Одним з найбільш важливих умов, що забезпечують правильну роботу електричних установок, є сталість напруги живильних генераторів.
В установках постійного струму достатній ступінь сталості напруги забезпечується компаундних генераторами. В установках змінного струму для збереження сталості напруги доводиться вдаватися до автоматичних регуляторів напруги.
При збереженні сталості швидкості обертання генератора (для збереження сталості частоти) регулювання напруги можлива тільки за рахунок зміни магнітного потоку, т. Е. Струму збудження. На сьогоднішній день найменш поширеним автоматичним регулятором напруги є вугільний. Основна частина вугільного регулятора - стовпчик вугільних шайб, включений в обмотку збудження збудника генератора.
Робота регулятора заснована на тому, що в стовпчику вугільних шайб, що піддаються тиску, електричний опір змінюється в залежності від сили стискання. Чим більше сила стиснення вугільного стовпчика, тим менше його опір; зі зменшенням сили стиснення опір стовпчика зростає.
Пристрій вугільного регулятора напруги показано на малюнку 1. Основними частинами регулятора є електромагніт 3, котушка якого приєднана до ланцюга змінного струму генератора безпосередньо або через селеновий випрямляч, і вугільний реостат 2, що включається в ланцюг живлення обмотки збудження збудника послідовно з шунтовим реєстром.
Мал. 1 Вугільний регулятор напруги
Вугільний реостат складається з окремих вугільних стовпів, опір яких змінюється під впливом чинного на них тиску. Чим більше тиск, яким окремі стовпи туляться один до одного, тим менше опір вугільного реостата в цілому. Балансна пружина 9 прагне весь час до стиснення вугільних стовпів. Електромагніт 3 з сердечником 7 втягує поворотний якір 4; за допомогою тяги 5 він протидіє натягу пружини і розслабляє тиск вугільних стовпів. Завдяки цьому Вугільний реостат складається з окремих вугільних стовпів, опір яких змінюється під впливом чинного на них тиску. Чим більше тиск, яким окремі стовпи туляться один до одного, тим менше опір вугільного реостата в цілому. Балансна пружина 9 прагне весь час до стиснення вугільних стовпів. Електромагніт 3 з сердечником 7 втягує поворотний якір 4; за допомогою тяги 5 він протидіє натягу пружини і розслабляє тиск вугільних стовпів. Завдяки цьому встановлюється такий опір електромагніту, яке необхідно для нормальної роботи системи збудження генератора і підтримки нормального напруги на його затискачах. При підвищенні напруги генератора, викликаному, наприклад, зменшенням навантаження, сила електромагніта зростає, якір втягується, тиск пружини на вугільні стовпи зменшується. Через це опір вугільного реостата зростає і разом з тим зменшується струм, що живить обмотку збудження збудника. Напруга на затискачах генератора відновлюється до початкової величини. При зниженні напруги, викликаному, наприклад, пуском короткозамкнутого електродвигуна або коротким замиканням в мережі, що втягує сила електромагніта зменшується. Під впливом пружини вугільні стовпи стискаються, опір при цьому зменшується, в обмотку збудження збудника заходить великий струм. Завдяки цьому напруга на затискачах генератора відновлюється.
Електромагніт, що складається з котушки 3, сердечника 7, якоря 4 і скоби 10, укріплений на ізоляційної плиті 1. При русі якоря повертається і важіль 8 з прикріпленою до нього тягою 5 і коромислом 6, яке натискає на вугільні стовпи 2. Нижній кінець балансної протидіє пружини закріплений на стержні з регулювальної гайкою 12. Поворотом цієї гайки здійснюється установка регульованого напруги генератора. Для регулювання затягування вугільних стовпів служить гайка 11. Вугільний реостат охоплюється ізолюючим стрижнем 13. Для установки тяги служать гвинти 14. Гнучкі провідники від вугільних стовпів виведені на затискні колодки 15. Шляхом пересоедіненіязажімовпроісходітнеобходімое-за схемою з'єднання вугільних стовпів. Сталевий кожух регулятора 16 закріплюється гайкою 17. Крайній верхньому положенню якоря 4 відповідає максимальне стиснення вугільного * стовпа, тобто мінімальне його опір, а крайнього нижнього положення якоря (втягнуте положення) - мінімальне стиснення стовпа, або максимальне його опір.
Як видно з опису пристрою і дії вугільного регулятора, він має статистичну характеристику, тобто таку »характеристику, при якій регулятор знаходиться в рівновазі тільки при заданій напрузі генератора. Це пояснюється тим, що тільки при заданій напрузі на затискачах генератора, сила електромагніта буде дорівнює протидіє силі пружини. Рівновага системи регулювання (при вугільних регуляторах -равновесіемежду втягує силою електромагніту і протидіє силою пружини) настає тільки в залежності від встановленого напруги, за яким налаштований регулятор, без урахування реактивного навантаження.
Для отримання статичної характеристики, необхідної для стійкої паралельної роботи генераторів на загальні шини, вугільні регулятори напруги оснащуються спеціальними компенсаторами реактивної потужності. Ці компенсатори, що випускаються заводом під маркою ВС-242, є регульоване активний опір. Його включають у вторинну ланцюг трансформатора струму, встановленого на тій фазі ланцюга генератора, до якої не підключена ланцюг харчування котушки електромагніта регулятора через селеновий випрямляч), т. Е. Ланцюг контрольно-вимірювального органу регулятора.
Дія компенсатора реактивної потужності ЗС-242 полягає в наступному. Контрольно-вимірювальний орган регулятора харчується лінійною напругою між фазами А і С. Трансформатор струму компенсуючого пристрою включений в фазу В. Вектор напруги рази У зміщений на 90 ° по відношенню до міжфазній напрузі АС; при cos 9 = 0 струм в цій разі збігається за напрямком з напругою АС.
