Вопрос № 3. Электронные регуляторы напряжения

В регуляторе напряжения при его работе выделяется большое количество тепла. Нагрев элементов регулятора вызывает изменение их характеристик и, следовательно, погрешность стабилизации напряжения. Основная погрешность определяется изменением сопротивления цепи обмотки электромагнита регулятора. При увеличении температуры увеличивается сопротивление этой обмотки, ток в обмотке уменьшается и, следовательно, уменьшается сила электромагнита, угольный столбик сжимается, напряжение генератора возрастает.

Для уменьшения температурной погрешность регулятора последовательно с обмоткой электромагнита включается сопротивление r_τ , имеющее малый температурный коэффициент сопротивления. Величина r_τ составляет до 80% сопротивления всей цепи электромагнита. Поэтому при изменении небольшого по величине сопротивления медной обмотки w_э общее сопротивление цепи этой обмотки изменяется незначительно.

Для более полной компенсации температурной погрешности на сердечник электромагнита регулятора наматывается дополнительная обмотка w_τ. Обмотка температурной компенсации, как и обмотка w_э, выполняется из медного провода. Включается она на напряжение генератора. Магнитодвижущая сила (м.д.с.) Аw_τ этой обмотки направлена встречно м.д.с. Аw_эосновной обмотки. При изменении температуры изменяются обе м.д.с. При этом, если величина включённого последовательно с обмоткой w_эсопротивления r_τ выбрана правильно, то разность Аw_р=. Аw_э - Аw_τ остаётся постоянной. Ввиду независимости результирующей м.д.с. электромагнита Аw_р от температуры регулируемое напряжение генератора также не будет зависеть от неё.

Для уменьшения влияния температуры на другие элементы конструкции регулятора увеличивают охлаждающую поверхность регулятора, устанавливая ребристый корпус.

Существенным недостатком угольных регуляторов напряжения является сравнительно низкая точность регулирования. Кроме того, угольные регуляторы имеют малую стабильность параметров из-за износа угольных шайб и невысокую надежность из-за наличия подвижных частей. Особенно ненадежны угольные регуляторы при работе в условиях повышенных температур, когда возможно разрушение структуры поверхности шайб.

В связи с этим с точки зрения стабильности работы, надежности и удобства эксплуатации целесообразно применять бесконтактные регуляторы. Ими могут быть, например, полупроводниковые регуляторы, основанные на использовании полупроводниковых триодов (транзисторов), работающих в ключевом режиме.

Принципиальная схема простейшего, транзисторного регулято­ра напряжения генератора постоянного тока показана на рисунке 5.

Рис. 5. Простейшая схема транзисторного регулятора напряжения

Регулятор состоит из двух основных элементов: измерительного органа (ИО), выполненного по схеме моста с управляемым транзистором Т1 и кремниевым стабилитроном СТ, и регулирующего - органа (РО), воздействующего на цепь возбуждения. Основным элементом регулирующего органа является транзистор Т2.

Кроме указанных основных элементов в схеме предусмотрены: цепь обратной связи, состоящая из сопротивления R₀.c и диода Д2, которая необходима для надежного закрытия триода Т1 после открытия триода Т2, и диод Д1, включенный параллельно обмотке возбуждения и предназначенный для защиты триода Т2 и обмотки возбуждения от перенапряжений, возникающих при разрыве цепи обмотки возбуждения.

При небольшом напряжении генератора триод Т1 закрыт, а триод Т2 открыт. Этим обеспечивается самовозбуждение генератора. Во время открытого состояния триода Т2 ток возбуждения и напряжение генератора возрастают. При достижении определенного напряжения генератора, то есть когда напряжение на стабилитроне достигает величины пробоя, проводимость стабилитрона резко возрастает. Напряжение на сопротивлении R1 также возра­стает, и транзистор Т1 открывается. В результате этого соотношение потенциалов на базе и эмиттере триода Т2 меняется, и он закрывается. Это приводит к уменьшению тока возбуждения и напряжения генератора. Когда напряжение генератора снизится до определенного уровня, проводимость стабилитрона резко уменьшится, что приведет к уменьшению напряжения на сопротивлении R1 и закрытию триода Т1. Закрытие триода Т1 приведет к открытого триода Т2, в результате чего ток возбуждения и напряжение вновь начнут возрастать. Затем эти процессы повторяются. Таким образом, в системе возникают устойчивые автоколебания, при которых транзисторы Т1 и Т2, работая в релейном режиме, с определенной частотой переключаются из открытого состояния в закрытое, и наоборот, обеспечивая периодический разрыв цепи возбуждения. В результате этого напряжение генератора U к об­мотке возбуждения подается дискретно и ток возбуждения приобретает пульсирующий характер, то есть он периодически изменяет свою величину.

При этом среднее значение тока возбуждения генератора поддерживается на уровне, соответствующем заданному напряжению генератора. При изменении режима работы генератора, например при изменении нагрузки генератора, ток возбуждения имеет пульсирующий характер, но режим пульсации, определяемый величиной τ₀, изменится так, чтобы среднее значение тока возбуждения увеличилось или уменьшилось (в зависимости от того, уменьшилась или увеличилась нагрузка), притом на такую величину, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось на заданном уровне.

Вывод: Температурная погрешность является основным недостатком угольных регуляторов напряжения генераторов. Минимизация этой погрешности улучшает характеристики регулирования и надёжности электрической сети.

Заключение

Вопрос стабильности напряжения в сети летательного аппарата довольно актуален по причине обеспечения надёжности, безотказности и в конечном итоге безопасности выполнения полёта и поэтому необходимо хорошо знать и умело применять знания в процессе эксплуатации авиационной техники для обеспечения безаварийной работы на земле и в воздухе.

Вопросы для самоконтроля

1. Принцип работы угольного регулятора напряжения генератора.

2. Какими методами повышается устойчивость системы угольный регулятор – генератор.

Литература:

1. Е.А. Румянцев "Авиационное оборудование", стр. 219…224.

2. М.М. Красношапка "Электроснабжение ЛА", стр. 163…205.

3. В.В.Глухов, И.М. Синдеев, М.М. Шемаханов "Авиационное и радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов", стр. 14…19.

4. В.Д.Константинов "Авиационное оборудование самолёта", стр.12…17.

преподаватель военной кафедры при ГУАП

подполковник ______________ А. Бакланов