3. Автоматический регулятор прямого действия.

Рассмотрим вначале принцип действия самого простого регулятора прямого действия, то есть регулятора без усилителя.

В конструкции такого регулятора рычаг (Р), приводимый в движение от муфты центробежного механизма (М), присоединен непосредственно к рейке топливных насосов (РТН), усилитель отсутствует. Рассмотрим работу регулятора в режиме холостого хода дизеля.

Рис.2.2. Автоматический регулятор частоты вращения прямого действия.

Обозначения: РТН - рейка топливных насосов, Ред - редуктор, ЦМ - центробежный механизм, п - подшипник, гцм - грузы центробежного механизма, М- муфта, Пр - пружина, Д - демпфер, Пд - поршень демпфера, Ик- игла катаракта, Р - рычаг, СД – серводвигатель, МИУ - механизм изменения уставки, оп – опора пружины, ч - червяк, Б - положение контактов в сторону увеличения уставки регулятора, М - положение контактов в сторону «меньше».

При частоте вращения холостого хода положение опоры пружины Пр устанавливается такое, при котором сила сопротивления ее точно уравновешивается центробежной силой вращающихся грузов центробежного механизма. В этом положении рейка топливных насосов устанавливается так, чтобы величина подачи топлива соответствовала потерям холостого хода дизеля. Вся система находится в уравновешенном состоянии. Корректирующее звено гибкой обратной связи, масляный демпфер Д, обеспечивает устойчивость системы.

Включим нагрузку синхронного генератора. Ток статора, взаимодействуя с магнитным потоком возбуждения, создает электромагнитный момент, тормозящий машину. Под действием этого момента сопротивления частота вращения начинает уменьшаться. В результате центробежная сила становится меньше силы пружины. Муфта М смещается, приводя в движение рычаг Р.

Перемещение правого конца рычага преобразуется в движение рейки топливных насосов в сторону увеличения подачи топлива. Увеличение подачи топлива происходит до тех пор, пока центробежная сила грузов не уравновесит силу упругости пружины. Естественно, что равновесие будет достигнуто только в новом положении рейки, в котором сила упругости будет меньше. Если активная нагрузка генератора возрастет еще более, муфта М сместится еще больше. Подача топлива возрастет, но и установившееся значение частоты будет еще меньше.

Измеряя в установившемся режиме нагрузку и частоту и нанося эти величины на график в осях "частота - активный ток", получим статическую характеристику системы регулирования частоты вращения дизеля.

Как видно из рисунка, по мере роста активной нагрузки регулятор увеличивает подачу топлива (mp). Частота при этом снижается. В режиме номинальной нагрузки (Ian) отклонение частоты dω определяет статизм системы регулирования.

Следует обратить внимание на то, что статическая система не может не иметь статизма. В данной системе отклонение частоты необходимо иметь, чтобы равновесие сил, действующих на муфту центробежного механизма, имело место при новом положении рейки топливных насосов для каждой новой активной нагрузки.

Нарушить это условие можно только при такой конструкции регулятора, при которой гидравлический усилитель регулятора не имел бы жесткой обратной связи, т.е. был бы интегратором. В таком случае система регулирования стала бы астатической. При отклонении частоты такая система передвигала бы рейку топливных насосов независимо от положения муфты ЦМ. Равновесие устанавливалось бы всегда при одном и том же значении частоты дизель-генератора.

Звенья регулятора.

Для использования аппарата теории автоматического регулирования любая система автоматического регулирования представляется в виде структурной схемы, состоящей из звеньев, выполняющих определенные функции. Рассмотрим звенья регулятора данной системы.

Измерительный орган.

Измерительным органом в данной системе является центробежный механизм. Основная функция центробежного механизма - преобразование частоты вращения вала в поступательное перемещение муфты механизма.

Усилитель.

Перемещение муфты центробежного механизма передается на рейку топливных насосов с помощью рычага. Нетрудно заметить, что соотношение перемещений рейки и муфты зависит от положения опоры рычага. Чем ближе опора к муфте, тем больше это отношение и, следовательно, больше коэффициент усиления такого рычажного усилителя.

Демпфер, осуществляющий гибкую обратную связь в регуляторе, устроен в виде цилиндра, заполненного маслом. Верхняя часть цилиндра соединена с нижней перепускной трубкой. При движении поршня масло под его воздействием переходит из одной полости в другую. Чем больше скорость движения рычага при изменении частоты вращения дизеля, тем большее сопротивление оказывает поршень движению рычага, тем сильнее действие гибкой обратной связи. Сопротивление перепуска масла из полости в полость регулируется игольчатым клапаном, называемым катарактом.

Таким образом, чтобы увеличить эффективность демпфера, следует закрутить иглу катаракта, и наоборот. Конечно, надо иметь в виду, что при излишнем сопротивлении ходу поршня демпфера ухудшаются динамические качества регулятора.

Серводвигатель. Статическая характеристика дизель-генератора, имеет определенное положение в своих осях "частота-мощность" только при определенной настройке регулятора, соответствующей заданной уставке.

В данной ситуации после запуска дизеля была установлена такая уставка, при которой на холостом ходу частота вращения равна 50,75 Гц. При полной нагрузке агрегата статизм в 3% обусловит падение частоты на 3% относительно частоты холостого хода, т.е. до 49,25 Гц. При нагрузке в 50% номинальной частота будет равна ровно 50 Гц. Очевидно, что если изменить начальное положение опоры пружины ЦМ, то можно получить другое положение статической характеристики системы в осях "частота -мощность", т.е. получить другую настройку системы, другую уставку регулятора.

Производится изменение уставки с помощью серводвигателя. Подав питание на серводвигатель в течение нескольких секунд, изменяем уставку регулятора "вверх" или "вниз", в зависимости от выбранного направления вращения серводвигателя. В результате статическая характеристика смещается параллельно самой себе вверх или вниз.

Технически изменение уставки регулятора производится оператором электростанции путем нажатия кнопок, установленных на пульте управления электростанцией. Одна кнопка, обозначаемая буквой "Б", повышает уставку, другая, обозначаемая "М", — снижает ее.