Напряжение на клеммах генератора согласно закона Ома для полной цепи равно ЭДС минус падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора, то есть:
U = E – Ir (1)
Подставим в формулу (1) значение ЭДС, тогда напряжение генератора:
U = сФп – Ir.
Из полученной формулы видно, что напряжение генератора зависит от двух внешних факторов:
- от частоты вращения (оборотов) ротора, которые пропорциональны оборотам двигателя и зависят от его режима работы, который в свою очередь в полёте может неоднократно изменяться от малого газа до взлётного.
- от тока нагрузки генератора, то есть мощности подключаемых потребителей.
Если не принять меры по стабилизации напряжения, то каждый раз при изменении режима работы двигателя, или при включении или выключении потребителей, напряжение будет изменяться, что недопустимо.
Наиболее целесообразным способом стабилизации напряжения является изменение тока возбуждения генератора – при уменьшении напряжения необходимо увеличить ток возбуждения, что приведёт к увеличению магнитного потока Ф, а значит к восстановлению исходного значения напряжения. При росте напряжения необходимо выполнить обратное – уменьшить ток возбуждения.
Совместно с генераторами постоянного тока работают угольные регуляторы напряжения.
Рис. 4.1. Конструкция и подключение угольного регулятора напряжения
В состав угольного регулятора напряжения входят (Рис. 4.1):
1 – корпус;
2 – рабочая обмотка электромагнита;
3 – сердечник электромагнита;
4 – крышка;
5 – якорь электромагнита;
6 – пружинная мембрана;
7 – опорное кольцо;
8, 13 – концевые контакты;
9 – втулка;
10 – угольный столб;
11 – радиатор охлаждения;
12 – регулировочный винт;
Угольный столб 10, состоящий из отдельных угольных шайб, нанизанных на стальной стержень, сжимается с помощью пружинной мембраны 6. Столб включен последовательно с обмоткой возбуждения.
Электромагнит с тремя обмотками – рабочей обмоткой 2, обмоткой температурной компенсации и обмоткой параллельной работы (уравнительной). Рабочая обмотка включена на напряжение генератора. При подаче на неё напряжения создаётся магнитное поле, которое притягивает якорь электромагнита 5, препятствуя силе сжатия пружинной мембраны.
Таким образом на угольный столб действуют две силы – сила сжатия пружинной мембраны и сила растяжения – электромагнита. В зависимости от баланса этих сил меняется усилие, с которым угольные шайбы прижимаются друг к другу, меняется площадь контакта между шайбами, что приводит к изменению сопротивления угольного столба, а следовательно к изменению тока возбуждения генератора и изменению магнитного потока Ф, создаваемого обмоткой возбуждения.
Рис. 4.2. Упрощённая принципиальная схема угольного регулятора напряжения, где:
1 – угольный столб; 2 – пружинная мембрана; 3 – якорь электромагнита;
4 – электромагнит.
Работа регулятора напряжения по схеме на рис. 4.2.
Если по какой-то причине напряжение генератора упадёт (уменьшение режима работы двигателя, включение мощных потребителей и др.), уменьшится напряжение, приложенное к рабочей обмотке электромагнита 4. Создаваемое ею магнитное поле уменьшится, что приведёт к уменьшению силы, растягивающей угольный столб. Пружинная мембрана сильнее сожмёт угольный столб, что приведёт к улучшению контакта между его шайбами и к уменьшению сопротивления столба, то есть к уменьшению сопротивления цепи возбуждения. Ток возбуждения возрастёт, возрастёт магнитный поток Ф, создаваемый обмоткой возбуждения, что вызовет увеличение ЭДС и увеличение напряжения генератора до исходного значения.
При росте напряжения произойдёт обратное – увеличится напряжение на рабочей обмотке электромагнита, что приведёт к большему растяжению угольного столба и росту его сопротивления, уменьшению тока возбуждения, уменьшению магнитного потока Ф обмотки возбуждения, уменьшению ЭДС и напряжения.
Для обеспечения возможности дистанционной регулировки напряжения генератора в пределах ± (1,5÷2) В в схему регулятора напряжения введено выносное (настроечное) сопротивление Rнастр. (ВС-25Б или ВС-25ТВ), которое на большинстве самолётов и вертолётов располагается в кабине экипажа. (Например на Ту-134А – в кабине штурмана). При повороте его ручки по часовой стрелке величина сопротивления ВС-25 увеличивается. Ввиду того, что оно включено последовательно с рабочей обмоткой электромагнита, ток в обмотке уменьшается, уменьшается растягивающее усилие электромагнита, увеличивается сжатие угольного столба, что приводит к уменьшению его сопротивления, к увеличению тока возбуждения и увеличению Е и напряжения.
При повороте ручки ВС-25 против часовой стрелки происходит обратное – Е и напряжение генератора уменьшаются.
Основной неисправностью угольного регулятора напряжения является спекание угольного столба вследствие перегрева, так как при работе генератора постоянного тока на угольном столбе выделяется мощность до 150 Вт. В связи с этим корпус регулятора напряжения имеет рёбра охлаждения, как на поршневых двигателях воздушного охлаждения. Регуляторы напряжения обычно помещают в местах, которые хорошо продуваются забортным воздухом (например на Ан-12, Ан-24, Ан-26 – в зализах центроплана, на Ил-18 – в специальном, хорошо продуваемом отсеке, на Ан-2 – в хорошо продуваемом желобе). На Ту-134, чтобы не ухудшать аэродинамику дополнительными устройствами, обдув регуляторов осуществляют два электрических вентилятора, расположенных в том же отсеке, что и регуляторы напряжения. Вентиляторы включаются в работу при включении любого генератора.
При выполнении требований хорошего охлаждения угольный регулятор является надёжным и безотказным устройством.