При холостом ходе трансформатора, когда но цепи нагрузки, а значит, и по последовательной обмотке трансформатора ток не протекает, магнитное поле трансформатора создается только током первичной обмотки (обмотки высшего напряжения).

С возрастанием нагрузки генератора по последовательной обмотке проходит ток нагрузки и соответственно магнитное поле трансформатора создается током не только первичной обмотки, но и последовательной, в результате чего возрастают напряжение вторичной обмотки (обмотки низшего напряжения) и сила тока возбуждения генератора. Соответствие между изменением силы тока нагрузки и силы тока возбуждения обеспечивает постоянство напряжения самосинхронизирующихся генераторов при изменении нагрузки в широких пределах.

У синхронных генераторов с независимым (машинным) возбуждением СГ, С и Сд напряжение регулируется ручными или автоматическими регуляторами напряжения.

В качестве ручного регулятора напряжения обычно применяют шунтовые реостаты.

Шунтовой реостат состоит из системы контактов, сопротивлений и ползункового устройства с рукояткой.

Наиболее распространенным типом шунтового реостата для ручного регулирования напряжения генераторов передвижных станций является регулятор возбуждения РВ-5200. Регуляторы этой серии, выполняют как с ручным непосредственным приводом, так и с приводом ПД-9006/3 для дистанционного ручного регулирования напряжения.

Регулятор включается в цепь возбуждения и позволяет регулировать напряжение генератора при изменениях нагрузки от нуля до номинальной. Сопротивление в цепи возбуждения создается с помощью проволочных спиралей реостата, изготовленных из материалов, обладающих большим удельным сопротивлением (нихром, фехраль, константан и др.).

Шунтовой реостат описанной конструкции применяется для ручного регулирования напряжения в передвижных станциях ПЭС-60 и ПЭС-100 с генераторами СГ и С. Однако ручное регулирование требует от персонала, обслуживающего станцию, постоянного наблюдения за изменением нагрузок и быстрого оперативного вмешательства ери резком возрастании или падении напряжения. Все это усложняет обслуживание и снижает надежность работы передвижных станций.

Для упрощения эксплуатации и обеспечения нормальной и бесперебойной работы станций в их схемах предусматривается автоматическое регулирование напряжения, осуществляемое при помощи специальных автоматических устройств.

Для автоматического регулирования напряжения в передвижных электростанциях с генераторами СГ и С применяют универсальное компаундирующее устройство УКУ-ЗМ или вибрационный регулятор напряжения АВРН-3.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ-ЗМ (рис. 1) состоит из селенового выпрямителя, трехфазного, трансформатора и щитка зажимов, смонтированных на общем основании, штампованном из листовой стали толщиной 2 мм.

Вторичные обмотки трансформатора насажены непосредственно на стержень магнитопровода, а первичные уложены поверх вторичных. Первичные обмотки выполнены медным проводом прямоугольного сечения с двухслойной бумажной изоляцией и состоят из двух секций по пяти витков каждая. Концы проводов каждой секции выведены на щиток и присоединены к зажимам.

В отличие от других трансформаторов магнитопровед трансформатора УКУ-ЗМ имеет подвижное ярмо. Постепенным перемещением ярма плавно изменяют индуктивность трансформатора и силу тока вторичных обмоток, что необходимо для регулирования степени компаундирования. Ярмо магнитопрово-да перемещают регулировочным винтом, головка которого выведена на крышку кожуха.

Первичную обмотку трансформатора включают последовательно в силовую цепь генератора и через нее проходит весь ток нагрузки. От вторичных обмоток ток поступает к селеновому выпрямителю, который выпрямляет его и направляет в цепь возбуждения возбудителя дополнительно к току, создаваемому в обмотках возбуждения. Токи вторичных обмоток и обмоток возбуждения суммируются.

