Рис. 3. Схема полупроводникового РН типа БРН-ЗВ

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 U_воз при R_воз = const или на сопротивление цепи возбуждения R_B03 при U_B03 = 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 U_ВГ подается не сразу на чувстви­тельный элемент (обмотку 0У), а проходит через элемент сравнения — потенциометр R_П на который подается также и стабилизированное напряжение U_ст. Таким образом, на обмотку ОУ магнитного усили­теля и резистор R_П поступает разность напряжений U_РГ— U_ЭT.

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 U_BГ 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 (У_ВГ, 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 U_ВГ < 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 U_BГ = 75 В или U_BГ > 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 U_BГ. В дальнейшем цикл колебаний возобновляется.

Регулятор типа БРН-ЗВ имеет высокую чувствительность и под­держивает напряжение U_ВГ = 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.