Таким чином, через підживлення активного опору компенсатора струмом, що збігається по напрямку з напругою, пітаго-гнпм контрольно-вимірювальний орган регулятора, збільшення реактивного навантаження генератора сприймається регулятором як підвищення підведеної напруги. Регулятор прагне знизити напругу, т. Е. Зменшити z збудження генератора і тим самим знизити реактивну навантаження генератора. Після закінчення монтажу регулятора необхідно перевірити, чи правильно включений: компенсатор. Для цього генератору дається ака-небудь навантаження з cos 9 приблизно 0,8. Регульоване опір компенсатора 3 ^ -242 збільшують за допомогою движка і стежать за дією регулятора.
Якщо при збільшенні опору ВС-242: регулятор буде прагнути знижувати напругу генератора, значить компенсатор включений правильно. У тому випадку, коли це не відбувається потрібно поміняти місцями приєднання затискачів компенсатора в ланцюзі харчування вимірювального органу регулятора напруги. На малюнку 224 представлена схема включення вугільного регулятора напруги для поодиноко працюючого генератора трифазного т: ка. Додатково до пристрою регулятора, показаному на малюнку 223, тут ми бачимо селеновий випрямляч типу ВС-255, зібраний по однофазнойдвухполуперіодной мостиковой схемою, і установче опір в ланцюзі харчування регулятора ВС-240 (або ВС-244). Регулятори новітнього випуску оснащуються особливими стабілізуючими пристроями у вигляді трансформаторів ВТ-190. Їх включають декількома обмотками в затискачі збудника генератора, а інший - в ланцюг харчування котушки електромагніта регулятора. Схема включення вугільних регуляторів з компенсаторами реактивної потужності і зі стабілізуючими трансформаторами при паралельній
роботі генераторів трифазного струму показана на малюнку 225. Завдяки допоміжному пристрою типу ВС-242 вугільний регулятор може забезпечити статизм характеристики регулювання напруги до 6%.
Стабілізуючий 'трансформатор грає роль демпфуючого пристрою, що захищає від коливальних процесів і хитань у період регулювання напруги. У таблиці 94 наводяться основні технічні дані, що випускаються заводами електротехнічної промисловості регуляторів напруги з вугільними стовпами для генераторів трифазного струму.
У таблиці 94 межі опору вугільних стовпів показані при одній паралельної гілки. Якщо паралельних гілок дві або три, то мінімальні і максимальні опору вугільних стовпів зменшуються відповідно в 4 і 9 разів
регулятори типів РУН-101-141 виготовляють з вимірювальним елементом, розрахованим на напругу 115 або 230 в. Це означає, що при паралельній роботі, коли відповідно до схеми, наведеної на малюнку 225, вимірювальний орган регулятора повинен живитися від лінійної напруги, слід застосовувати знижувальні трансформатори напруги 380 / 100-115 в. При одиночній роботі генератора 380/220 вугільний регулятор може харчуватися від фазної напруги (фаза нуль)
Середньо-регульоване напруга, яке підтримується регуляторами типу РУН на затискачах генератора, можна змінити в залежності від настройки допоміжного пристрою ВС-240 (або ВС-244) в межах 95 # 9632; 105% від номінальної напруги. Точність регулювання при зміні навантаження генератора в сталому режимі гарантується заводом-виготовлювачем в межах ± 2,5%.
На малюнках 226 і 227 наведені габаритні установчі ескізи регуляторів напруги »для переднього і заднього приєднання проводів. Розміри до вказаних малюнків дані в таблиці 95
Вугільний регулятор напруги можна вибрати виходячи з номінальних параметрів генератора і збудника при холостому ході і номінальному навантаженні. Його перевіряють по допустимої потужності і меж зміни опорів
Вугільний регулятор напруги можна вибрати виходячи з номінальних параметрів генератора і збудника при холостому ході і номінальному навантаженні. Його перевіряють по допустимої потужності і меж зміни опорів вугільних стовпів в залежності від ступеня стиснення в крайніх положеннях Для генераторів, що знаходяться в експлуатації, всі необхідні параметри можуть бути визначені шляхом безпосередніх вимірів
UBxx - напруга на щітках збудника при холостому ході генератора і номінальною швидкості обертання (в В);
UBн- той же при повному навантаженні генератора
iвхх - струм в ланцюзі збудження збудника при холостому ході генератора і номінальною швидкості обертання (в а);
i ввн - то ж при повному навантаженні генератора (в а);
r ввхол - опір обмотки збудження збудника в холодному стані (в ом);
до ввгор - то ж в гарячому стані (в ом);
UBн- той же при повному навантаженні генератора
iвхх - струм в ланцюзі збудження збудника при холостому ході генератора і номінальною швидкості обертання (в а);
i ввн - то ж при повному навантаженні генератора (в а);
r ввхол - опір обмотки збудження збудника в холодному стані (в ом);
до ввгор - то ж в гарячому стані (в ом);
r ш - опір шунтового реостата в ланцюзі збудження збудника (в ом);
R уг макс- опір вугільних стовпів при холостому ході генератора (в розціпленого стані) (в ом);
R уг мин- той же при номінальному навантаженні генератора (в стислому стані) (в ом).
При режимі холостого ходу, виходячи зі схеми на малюнку 228, маємо в ланцюзі збудження збудника три послідовно з'єднаних опору: Rш, Rуг і RБВ.
При режимі номінального навантаження схема подібна наведеної на малюнку 228, але замість ГуRмакс матимемо гуRміні замість опору обмотки збудження збудника в холодному стані Rввхол