Простейшие регуляторы напряжения и тока

Цель работы.

Убедиться в возможности управления процессом преобразования электрической энергии с помощью простейших регуляторов.

Убедиться в подтверждении законов Ома, Кирхгофа и Джоуля-Ленца.

Теоретическая часть.

Все электротехнические устройства, в которых протекает процесс превращения электрической энергии в какую-либо другую (тепловую, механическую, химическую и т.д.) называются приемниками электрической энергии. Но чаще термин « приемник электрической энергии», или просто «приемник», употребляется в более узком смысле, а именно приемником называются только те устройства, которые превращают электроэнергию с полезной целью.

В производственной практике часто возникает необходимость управления процессом превращения электроэнергии в приемнике. Например, при работе троллейбуса есть необходимость пуска, регулирования скорости, торможения тягового двигателя, который является приемником электроэнергии. В связи с этим в настоящее время применяется большое количество различных регуляторов. Все они имеют те или иные преимущества, но не лишены недостатков. Одним из основных недостатков регуляторов является потребление ими электрической энергии. Регулятор нагревается и КПД установки (приемник-регулятор) в целом уменьшается.

Как известно, КПД

(1.1)

Или

, (1.2)

где Р₂ – мощность приемника, Вт;

ΔР – мощность потерь, которая в случае установки, состоящей из приемника и регулятора, является в основном, мощностью регулятора, Вт;

Р₁ = Р₂ + ΔР – потребляемая мощность Вт.

Поэтому чем меньше энергии расходуется на нагрев регулятора, тем выше КПД установки.

Другими показателями регулятора являются: глубина регулирования, мощность регулирования, однозначность регулирования, плавность регулирования, удобство и т.д.

Глубину регулирования можно оценивать в процентах.

Глубина регулирования по напряжению

(1.3)

Глубина регулирования по току

, (1.4)

гдеU₂ и I₂ – напряжение и ток приемника.

О линейности регулятора судят по соотношению

или , (1.5)

где: ΔU₂ и ΔI₂ – приращения напряжения и тока приемника;

– приращение воздействия.

Регулятор будет линейным, если

или (1.6)

при любых значениях ΔZ. В противном случае регулятор нелинейный.

Воздействием Z_у различных регуляторов могут быть: напряжение, ток, врем, линейное или угловое перемещение, или какой-либо другой фактор.

В работе исследуются два способа регулирования напряжения и тока (мощности):

а) изменением дополнительно регулируемого сопротивления, включенного последовательно с приемником (рис.1.1а);

б) изменением сопротивления, включенного параллельно-последовательно относительно приемника (рис.1.1б)

Способ а) специального названия не имеет, в данной работе он для краткости условно называется реостатным способом. Способ б) называют делителем напряжения. Регулирование этими способами тока и напряжении осуществляется путем перемещения движка на реостате, используемого в качестве регулятора. Роль воздействия Z здесь играет положение движка.

На рис.1.1. приняты следующие обозначения:

I – ток, протекающий в последовательной цепи регулятор-нагрузка при реостатном способе регулирования, А;

U₁ – напряжение сети, В;

U₂ – напряжение на сопротивлении R_Н нагрузки, В;

ΔU – падение напряжения на реостате R_P регуляторе при реостатном способе регулирования, В;

I₁ – ток во входной цепи регулятора при регулировании с помощью делителя напряжения, А;

I₂ – ток, протекающий по сопротивлению нагрузки, А;

ΔI – ток, протекающий только в цепи регулятора, представляет собой разность между I₁ и I₂ A.

Рис.1.1. Схема включения регулятора.

а) реостатный способ

б)

Рис.1.1. Схема включения регулятора:

б) способ делителя напряжения.