Системы автоматической стабилизации
При внезапном уменьшении этого сопротивления, то есть при увеличении нагрузки генератора, его ток будет возрастать, а напряжение на зажимах – падать. Зависимость между напряжением генератора и его током нагрузки U = f(Iн) определяется внешней характеристикой, которая изображена на рис. 1.4. На этом же рисунке показаны кривые измерения во времени нагрузочного сопротивления и напряжения генератора.
Рис. 1.4. Изменение нагрузки генератора
Регулируемой величиной здесь является напряжение генератора. При изменении нагрузки, то есть при приложении к генератору возмущающего воздействия, в нём наблюдается переходный процесс. Напряжение от одного установившегося значения U1 стремится к другому U2. Разность напряжений Разность напряжений в переходном режиме Осуществим в рассматриваемом генераторе регулирование по разомкнутому циклу (рис. 1.5). Для этой цели поместим на полюсах дополнительную обмотку последовательного возбуждения, через которую пропустим ток нагрузки. Тогда увеличение тока нагрузки вызовет одновременно приложение к генератору дополнительной магнитодвижущей силы (намагничивающих ампер-витков). В результате его внешняя характеристика (рис. 1.5) приобретает более благоприятный вид, так как при изменении тока нагрузки статические отклонения напряжения будут меньшими.
Рис. 1.5. Регулирование по разомкнутому циклу Однако сразу можно заметить несовершенство этой системы регулирования, так как она осуществляет приложение регулирующего воздействия к объекту в функции только главного возмущающего воздействия – тока нагрузки. Любое другое возмущающее воздействие, например изменение скорости вращения генератора вследствие изменения режима работы его привода, остается не скомпенсированным. На рис. 1.6 изображена схема регулирования по замкнутому циклу. В схеме используется прямое регулирование. В качестве чувствительного элемента (ЧЭ) применен электромагнит, тяговое усилие которого определяется напряжением генератора и уравновешивается пружиной. Якорь электромагнита связан с движком реостата, введенного в цепь обмотки возбуждения. Если ток нагрузки увеличится и напряжение генератора упадет, то тяговое усилие уменьшится и якорь переместит движок реостата в новое равновесное положение, в результате чего будет увеличен ток возбуждения. Это будет способствовать поддержанию напряжения генератора примерно на прежнем уровне. При снижении тока нагрузки аналогичным образом будет снижен ток возбуждения.
Рис. 1.6. Регулирование по замкнутому циклу (первый вариант)
Система является статической по отношению к возмущающему воздействию. Действительно, для того чтобы статическая ошибка равнялась нулю, необходимо постоянство напряжения генератора, постоянство тягового усилия и постоянство установившегося положения якоря электромагнита и движка реостата. Но в этом случае в установившемся состоянии не может быть приращения тока возбуждения, то есть система не будет прикладывать к генератору регулирующего воздействия. Существование регулирующего воздействия в установившемся состоянии при наличии возмущающего воздействия, то есть при увеличении тока нагрузки, возможно только при наличии перемещения якоря электромагнита, а значит при наличии установившегося отклонения напряжения от заданного значения – статической ошибки. В результате, каким бы образом мы ни подбирали параметры рассматриваемой системы регулирования, внешняя характеристика Изменение заданного значения напряжения в рассматриваемой схеме может осуществляться при помощи изменения натяжения пружины, для чего предусматривается подстроечный винт. Натяжение пружины, соответствующее заданному значению напряжения, может рассматриваться как управляющее воздействие. Положение подстроечного винта, осуществляющего задание определенного значения управляющего воздействия, называют настройкой. На рис. 1.7 изображена другая схема регулирования напряжения генератора. В ней использовано комбинированное регулирование. Система является статической по отношению к возмущающему воздействию. Дополнительная обмотка возбуждения, включенная как и в первом случае в цепь нагрузки, реализует разомкнутый принцип регулирования по главному возмущающему воздействию. В данной схеме точность регулирования будет выше, чем во втором случае.
Рис. 1.7. Регулирование по комбинированному принципу
Внешняя характеристика генератора при комбинированном регулировании представляет собой прямую линию, близкую к прямой, параллельной оси абсцисс (рис. 1.7), то есть напряжение мало зависит от тока
|
В качестве примера рассмотрим систему стабилизации напряжения генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Объект без регулирования изображен на рис. 1.3. Генератор работает на нагрузочное сопротивление Rн.
представляет собой статическое отклонение. Если заданное значение напряжений равно U1, то статическое отклонение в этом случае будет совпадать со статической или установившейся ошибкой.
является переходным или динамическим отклонением. Как видно, генератор без регулятора будет давать сильно изменяющееся напряжение, зависящее от тока нагрузки.
генератора совместно с регулятором должна представлять наклонную прямую (рис. 1.6), то есть всякое изменение тока нагрузки должно вызывать появление статической ошибки. Данная схема регулирования будет осуществлять стабилизацию напряжения генератора и при наличии других возмущающих воздействий.
