Разработка и составление функциональной схемы су
1) Осуществить обзор технических средств для СУ (датчики, задающие и сравнивающие органы, усилители, исполнительные органы). Определить требования к элементам системы.
В соответствии с методической последовательностью выбора технических средств для СУ, обзор её элементов начнем с датчика (воспринимающего органа) и завершим исполнительным устройством (органом).
Датчик. Исходя из принципа работы замкнутых систем управления, необходимо контролировать напряжение на зажимах генератора для того, чтобы с его помощью по цепи обратной связи воздействовать на обмотку возбуждения генератора. Для рассматриваемого объекта управления выходная величина представляет собой переменный электрический сигнал. Поэтому задача контроля напряжения генератора может быть решена сравнительно несложно посредством выпрямления с помощью схемы Ларионова (наиболее подходящей для рассматриваемого случая) с целью простоты его сравнения с задающим сигналом. Целесообразность преобразования переменного сигнала в постоянном в данном случае продиктована тем, что при сравнении синусоидальных сигналов необходимо их согласование по фазе, которое требует существенного усложнения схемы сравнения.
Решая задачу контроля напряжения генератора, следует учитывать, что большинство синхронных генераторов являются высоковольтными электрическими машинами. В связи с этим, с точки зрения безопасности, необходима гальваническая развязка высоковольтных цепей генератора с низковольтной цепью СУ. Такая развязка может быть обеспечена с помощью понижающего трансформатора. Таким образом, применительно к высоковольтному генератору принципиальная схема контроля напряжения генератора (управляемой величины) в нашей схеме представлена в виде, показанном на рис. V.
На рисунке VI показана функциональная схема, в которой понижающий трансформатор представлен как воспринимающий орган (ВО), а схема Ларионова - в виде преобразующего органа (ПО). На основе данной схемы при расчете СУ можно наглядно определить передаточные коэффициенты отдельно трансформатора и схемы Ларионова.
Задающий и сравнивающий органы. Для рассматриваемой СУ целесообразно использовать гальваническую схему сравнения сигналов. В таком случае её можно представить в виде, изображённом на рис. VII (а - принципиальная схема; б - функциональная схема).
Усилитель. Объект управления - генератор - относится к объектам, с выхода которых можно снимать практически сколь угодно большие по мощности сигналы и без их усиления формировать управляющее воздействие. Однако при этом необходимо иметь достаточно мощные задающие устройства, практическая реализация которых осложнена требованиями высокой стабильности их параметров. Поэтому в СУ в большинстве случаев задающие и сравнивающие устройства и схемы выполняют маломощными. В связи с этим их выходные сигналы (сигналы рассогласования) необходимо усиливать как по уровню, так и по мощности. Следовательно, для усиления сигнала рассогласования необходимы усилители напряжения (по уровню) и мощности. В качестве усилителя напряжения для данной системы управления можно использовать операционный усилитель, а для усиления его выходного сигнала по мощности - тиристорный однофазный усилитель. В таком случае схема усиления как усилительный орган СУ представляется в следующем виде:
а - упрощенная принципиальная схема; б - функциональная схема в виде двух усилительных органов (УО1 - операционный усилитель, УО2 - тиристорный усилитель); в - функциональная схема в виде одного усилительного органа (УО - операционный и тиристорный усилители).
Исполнительный орган. Как говорилось выше, для управления напряжением мощных высоковольтных генераторов посредством обмотки возбуждения необходима сравнительно большая мощность. Поэтому для таких генераторов для получения управляющего воздействия (напряжения возбуждения U ) нередко используют дополнительный генератор постоянного тока, который также вращается приводной машиной синхронного генератора. В связи с этим в качестве регулирующего органа примем генератор постоянного тока с независимым возбуждением G .
На рис. IX, а - принципиальная схема исполнительного органа (генератора G ), б - функциональная схема.
В результате, если собрать все принципиальные схемы элементов в одну, мы получим одну схему, которая изображена на рис. I.