Действие компаундирующего устройства основано на прямой зависимости тока возбуждения от тока нагрузки. С возрастанием нагрузочного тока, проходящего через первичную обмотку трансформатора, автоматически повышается сила тока во вторичных обмотках. При этом соответственно увеличивается сила дополнительного тока возбуждения, протекающего от селенового выпрямителя к обмоткам возбуждения. С уменьшением силы тока нагрузки уменьшаются сила тока во вторичных обмотках и сила дополнительного тока возбуждения. Напряжение на зажимах генератора будет оставаться неизменным в определенных пределах.

В компаундирующем устройстве УКУ-ЗМ имеется щиток зажимов, который изготовляют обычно из гетинакса или текстолита толщиной 6-8 мм.

На щитке расположено 14 зажимов: по четыре зажима на каждую фазу для переключения секций первичной обмотки и подключения устройства к силовой цепи генератора и два зажима для присоединения обмотки возбуждения возбудителя. Трансформатор, выпрямитель и щиток закрыты общим металлическим кожухом.

Компаундирующее устройство включают в силовую цепь генератора между его линейными зажимами и щитом управления или между нулевыми выводами, если генератор имеет шесть выводов.

Секции первичной обмотки трансформатора соединяют последовательно или параллельно. Способ соединения секций выбирают в зависимости от силы линейного тока генератора: при силе тока до 50 а секции соединяют последовательно, при силе тока свыше 50 и до 100 а — параллельно.

Обмотку возбуждения возбудителя генератора подключают к зажимам выпрямленного тока компаундирующего устройства с соблюдением полярности: плюсовой вывод обмотки возбуждения возбудителя подключают к плюсовому зажиму щитка.

Универсальное компаундирующее устройство УКУ-ЗМ предназначено для автоматического регулирования напряжения генераторов С и СГ мощностью до 60 ква и аналогичных им типов генераторов, имеющих ток возбуждения не более 4,5 а при напряжении до 45 в.

Для регулирования напряжения генераторов мощностью -выше 60 и до 100 ква часто применяют вибрационный регулятор АВРН.

Автоматический вибрационный регулятор напряжения АВРН-3 состоит из электромагнита, конденсаторов, системы контактов и регулировочных винтов. Его действие основано на изменении сопротивления в цепи возбуждения путем автоматического включения или выключения шунтового реостата.

Схема соединения регулятора АВРН-3 с генератором показана на рис. 4. Электромагнит подключен к фазным зажимам генератора, а контакты включены параллельно шунто-вому реостату возбуждения возбудителя. Подвижный вольфрамовый контакт и жестко укрепленный на магнитопроводе электромагнита неподвижный контакт нормально замкнуты и шунтируют реостат.

В начале работы генератора сопротивление в цепи возбуждения отсутствует (реостат зашунтирован контактами) и напряжение быстро возрастает. При этом якорь притягивается к электромагниту, а укрепленный на нем подвижный контакт замыкается с неподвижным. Сохранению такого положения подвижного и неподвижного контактов препятствует пружина, которая отталкивает подвижный контакт от неподвижного, возвращая его в исходное положение. Под встречным действием сил притяжения электромагнита и пружины подвижный контакт начинает вибрировать, замыкаясь и размыкаясь с неподвижным контактом. Вследствие такой вибрации реостат, первоначальна полностью зашунтированный, периодически отключается от цепи возбуждения или включается в нее. Чем продолжительнее будут замкнуты контакты, тем длительнее будет зашунтирован реостат и тем больше будет ток возбуждения. С увеличением времени, в течение которого контакты разомкнуты, продолжительность шунтирования реостата соответственно сократится и ток возбуждения уменьшится, а следовательно, снизится и напряжение на зажимах генератора.

Подвижный контакт закреплен на якоре электромагнита, установленном на пластинчатой пружине, противодействующей притяжению якоря. Изменив натяжение пружины при помощи винта, можно увеличить или уменьшить продолжительность размыкания (замыкания) контактов и, таким образом, настроить генератор на требуемое рабочее напряжение.

Напряжение на зажимах генератора изменяется также с изменением, скорости вращения ротора. Для поддержания необходимого напряжения на зажимах генератора при изменении скорости вращения его ротора в схеме регулятора предусмотрена установка конденсатора КЗ емкостью 1 мкф, включаемого последовательно с обмоткой электромагнита.

