РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Напряжение вспомогательного генератора тепловоза должно поддерживаться строго постоянным. Представим себе, что напряжение вспомогательного генератора понизилось. Тогда уменьшится возбуждение возбудителя и тягового генератора, значит, снизится мощность тепловоза. Кроме того, аккумуляторная батарея не будет подзаряжаться, лампы дадут тусклый свет. Чрезмерное повышение напряжения вспомогательного генератора приведет к перегрузке дизеля тепловоза, перегоранию электроламп, ненормальному заряду батареи и т. д.
Якорь вспомогательного генератора приводится во вращение от коленчатого вала дизеля. По мере увеличения частоты вращения вала возрастает частота вращения якоря  вспомогательного генератора, и его напряжение, если не принять специальных мер, будет повышаться. Напряжение генератора, кроме того, зависит и от тока его нагрузки.
Для поддержания постоянного напряжения вспомогательного генератора на тепловозах применяются регуляторы напряжения. Напряжение любого генератора зависит не только от частоты вращения, но и от возбуждения, т. е. от величины тока в обмотке главных полюсов. Регулятор напряжения автоматически изменяет величину тока возбуждения вспомогательного генератора так, что напряжение на его выводах практически остается всегда постоянным. Изменение тока возбуждения генератора достигается с помощью включения резисторов в цепь параллельной обмотки возбуждения.
Работу регулятора напряжения можно представить себе так. Включим резистор R в цепь обмотки ОВ возбуждения генератора ВГ (рис. 216).

Рис. 216. Схема вибрационного регулятора напряжения

Этот резистор может закорачиваться контактами чувствительного элемента регулятора напряжения. Чувствительный элемент имеет катушку, которая включена на напряжение вспомогательного генератора. Сердечник катушки укреплен на ярме. Здесь же на оси установлен и якорь чувствительного элемента. Подвижный контакт чувствительного элемента расположен на якоре рядом с неподвижным контактом. Пружина стремится держать эти контакты замкнутыми.
При напряжении вспомогательного генератора ниже номинального ток в катушке чувствительного элемента недостаточен, чтобы создаваемая им магнитодвижущая сила могла преодолеть натяжение пружины. Контакты чувствительного элемента замкнуты, резистор закорочен. В этом случае ток возбуждения вспомогательного генератора будет возрастать. Как только напряжение генератора несколько превысит номинальное, ток в катушке чувствительного элемента возрастет настолько, что магнитодвижущая сила становится достаточной для притяжения якоря чувствительного элемента. Контакты размыкаются, и в цепь обмотки возбуждения вспомогательного генератора вводится резистор. Величина сопротивления резистора подобрана так, что вследствие уменьшения возбуждения напряжение вспомогательного генератора обязательно начинает снижаться. Вследствие этого уменьшается и ток в катушке чувствительного элемента, сила ее магнитного притяжения становится недостаточной, пружина поворачивает якорь, контакты регулятора замыкаются, что приводит в конечном итоге к усилению возбуждения  вспомогательного генератора.
Эти процессы непрерывно повторяются, якорь чувствительного элемента вибрирует, периодически замыкая контакты. Поэтому регуляторы напряжения такого типа получили название вибрационных. Напряжение вспомогательного генератора колеблется в небольших пределах около заданной номинальной величины и практически может считаться постоянным.
Вибрационными регуляторами напряжения типа СРН оборудовались первые отечественные тепловозы  послевоенной постройки. Реальные регуляторы отличались от изображенного на рис. 216 применением двух неподвижных контактов, между которыми вибрирует подвижный контакт. Это позволило обеспечить более тонкое ступенчатое регулирование напряжения вспомогательного генератора за счет включения различных по величине сопротивлений резисторов в цепь его обмотки возбуждения. Однако регуляторы оказались ненадежными в работе, допускали значительные колебания напряжения вспомогательного генератора. Поэтому были созданы более совершенные регуляторы напряжения типа ТРН, получившие наиболее широкое применение на магистральных и маневровых тепловозах.
Регулирование напряжения вспомогательного генератора ВГ регуляторы этого типа осуществляют с помощью многоступенчатого резистора, включенного в цепь обмотки возбуждения (рис. 217).

