Необходимость поддержания напряжения вспомогательного генератора (ВГ) тепловозов на заданном уровне (75 или 110В) обусловлена двумя условиями: длительной работой аппаратов управления, рассчитанных на определенное напряжение, и постоянством мощности дизель-генераторной установки, так как ряд элементов цепи ее регулирования включен на напряжение вспомогательного генератора и его изменение приводит к изменению мощности генератора.
Задачу стабилизации напряжения ВГ при изменении в широких пределах его нагрузки, частоты вращения и температурного режима выполняют регуляторы напряжения (РН). Регуляторы напряжения должны поддерживать напряжение ВГ па заданном уровне с минимальной статической ошибкой. Для тепловозных систем допустимо отклонение напряжения ВГ от номинального значения в пределах до ±1 В. Кроме того, РН должны обеспечивать необходимую устойчивость и быстродействие в переходных процессах; иметь простую и надежную конструкцию.
Проектирование и подготовка производства надежного РН занимают значительно больше времени, чем проектирование ВГ. Поэтому обычно к проектируемому генератору подбирают готовый регулятор. Однако эта задача может решаться и в обратном порядке, т. е. к готовому ВГ проектируется новый РН. Именно в таком порядке в последние годы решается эта задача в поисках схемы и конструкции РН, наиболее полно удовлетворяющих условиям эксплуатации на тепловозах.
Исходными данными для проектирования или выбора РН являются: тип и схема РН, номинальное напряжение ВГ, статизм регулирования, мощность обмотки возбуждения ВГ и ее параметры, характеристика намагничивания генератора и его внешняя и скоростная характеристики. Проектирование и расчет РН обычно начинают с выбора или разработки его принципиальной схемы.
В зависимости от принципа действия и технического исполнения регуляторы напряжения РН разделяются на следующие типы: контактно-реостатные вибрационного действия; электромашинные; бесконтактные магнитные; бесконтактные полупроводниковые; бесконтактные магнитно-полупроводниковые.
Напряжение ВГ можно регулировать путем воздействия РН на напряжение возбуждения Uвоз при Rвоз = const или на сопротивление цепи возбуждения RB03 при UB03 = const. Второй способ регулирования применяется только при контактно-реостатных и в некоторых схемах полупроводниковых РН.
Во всех перспективных бесконтактных магнитных и полупроводниковых РН варьируется напряжение возбуждения при неизменном сопротивлении цепи возбуждения. В тепловозах широко применяются вибрационные контактно-реостатные РН двух типов СРН7 и ТРН1.
Бесконтактные магнитные РН применены на тепловозах ТГП50, ТГ106 и на газотурбовозе. Они обладают всеми достоинствами магнитных усилителей.
Особенности схем бесконтактных магнитных РН (рис. 5) является то, что регулируемая величина UВГ подается не сразу на чувствительный элемент (обмотку 0У), а проходит через элемент сравнения — потенциометр RП на который подается также и стабилизированное напряжение Uст. Таким образом, на обмотку ОУ магнитного усилителя и резистор RП поступает разность напряжений UРГ— UЭT.
Показанные на рис. 5, ламповые стабилизаторы напряжения могут быть заменены кремниевыми стабилитронами.
Бесконтактные полупроводниковые РН выполняют полностью на полупроводниковых приборах. Большое достоинство регуляторов напряжения
этого типа — отсутствие контактов, высокая точность регулирования и незначительный уход в эксплуатации.
Рис. 3. Схема полупроводникового РН типа БРН-ЗВ
В регуляторе БРН-3 применена схема измерительного органа, в которой стабилитрон включается последовательно с нагрузкой. Такому соединению присущ ряд недостатков, обусловленных тем, что используется вся характеристика стабилитрона, в том числе и ее начальный участок, который, как известно, имеет низкую стабильность. Этим объясняется недостаточно высокая точность измерения и стабильность настройки регулятора БРН-3. Варианты этого регулятора, известные под типами БРН-ЗА, БРН-ЗБ и БРН-ЗВ, разрабатывались для устранения этого недостатка.
Отметим основные особенности модификации бесконтактного регулятора БРН-ЗВ (рис. 6). В схеме регулятора можно условно выделить измерительный и регулирующий органы.