С изменением скорости вращения ротора, а следовательно, и частоты изменяется сопротивление конденсатора: при повышении частоты сопротивление уменьшается, а при снижении — увеличивается. В случае снижения напряжения (из-за уменьшения скорости вращения ротора) сопротивление конденсатора увеличится, сила тока в обмотке электромагнита уменьшится к контакты замкнутся, восстанавливая напряжение.

Вибрационный регулятор АВРН-3 способен поддерживать напряжение на зажимах генератора с точностью ±5% номинального независимо от коэффициента мощности и при изменении частоты в пределах ±20%.

В передвижных станциях мощностью 100 ква и выше для автоматического регулирования напряжения применяют угольные регуляторы РУН-111 или УРН-400.

Автоматический угольный регулятор напряжения РУН-1 состоит из регулирующего устройства, селенового выпрямителя, стабилизирующего трансформатора и установочных реостатов.

Регулирующее устройство состоит из электромагнита, якорь которого укреплен на рычаге. С рычагом связана тяга, сжимающая столбики угольных дисков при помощи коромысла. Плечо тяги, а следовательно, и усилие, сжимающее угольные диски, регулируют винтами, установленными на угольнике. Между угольниками помещена противодействующая пружина. Детали регулирующего устройства смонтированы на стальйой плите толщиной 2 мм.

Стабилизирующий трансформатор ТС двух-обмоточный: на стержень его магнитопровода надета вторичная обмотка, а поверх нее — первичная. Концы обмоток выведены и присоединены к зажимам на щитке трансформатора.

Установочные реостаты РУ-1 и РУ-2 выполнены по типу ползунковых реостатов с фиксируемым движком, который позволяет закреплять ползунки в определенных точках сопротивления.

Обмотка электромагнита подключается к зажимам линейного напряжения генератора через селеновый выпрямитель ВС (типа ВС-255) и установочный реостат PY-L Эту цепь регулятора называют контрольно-измерительной.

Столбики угольных дисков регулятора через зажимы включаются последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя генератора. Для обеспечения устойчивой работы регулятора с генератором в схеме применен стабилизирующий трансформатор, первичная обмотка которого подсоединяется к зажимам обмотки возбуждения генератора последовательно с установочным реостатом РУ-2, а вторичная обмотка включается последовательно в цепь обмотки электромагнита регулятора через зажимы.

При использовании РУН-111 с генераторами, имеющими линейное напряжение 400 в, контрольно-измерительную цепь регулятора подсоединяют к генератору через понижающий трансформатор с вторичным напряжением 133 в.

Регулирование напряжения с помощью угольного регулятора РУН-111 происходит следующим образом.

В процессе работы при номинальном напряжении на зажимах генератора подвижная система регулятора занимает уравновешенное положение, при котором сила натяжения Fx пружины 8 уравновешивает силу F2 электромагнита регулятора и противодействие столбика угольных дисков. В момент снижения напряжения, вызванного увеличением нагрузки или какими-либо иными причинами, уменьшается сила тока, протекающего по обмотке электромагнита регулятора, а также и сила F2. Вследствие этого снижается сила притяжения якоря, нарушается равновесие и подвижная система регулятора под действием избыточной силы смещается, сжимая диски столбиков. При сжатии столбиков контакт между дисками улучшается, вследствие чего переходное сопротивление между отдельными дисками, а следовательно, и общее сопротивление столбиков уменьшаются, сила тока в обмотке возбуждения возбудителя увеличивается и напряжение на зажимах генератора восстанавливается. Уменьшение избыточной силы Fi приводит к замедлению движения подвижной системы, а в дальнейшем и к наступлению равновесия, но уже в новом положении — с более низкими значениями * сопротивления столбиков угольных дисков и напряжения на зажимах генератора по сравнению с первоначальным положением. Повышение напряжения на зажимах генератора вследствие уменьшения нагрузки или каких-либо других причин вызовет обратные явления и соответствующие действия регулятора.