Рис. 217. Схема регулятора напряжения типа ТРН

Резисторы R6 и R7 регулятора напряжения имеют семь пар зажимов, оканчивающихся контактными пальцами. Эти пальцы попарно-последовательно замыкаются контактным брусом клиновидной формы, состоящим из колодки с контактными пластинами. Когда брус находится в верхнем крайнем положении, он замыкает все контактные пальцы, и регулируемый резистор оказывается целиком закороченным. Ток проходит через контактный брус, имеющий малое сопротивление, и достигает максимальной величины. В этом случае даже при наименьшей частоте вращения якоря вспомогательного генератора     напряжение   возрастает,
По мере опускания контактного бруса последовательно пара за парой размыкаются контактные пальцы резисторов. Когда резисторы будут введены в цепь целиком, возбуждение вспомогательного генератора понизится настолько, что даже при максимальной частоте вращения якоря его напряжение уменьшается. Контактный брус, вибрируя между контактными пальцами резисторов, поддерживает практически постоянным напряжение вспомогательного генератора. Благодаря большому количеству ступеней резисторов при размыкании каждой пары контактных пальцев имеется возможность незначительно изменять ток возбуждения. Следовательно, разрываемый ток также будет небольшим, контакты работают надежно, точность регулирования повышается.
Контактный брус приводится в движение системой электромагнитных катушек. Неподвижная катушка Н регулятора напряжения ТРН вместе с сердечником установлена на ярме, которое крепится к остову регулятора. Подвижных катушек две: параллельная (катушка напряжения) — П и последовательная (катушка тока) — Т. Каркас подвижных катушек стойками соединен с контактным клиновидным брусом. Вся подвижная система подвешена на пружинах и может свободно перемещаться в вертикальном направлении-
Неподвижная катушка Н последовательно с резисторами R3, R4, R5 включена на выводы вспомогательного генератора. Подвижная катушка напряжения П аналогичным образом включена  на выводы  вспомогательного генератора, но в ее цепь дополнительно введена часть резистора R1. Имеется и вторая цепь питания током этой катушки: от плюсового вывода вспомогательного генератора через резисторы R6, R7, R2 и верхнюю часть резистора R1. Подвижная токовая катушка Т соединена последовательно с обмоткой возбуждения ОВ  вспомогательного генератора ВГ.
При прохождении тока по неподвижной Н и подвижной П катушкам их магнитные потоки взаимодействуют, в результате чего создается усилие, стремящееся опустить подвижную систему регулятора. Этому препятствуют пружины. Токовая катушка несколько ослабляет действие катушки напряжения, так как их магнитные потоки имеют противоположное направление.
Если напряжение вспомогательного генератора становится ниже номинального, то ток в катушках также уменьшается, ослабляется сила их взаимодействия, пружины поднимают контактный брус, замыкаются контактные пальцы, возбуждение вспомогательного генератора усиливается. При чрезмерном увеличении напряжения сила взаимодействия катушек преодолевает действие пружин, контактный брус опускается, размыкая дополнительные пары контактных пальцев, и возбуждение вспомогательного генератора ослабляется. Вибрируя, брус поддерживает напряжение вспомогательного генератора практически постоянным с почти незаметными  колебаниями.
Важной особенностью регулятора напряжения типа ТРН является наличие у него специальных средств для предотвращения значительных колебаний подвижной системы и контактного бруса, а значит, и напряжения вспомогательного генератора. При отклонении напряжения вспомогательного генератора от номинальной величины ток в катушках регулятора напряжения быстро изменяется, вызывая соответствующее перемещение контактного бруса. Напряжение же вспомогательного генератора вследствие его магнитной инерции восстанавливается значительно медленнее. Если не принято предупредительных мер, то подвижная система регулятора придет в колебательное движение от одного крайнего положения до другого. Напряжение вспомогательного генератора будет непрерывно меняться в довольно широких пределах, что является недопустимым.
В регуляторе напряжения типа ТРН колебания подвижной системы предотвращаются с помощью электрической обратной связи, в качестве которой служит цепь дополнительного питания током катушки напряжения через резистор R2. Вернемся к рассмотрению работы регулятора напряжения при пониженном напряжении вспомогательного генератора. Как только, восстанавливая напряжение, контактный брус замкнет первую очередную пару контактов резисторов R6 и R7, сразу же уменьшится сопротивление резисторов как в цепи возбуждения вспомогательного генератора, так и в цепи дополнительного питания током катушки напряжения. Ток в катушке возрастет, усилится ее притяжение к неподвижной катушке. Тем самым предупреждается дальнейшее перемещение подвижной системы вверх. При повышенном напряжении вспомогательного генератора сверх номинального контактный брус разрывает очередную пару контактов, увеличивая сопротивление цепи возбуждения вспомогательного генератора. При этом одновременно уменьшается ток в катушке напряжения, ослабляется сила взаимодействия катушек регулятора напряжения и предупреждается дальнейшее перемещение подвижной системы вниз.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала дизеля и якоря вспомогательного генератора требуется меньший по величине ток возбуждения   вспомогательного   генератора для поддержания его напряжения постоянным. Снижение тока возбуждения достигается за счет последовательного увеличения количества участков резисторов R6 и R7, введенных контактным брусом в цепь обмотки возбуждения вспомогательного генератора. Одновременно уменьшается величина тока, проходящего по катушке напряжения через резистор R2. Подвижная система регулятора напряжения будет уравновешиваться за счет увеличения тока в катушках, проходящего через резисторы R3, R4, R5, а это возможно только при условии повышения поддерживаемого напряжения вспомогательного генератора.  Для  того  чтобы    предупредить указанное повышение напряжения, регулятор типа ТРН снабжен токовой подвижной катушкой Т. Как уже отмечалось, эта катушка включена последовательно с обмоткой возбуждения вспомогательного генератора и действует навстречу катушке напряжения. При снижении тока возбуждения вспомогательного генератора уменьшается ток в катушке Т, и она в меньшей мере ослабляет действие катушки напряжения. Благодаря этому суммарное взаимодействие подвижных и неподвижных катушек практически не зависит от величины тока возбуждения вспомогательного генератора. Напряжение вспомогательного генератора поддерживается постоянным с точностью до ±1 В при любой частоте вращения коленчатого  вала  дизеля.
Таким образом, высокая точность регулирования напряжения вспомогательного генератора достигается применением в регуляторе напряжения ТРН многоступенчатого сопротивления, управляющего током возбуждения и высокими динамическими качествами   регулятора.
Общий вид регулятора напряжения типа ТРН со снятым защитным кожухом показан на рис. 218. Здесь хорошо видны его неподвижная и подвижная катушки, подвижная колодка с наклонными контактными пластинами, образующими контактный брус, и контактные пальцы.