Измерительный орган определяет отклонение напряжения UBГ выше установленного значения. Он собран по мостовой схеме. Три плеча моста образуют резисторы R'1 R1, R2 (потенциометр), R3 и R4, четвертое плечо состоит из стабилитронов ДЗ (Д6), Д4 и Д5. На одну диагональ моста подается напряжение (УВГ, сглаженное конденсатором С1, а в другую диагональ моста включен переход эмиттер-база транзистора Т1.
Коэффициент усиления мостовой измерительной схемы мал, поэтому в цепь стабилитронов включены каскады усиления на транзисторах Т1 и Т2 — ТЗ.
Регулирующий орган устанавливает длительность протекания тока в обмотке возбуждения ВГ и представляет собой мультивибратор, в схему которого входят следующие элементы: тиристоры Т4 и Т5, стабилитроны Д14, Д15 и Д17, конденсаторы С2, СЗ и С4, диоды Д8 — Д13 и Д16, резисторы R6—R9 и дроссели Др1 и Др2.
При напряжении UВГ < 75В транзистор Т1 закрыт, так как потенциал базы выше потенциала эмиттера, соединенного через потенциометр R2 и резистор R3 с минусом ВГ. Регулирующий орган работает в режиме автоколебаний, причем большую часть периода тиристор Т4 открыт, следовательно, ток возбуждения ВГ близок к максимально возможной величине.
Когда напряжение UBГ = 75 В или UBГ > 75 В напряжение на движке потенциометра R2 возрастет до значения, при котором потенциал эмиттера Т1 станет больше потенциала базы, транзистор Т1 открывается и открываются его повторители —транзисторы Т2 и ТЗ. При этом транзистор ТЗ шунтирует цепь: стабилитрон Д17 — управляющий электрод Т4. Тиристор Т4 запирается обратным напряжением разряда конденсатора С2 и в обмотке возбуждения ток падает почти до нуля. Одновременно снижается напряжение UBГ. В дальнейшем цикл колебаний возобновляется.
Регулятор типа БРН-ЗВ имеет высокую чувствительность и поддерживает напряжение UВГ = 75 ± 1В. Стабильность характеристик и надежность регулятора обеспечиваются схемным решением (см. рис. 6).
Применение на тепловозах синхронных генераторов вызвало необходимость создания стартер-генераторов типов СТГ1-СТГ7, предназначенных для раскрутки вала дизеля при пуске и обеспечения постоянным током напряжением НОВ цепей управления, освещения и заряда аккумуляторной батареи при работающем дизеле. Стартер-генераторы таких типов применяются на тепловозах 2ТЭ116 и дизель-поездах ДР1. Чтобы стабилизировать напряжение ПО В этих стартер-генераторов (СТГ), Ворошиловградский тепловозостроительный завод разработал ряд тиристорных регуляторов напряжения типов РНТ1 — РНТ6. В регуляторах используются тиристоры в регулирующем органе и стабилитроны — в измерительном. Отличаются они друг от друга лишь количеством полупроводниковых приборов.
Регулятор типа РНТ6 обеспечивает стабилизацию напряжения стартер-генератора тепловоза 2ТЭ116 на уровне 110+2 В во всем диапазоне изменения его нагрузки и частоты вращения якоря.
Регулятор (рис. 7) состоит из измерительного и регулирующего органов. Измерительный орган, к которому относятся резисторы R15 и R1—R4, диоды Д1, Д11 и Д13, конденсаторы С1 и С7 и стабилитроны Cm1 — Cm4, воспринимает отклонение напряжения от эталонного значения и управляет регулирующим органом.
 |
Бесконтактный регулятор типа РНТ6 обладает эксплуатационными качествами, удовлетворяющими требованиям работы на тепловозах. Величина амплитуды колебаний напряжения, поддерживаемого регулятором зависит от точности настройки измерительного органа и быстродействия импульсной системы регулирования.
Длительность переходного процесса при скачкообразном изменении нагрузки стартер-генератора не превышает 3с, частота колебания тока возбуждения стартер-генератора в зависимости от величины возмущений изменяется от 11 до 20 Гц. Магнитно-полупроводниковые РН выполняются по различным схемам с использованием принципов импульсного регулирования.
ВЫВОД: В данной лабораторной работе мы изучили конструкцию, принцип работы различных систем автоматического регулирования напряжения вспомогательного генератора, применяемых на тепловозах.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ТЕМА: Система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора.
Цель работы: Ознакомиться со способами регулирования возбуждения тягового генератора.