Угольный регулятор.

Одним из наиболее важных условий, обеспечивающих правильную работу электрических установок, является постоянство напряжения питающих генераторов.

В установках постоянного тока достаточная степень постоянства напряжения обеспечивается компаундными генераторами. В установках переменного тока для сохранения постоянства напряжения приходится прибегать к автоматическим регуляторам напряжения.

При сохранении постоянства скорости вращения генератора (для сохранения постоянства частоты) регулировка напряжения возможна только за счет изменения магнитного потока, т. е. тока возбуждения. На сегодняшний день наименее распространенным автоматическим регулятором напряжения является угольный. Основная часть угольного регулятора — столбик угольных шайб, включенный в обмотку возбуждения возбудителя генератора.

Работа регулятора основана на том, что в столбике угольных шайб, подвергающихся давлению,электрическое сопротивление изменяется в зависимости от силы сжатия. Чем больше сила сжатия угольного столбика, тем меньше его сопротивление; с уменьшением силы сжатия сопротивление столбика возрастает.

Устройство угольного регулятора напряжения показано на рисунке 1. Основными частями регулятора являются электромагнит 3,катушка которого присоединена к цепи переменного тока генератора непосредственно или через селеновый выпрямитель, и угольный реостат 2, включаемый в цепь питания обмотки возбуждения возбудителя последовательно с шунтовым реестром.

Рис. 1 Угольный регулятор напряжения

Угольный реостат состоит из отдельных угольных столбов, сопротивление которых меняется под влиянием действующего на них давления. Чем больше давление, которым отдельные столбы прижимаются друг к другу, тем меньше сопротивление угольного реостата в целом. Балансная пружина 9 стремится все время к сжатию угольных столбов. Электромагнит 3 с сердечником 7 втягивает поворотный якорь 4; при помощи тяги 5 он противодействует натяжению пружины и расслабляет давление угольных столбов. Благодаря этому Угольный реостат состоит из отдельных угольных столбов, сопротивление которых меняется под влиянием действующего на них давления. Чем больше давление, которым отдельные столбы прижимаются друг к другу, тем меньше сопротивление угольного реостата в целом. Балансная пружина 9 стремится все время к сжатию угольных столбов. Электромагнит 3 с сердечником 7 втягивает поворотный якорь 4; при помощи тяги 5 он противодействует натяжению пружины и расслабляет давление угольных столбов. Благодаря этому устанавливается такое сопротивление электромагнита, какое необходимо для нормальной работы системы возбуждения генератора и поддержания нормального напряжения на его зажимах. При повышении напряжения генератора, вызванном, например, уменьшением нагрузки, сила электромагнита возрастает, якорь втягивается, давление пружины на угольные столбы уменьшается. Из-за этого сопротивление угольного реостата возрастает и вместе с тем уменьшается ток, питающий обмотку возбуждения возбудителя. Напряжение на зажимах генератора восстанавливается до первоначальной величины. При понижении напряжения, вызванном, например, пуском короткозамкнутого электродвигателя или коротким замыканием в сети, втягивающая сила электромагнита уменьшается. Под воздействием пружины угольные столбы сжимаются, сопротивление при этом уменьшается, в обмотку возбуждения возбудителя заходит большой ток. Благодаря этому напряжение на зажимах генератора восстанавливается.
Электромагнит, состоящий из катушки 3, сердечника 7, якоря 4 и скобы 10, укреплен на изоляционной плите 1. При движении якоря поворачивается и рычаг 8 с прикрепленной к нему тягой 5 и коромыслом 6, которое нажимает на угольные столбы 2. Нижний конец балансной противодействующей пружины закреплен на стержне с регулировочной гайкой 12. Поворотом этой гайки осуществляется установка регулируемого напряжения генератора. Для регулирования затяжки угольных столбов служит гайка 11. Угольный реостат охватывается изолирующим стержнем 13. Для установки тяги служат винты 14. Гибкие проводники от угольных столбов выведены на зажимные колодки 15. Путем пересоединениязажимовпроисходитнеобходимое-по схеме соединение угольных столбов. Стальной кожух регулятора 16 закрепляется гайкой 17. Крайнему верхнему положению якоря 4 соответствует максимальное сжатие угольного* столба, то есть минимальное его сопротивление, а крайнему нижнему положению якоря (втянутое положение) — минимальное сжатие столба, или максимальное его сопротивление.
Как видно из описания устройства и действия угольного регулятора, он имеет статистическую характеристику, т.е. такую» характеристику, при которой регулятор находится в равновесии только при заданном напряжении генератора. Это объясняется тем, что только при заданном напряжении на зажимах генератора, сила электромагнита будет равна противодействующей силе пружины. Равновесие системы регулирования (при угольных регуляторах —равновесиемежду втягивающей силой электромагнита и противодействующей силой пружины) наступает только в зависимости от установившегося напряжения, по которому настроен регулятор, без учета реактивной нагрузки.
Для получения статической характеристики, необходимой для устойчивой параллельной работы генераторов на общие шины, угольные регуляторы напряжения оснащаются специальными компенсаторами реактивной мощности. Эти компенсаторы, выпускаемые заводом под маркой ВС-242, представляют собой регулируемое активное сопротивление. Его включают во вторичную цепь трансформатора тока, установленного на той фазе цепи генератора, к которой не подключена цепь питания катушки электромагнита регулятора через селеновый выпрямитель), т. е. цепь контрольно-измерительного органа регулятора.
Действие компенсатора реактивной мощности ЗС-242 заключается в следующем. Контрольно-измерительный орган регулятора питается линейным напряжением между фазами А и С. Трансформатор тока компенсирующего устройства включен в фазу В. Вектор напряжения разы В смещен на 90° по отношению к межфазному напряжению АС; при cos 9 = 0 ток в этой разе совпадает по направлению с напряжением АС.
Таким образом, из-за подпитки активного сопротивления компенсатора током, совпадающим по направлению с напряжением, питаго-гнпм контрольно-измерительный орган регулятора, увеличение реактивной нагрузки генератора воспринимается регулятором как повышение подведенного напряжения. Регулятор стремится снизить напряжение, т. е. уменьшить z возбуждение генератора и тем самым снизить реактивную нагрузку генератора. После окончания монтажа регулятора необходимо проверить, правильно ли включен :компенсатор. Для этого генератору дается акая-либо нагрузка с cos 9 примерно 0,8. Регулируемое сопротивление компенсатора 3 ^-242 увеличивают при помощи движка и следят за действием регулятора.
Если при увеличении сопротивления ВС-242 :регулятор будет стремиться снижать напряжение генератора, значит компенсатор включен правильно. В том случае, когда это не происходит нужно поменять местами присоединение зажимов компенсатора в цепи питания измерительного органа регулятора напряжения. На рисунке 224 представлена схема включения угольного регулятора напряжения для одиночно работающего генератора трехфазного т:ка. Дополнительно к устройству регулятора, показанному на рисунке 223, здесь мы видим селеновый выпрямитель типа ВС-255, собранный по однофазнойдвухполупериодной мостиковой схеме, и установочное сопротивление в цепи питания регулятора ВС-240 (или ВС-244). Регуляторы новейшего выпуска оснащаются особыми стабилизирующими устройствами в виде трансформаторов ВТ-190. Их включают одной обмоткой в зажимы возбудителя генератора, а другой — в цепь питания катушки электромагнита регулятора. Схема включения угольных регуляторов с компенсаторами реактивной мощности и со стабилизирующими трансформаторами при параллельной