Чтобы повысить чувствительность регулятора, в нем применена так называемая отрицательная обратная связь, принцип действия которой заключается в следующем. Электромагнит обмотки регулятора кроме основной обмотки имеет дополнительную, включенную так, что протекающий по ней ток ослабляет магнитное поле электромагнита. Дополнительная обмотка получает питание от вторичной обмотки трансформатора тока, первичная обмотка которого присоединена к выводам возбудителя. Возрастание напряжения в возбудителе приводит к появлению тока в цепи вторичной обмотки трансформатора, замкнутой через дополнительную обмотку электромагнита. Ток в дополнительной обмотке электромагнита уменьшает усилие, противодействующее пружине, и в результате этого при изме-, нении нагрузки обеспечивается автоматическое поддержание напряжения на зажимах генератора на уровне, близком к номинальному.

Если предполагается работа генератора на общие шины параллельно с другими генераторами, то для регулирования их напряжения необходимо в цепь переменного тока питания электромагнита включать регулируемое добавочное сопротивление установочного реостата, по которому будет проходить ток к трансформатору тока. При помощи движка реостата добиваются совмещения характеристик напряжения на всех параллельно работающих генераторах.

Конструктивно наиболее совершенным и надежным регулирующим устройством для автоматического регулирования напряжения на зажимах генераторов передвижных станций является угольный регулятор УРН-400.

Автоматический угольный регулятор напряжения УРН-400 состоит из электромагнита, угольного столба и контактов. Электромагнит представляет собой магнитопровод с сердечником и катушкой.

Якорь 8 электромагнита соединен с пакетом пружин и через подвижный контакт сжимает угольный столб. Угольный столб состоит из 50 шайб (дисков) диаметром 11 мм и толщиной около 1 мм. Шайбы изготовлены из графитированного угля и имеют шероховатую поверхность, вследствие чего общая площадь соприкосновения шайб и величина переходного сопротивления между ними находится в прямой зависимости от величины усилия, сжимающего их. Угольный столб помещен в керамическую трубку, которая вставлена в алюминиевый корпус, Имеющий ребра для лучшего отвода тепла. Одним концом угольный столб упирается в подвижный угольный контакт, а другим — в неподвижный угольный контакт. В торец алюминиевого корпуса регулятора ввернут нажимной колпак, в который запрессован контакт.

Регулятор УРН-400 встраивают в блок регулирования напряжения БРН-400, имеющий также стабилизирующий трансформатор, селеновые выпрямители, стабилизирующие регулировочные и добавочные (вспомогательные) сопротивления, конденсатор.

В блоке БРН-400 установлены два селеновых выпрямителя, один из которых питает постоянным током катушку электромагнита регулятора, а другой защищает обмотку возбуждения от перенапряжений и угольные диски от подгорания, возможного при разрыве цепи возбуждения возбудителя и при различных переходных процессах, вызванных резким набросом и сбросом нагрузки, а также коротким замыканием в цепи.

В блоке регулирования напряжения имеются три сопро-hгтения. Сопротивления намотаны высокоомной оксиаированной проволокой, О-Х-15Н-60 на фарфоровой трубке диаметром 25 мм и длиной 140 мм, а сопротивление — на такой же фарфоровой трубке, но проволокой из константана. Добавочное сопротивление включено последовательно с угольным столбом и служит для уменьшения мощности, рассеиваемой в угольном столбе. Стабилизирующее сопротивление предназначено для ограничения напряжения, поступающего в первичную обмотку трансформатора, а также для настройки схемы регулирования напряжения.

Схема электрических соединений элементов блока регулирования напряжения БРН-400 с генератором и его возбудителем показана на рис. 8.

Понижающий трансформатор ТП применяют при напряжении 400 в и присоединяют к силовой цепи генератора. Стабилизирующий трансформатор ТС служит для обеспечения более устойчивой работы регулятора и для быстрого восстановления напряжения при изменениях нагрузки.