Предлагаемое изобретение предназначается для регулирования напряжения электрических генераторов как постоянного, так и переменного тока и имеет целью получить регулятор, в котором отсутствовала бы механическая инерция (нет движущегося контакта), уменьшающая быстроту процесса регулирования. Действие регулятора основано на свойстве увеличения сопротивления электрических проводников под влиянием магнитного поля. Явление это особенно сильно проявляется в висмуте и графите. Принцип действия, основанного на этом явлении регулятора напряжения, заключается в том, что сопротивление шунтовой цепи возбудителя ставится в зависимость от напряжения магнитного поля, которое создается в железном сердечнике током от зажимов регулируемого генератора.
На фиг. 1 чертежа изображена схема регулирования напряжения генератора постоянного тока, на фиг. 2 - то же, для переменного тока, на фиг. 3 - схема перекомпаундирования генератора постоянного тока, на фиг. 4 и 5 - схемы регулирования генераторов переменного тока, для которых применяется трансформатор.
Изображенная на фиг. 1 схема регулирования напряжения генератора постоянного тока, имеющего отдельный возбудитель, может быть применена и в случае регулирования самовозбуждающихся машин. Обозначения этой схемы: D - генератор постоянного тока, напряжение которого имеется в виду регулировать; WD - его обмотка возбуждения, питаемая током от отдельного возбудителя Е. В шунтовую цепь возбудителя введено сопротивление R из висмута или графита. Сопротивление это находится в междужелезном пространстве сердечника электромагнита S, намагничивающая обмотка которого питается током от зажимов генератора D. При нормальном напряжении генератора D ток в обмотке электромагнита S имеет такую ветчину (что достигается реостатом NR), что создаваемое им в сердечнике магнитное поле обусловливает такое значение сопротивления R, следовательно, и тока в шунтовой цепи возбудителя которое соответствует нормальному напряжению. Если по какой-нибудь причине, напр., при изменении нагрузки, напряжение на зажимах генератора изменится, например, понизится, то соответственно этому понижению уменьшится ток в обмотке сердечника и напряжение создаваемого им магнитного поля, что вызовет уменьшение сопротивления R. Вследствие этого произойдет увеличение тока в шунтовой цепи возбудителя и напряжение на его зажимах, а увеличение тока в обмотке WD вновь поднимет напряжение генератора D. При повышении напряжения генератора D процесс произойдет в обратном направлении.
Та же схема может быть применена и для регулирования напряжения генераторов переменного тока (фиг. 2). В этом случае ток, питающий обмотку сердечника электромагнита S, берется от двухфазных проводов альтернатора А (в случае доступности нулевой точки обмотка может быть включена на напряжение между нулевым и одним из фазных проводов), а именно, в случае генераторов высокого напряжения, через трансформатор напряжения, как показано на фиг. 2. В этом случае магнитное поле в сердечнике и величина зависящего от него сопротивления R будут испытывать периодические колебания в виду намагничивания переменным током, но в токе шунтовой цепи возбудителя, а тем более в токе возбуждающей обмотки альтернатора WD эти колебания будут значительно ослаблены в виду большой самоиндукции магнитной системы возбудителя и возбуждающей обмотки WA; тогда величина тока в этих цепях будет соответствовать некоторой средней величине сопротивления R. При изменении напряжения на зажимах альтернатора соответственно меняется амплитуда магнитного поля в сердечнике S и амплитуда колебаний сопротивления R, т.-е. среднее значение этого сопротивления и, подобно первому случаю, напряжение альтернатора А будет доведено до нормального.
Как в первой, так и во второй схеме степень регулирования может быть устанавливаема реостатами NE и NR: при помощи первого можно изменять отношение регулирующего сопротивления R к общему сопротивлению шунтовой цепи возбудителя; при помощи второго можно менять величину намагничивания сердечника, соответствующую нормальному напряжению генератора.