работе генераторов трехфазного тока показана на рисунке 225. Благодаря вспомогательному устройству типа ВС-242 угольный регулятор может обеспечить статизм характеристики регулирования напряжения до 6%.
Стабилизирующий ' трансформатор играет роль демпфирующего устройства, предохраняющего от колебательных процессов и качаний в период регулирования напряжения. В таблице 94 приводятся основные технические данные выпускаемых заводами электротехнической промышленности регуляторов напряжения с угольными столбами для генераторов трехфазного тока.
В таблице 94 пределы сопротивления угольных столбов показаны при одной параллельной ветви. Если параллельных ветвей две или три, то минимальные и максимальные сопротивления угольных столбов уменьшаются соответственно в 4 и 9 раз

как видно из таблицы9

регуляторы типов РУН-101-141 изготовляют с измерительным элементом, рассчитанным на напряжение 115 или 230 в. Это значит, что при параллельной работе, когда в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 225, измерительный орган регулятора должен питаться от линейного напряжения, следует применять понижающие трансформаторы напряжения 380/100—115 в. При одиночной работе генератора 380/220 угольный регулятор может питаться от фазного напряжения (фаза нуль)

Средне-регулируемое напряжение, которое поддерживается регуляторами типа РУН на зажимах генератора, можно изменить в зависимости от настройки вспомогательного устройства ВС-240 (или ВС-244) в пределах 95—■ 105% от номинального напряжения. Точность регулирования при изменении нагрузки генератора в установившемся режиме гарантируется заводом-изготовителем в пределах ±2,5%.

На рисунках 226 и 227 приведены габаритные установочные эскизы регуляторов напряжения» для переднего и заднего присоединения проводов. Размеры к указанным рисункам даны в таблице 95

Угольный регулятор напряжения можно выбрать исходя из номинальных параметров генератора и возбудителя при холостом ходе и номинальной нагрузке. Его проверяют по допустимой мощности и пределам изменения сопротивлений

Угольный регулятор напряжения можно выбрать исходя из номинальных параметров генератора и возбудителя при холостом ходе и номинальной нагрузке. Его проверяют по допустимой мощности и пределам изменения сопротивлений угольных столбов в зависимости от степени сжатия в крайних положениях Для генераторов, находящихся в эксплуатации, все необходимые параметры могут быть определены путем непосредственных замеров

Обозначим через:

UBxx — напряжение на щетках возбудителя при холостом ходе генератора и номинальной скорости вращения (в В);

UBн— то же при полной нагрузке генератора

iвхх — ток в цепи возбуждения возбудителя при холостом ходе генератора и номинальной скорости вращения (в а);

i ввн — то же при полной нагрузке генератора (в а);

r ввхол — сопротивление обмотки возбуждения возбудителя в холодном состоянии (в ом);

к ввгор — то же в горячем состоянии (в ом);

UBн— то же при полной нагрузке генератора

iвхх — ток в цепи возбуждения возбудителя при холостом ходе генератора и номинальной скорости вращения (в а);

i ввн — то же при полной нагрузке генератора (в а);

r ввхол — сопротивление обмотки возбуждения возбудителя в холодном состоянии (в ом);

к ввгор — то же в горячем состоянии (в ом);

r ш — сопротивление шунтового реостата в цепи возбуждения возбудителя (в ом);

R уг макс— сопротивление угольных столбов при холостом ходе генератора (в разжатом состоянии) (в ом);

R уг мин— то же при номинальной нагрузке генератора (в сжатом состоянии) (в ом).

При режиме холостого хода, исходя из схемы на рисунке 228, имеем в цепи возбуждения возбудителя три последовательно соединенных сопротивления:Rш, Rуг и RБВ.

При режиме номинальной нагрузки схема подобна приведенной на рисунке 228, но вместо ГуRмакс будем иметь гуRмини вместо сопротивления обмотки возбуждения возбудителя в холодном состоянии Rввхол