт далі від точки М на кривій, то напруга почне зростати через деформацію ВС. Це може призвести до поломки його вугільних шайб. Після вибору робочої точки на ділянці ЕМ встановлюється номінальна напруга 28,5 В за допомогою повороту сердечника ЕМ.

Настройка буде правильною, якщо при зміні швидкості обертання від мінімальної до максимальної напруга змінюється не більше, ніж на 0,5 В. У іншому випадку викручують регулювальний гвинт, наближаючись до точки Е на кривій, якій відповідає астатична настройка регулятора.