Видоизменением указаных схем можно перекомпаундировать генератор, т.-е. повысить напряжение на зажимах при увеличении нагрузки; надобность в таком перекомпаундировании может встретиться в том случае, если желательно поддерживать постоянное напряжение не на зажимах генератора, а в отдельных местах потребления энергии. Для осуществления этой задачи необходимо, во-первых, величину сопротивления R в шунтовой цени возбудителя поставить в зависимость не от напряжения, а от силы тока генератора, и, во-вторых, в противоположность прежним схемам, изменить действие сердечника магнита S в том смысле, чтобы увеличение циркулирующего в его обмотке тока вызывало бы уменьшение регулирующего сопротивления R. На фиг. 3 изображена схема перекомпаундирования генератора постоянного тока D; первое из указанных условий достигается путем питания обмотки сердечника магнита S от зажимов сопротивления Р, включенного в один из внешних проводов генератора; второе - путем предварительной поляризации сердечника магнита S при помощи дополнительной обмотки, питаемой постоянным током (для этой цели лучше пользоваться независимым источником постоянного тока В, напр., аккумуляторной батареей, как показано на чертеже), при чем направления магнитных потоков, создаваемых обеими обмотками сердечника магнита S - противоположны. При холостой работе генератора напряжение магнитного поля в сердечнике и величина сопротивления R имеют максимальную величину, чему соответствует минимальное напряжение генератора D. При возрастании тока, отдаваемого генератором в линию, соответственно повышается напряжение на зажимах сопротивления Р; вследствие этого усиливается размагничивающее действие главной обмотки сердечника, питаемой этим напряжением, т.-е. уменьшается напряжение магнитного поля в сердечнике и зависящая от него величина сопротивления R; повышение тока возбуждения влечет возрастание напряжения на зажимах генератора, что и является целью перекомпаундирования.
В случае генераторов переменного тока, для которых питание главной обмотки сердечника S удобнее осуществляется при помощи включенного в один из линейных проводов трансформатора тока (фиг. 4), начальная поляризация сердечника должна быть доведена до колена насыщения его магнитной характеристики (регулирование начальной поляризации сердечника как в случае фиг. 3, так и фиг. 4, производится при помощи реостата RB). Действительно, если бы это намагничивание соответствовало бы точке, лежащей на прямой части магнитной характеристики сердечника, то добавочное намагничивание главной обмотки во время одного полупериода циркулирующего в ней переменного тока в точности равнялось бы размагничиванию во время следующего полупериода, и величина среднего значения напряжения магнитного поля в сердечнике, обусловливающая величину тока возбуждения, равнялась бы начальному намагничиванию. Как бы ни изменялась амплитуда тока в главной обмотке, среднее значение магнитного поля остается неизменным, поскольку оба полупериода тока в этой обмотке производят одинаковые по силе, но противоположные по знаку, магнитные действия. Выходом из этого положения может служить создание ассеметрии в действиях намагничивающего тока, что достигается предварительным насыщением сердечника. Процесс, происходящий в этом случае, изображен на фиг. 5: если начальная индукция B0, создаваемая поляризующими ампер-витками niP, соответствует точке С магнитной характеристики сердечника, то обе полуволны тока в обмотке, питаемой переменным током, произведут различные изменения индукции: в то время, как одна полуволна произведет значительное размагничивание до величины В1, другая лишь немного повысит индукцию до величины В2; среднее значение индукции имеет величину В3, указанную в правой половине чертежа. Если ток в главной обмотке увеличится (напр., на чертеже на 50%), то новое верхнее значение индукции В′2 будет незначительно отличаться от В2, вследствие насыщенности цепи, нижнее же новое значение индукции B′1 уменьшится по сравнению с В1 почти пропорционально увеличению амплитуды тока; новое среднее значение индукции В′3 окажется меньше прежнего B3 что влечет уменьшение среднего значения регулирующего сопротивления R, усиление тока в шунтовой цепи возбудителя и повышение напряжения на зажимах альтернатора, т.-е. перекомпаундирование последнего.)
Во всех изложенных случаях включенное в шунтовую цепь возбудителя регулирующее сопротивление R вызывает, естественно, некоторую потерю энергии. Для уменьшения этой потери желательно применение висмута или. графита; кроме того, величину эффекта можно повысить за счет усложнения прибора путем помещения регулирующего сопротивления R в ванну, наполненную какой-либо охлаждающей средой, так как величина приращения сопротивления под влиянием магнитного поля при низких температурах имеет во много раз большую величину, чем при нормальных условиях.
1. Регулятор напряжения электрических генераторов постоянного и переменного тока, характеризующийся тем, что он состоит из электромагнита S, возбуждаемого током, пропорциональным регулируемому напряжению, генератора D, и помещенного в воздушной щели электромагнита висмутового или графитового сопротивления R, включенного в цепь возбуждения возбудителя Е генератора D и назначенного действовать, вследствие изменения своего сопротивления под влиянием переменной силы магнитного поля электромагнита при колебании напряжения генератора, на силу тока возбуждения возбудителя (фиг. 1 и 2).
2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 регулятора, отличающееся тем, что электромагнит S снабжен двумя дифференциальными обмотками, из которых одна питается током от постороннего источника тока В и создает начальную поляризацию электромагнита S, а другая - током, пропорциональным току генератора D, с той целью, чтобы при повышении силы тока генератора ослаблялось поле электромагнита, а следовательно, уменьшалось висмутовое или графитовое сопротивление R и увеличивалось напряжение генератора.