Рис. 218. Регулятор напряжения (без кожуха)

Резисторы R6 и R7 (обозначения согласно рис. 217), изменяющие ток возбуждения вспомогательного генератора,    смонтированы на задней стенке регулятора напряжения. На нижних участках их фарфоровых столбиков находятся резисторы R4 и R5. Резисторы настройки (реостаты) R2 и R3 вынесены вперед для удобства наладки регулятора.
Подвижная система регулятора напряжения подвешена на пластинчатых пружинах. Две растянутые витые пружины через свои шпильки стремятся поднять подвижную систему в верхнее положение. В нижний конец передней шпильки упирается короткое плечо противовеса, который может поворачиваться вокруг своей осн. При резких толчках в процессе движения тепловоза противовес препятствует перемещению подвижной системы регулятора напряжения и, следовательно, предупреждает случайные колебания напряжения вспомогательного генератора.
Все части регулятора напряжения монтируются на его остове, который крепится к каркасу аппаратной камеры с помощью кронштейнов.
Конструкция регулятора напряжения ТРН совершенствовалась: были применены конденсаторы для снижения искрения между контактными пальцами и пластиной, левый резистор (реостат) настройки заменен трубчатым резистором и т. д.
В последние годы на новых тепловозах широкое применение получили полупроводниковые регуляторы напряжения. Устройство и работа таких регуляторов рассмотрены ниже после ознакомления читателя с основами   полупроводниковой  техники.

В начало статьи
<< Назад --------------------------------- Дальше >>