Problém regulace napětí ve střídavém systému se v zásadě neliší od problému ve stejnosměrném systému. V každém případě je funkcí regulačního systému řídit napětí, udržovat rovnováhu cirkulujícího proudu v celém systému a eliminovat náhlé změny napětí (antihunting), když je na systém aplikována zátěž. Mezi regulačním systémem stejnosměrných generátorů a alternátorů provozovaných v paralelní konfiguraci je však jeden důležitý rozdíl. Zátěž nesená kterýmkoli konkrétním stejnosměrným generátorem v systému se dvěma nebo čtyřmi generátory závisí na jeho napětí ve srovnání s napětím sběrnice, zatímco rozdělení zátěže mezi alternátory závisí na nastavení jejich regulátorů otáček, které jsou řízeny frekvencí a pokleslé obvody.
Když jsou generátory střídavého proudu provozovány paralelně, frekvence a napětí musí být stejné. Tam, kde je vyžadována synchronizační síla k vyrovnání pouze napětí mezi stejnosměrnými generátory, jsou vyžadovány synchronizační síly k vyrovnání napětí i rychlosti (frekvence) mezi střídavými generátory. Na srovnání jsou synchronizační síly pro střídavé generátory mnohem větší než pro stejnosměrné generátory. Pokud jsou generátory střídavého proudu dostatečné velikosti a pracují při nestejných frekvencích a svorkových napětích, může dojít k vážnému poškození, pokud jsou náhle vzájemně propojeny prostřednictvím společné sběrnice. Aby se tomu zabránilo, musí být generátory před spojením co nejpřesněji synchronizovány.
Výstupní napětí alternátoru se nejlépe řídí regulací napěťového výstupu stejnosměrného budiče, který dodává proud do pole rotoru alternátoru. Toho je dosaženo, jak je znázorněno na obrázku 9-41, pomocí uhlíkového pilotního regulátoru 28voltového systému zapojeného do budícího obvodu budiče. Uhlíkový regulátor řídí budicí proud budiče a tím reguluje výstupní napětí budiče aplikované na pole alternátoru.
Jediný rozdíl mezi stejnosměrným systémem a střídavým systémem je v tom, že napěťová cívka přijímá své napětí z vedení alternátoru namísto stejnosměrného generátoru. V tomto uspořádání dodává třífázový, snižovací transformátor připojený k napětí alternátoru energii do třífázového celovlnného usměrňovače. Výstup 28 V stejnosměrného proudu z usměrňovače je poté přiveden na napěťovou cívku regulátoru uhlíkového vlasce. Změny napětí alternátoru se přenášejí přes jednotku transformátorového usměrňovače do napěťové cívky regulátoru a mění tlak na uhlíkové kotouče. Tím se řídí budicí proud budiče a výstupní napětí budiče. Napěťový antihunting nebo tlumící transformátor budiče je podobný těm ve stejnosměrných systémech a plní stejnou funkci.
Vyrovnávací obvod alternátoru je podobný obvodu stejnosměrného systému v tom, že regulátor je ovlivněn, když se cirkulační proud dodávaný jedním alternátorem liší od proudu dodávaného ostatními.
Alternátorové tranzistorové regulátory
Mnoho systémů leteckých alternátorů používá k řízení výstupu alternátoru tranzistorový regulátor napětí. Před prostudováním této části může být užitečný přehled principů tranzistorů.
Tranzistorový regulátor napětí sestává hlavně z tranzistorů, diod, rezistorů, kondenzátorů a obvykle termistoru. Při provozu proud protéká cestou diody a tranzistoru do pole generátoru. Když je dosaženo správné úrovně napětí, regulační prvky způsobí, že tranzistor přeruší vedení, aby se řídila síla pole alternátoru. Pracovní rozsah regulátoru je obvykle nastavitelný v úzkém rozsahu. Termistor zajišťuje teplotní kompenzaci pro obvod. Tranzistorový regulátor napětí zobrazený na obrázku 9-42 bude popsán při vysvětlování činnosti tohoto typu regulátoru.
Střídavý výstup generátoru je přiveden do regulátoru napětí, kde je porovnán s referenčním napětím a rozdíl je přiveden do sekce řídicího zesilovače regulátoru. Pokud je výstup příliš nízký, intenzita pole generátoru střídavého budiče se zvýší obvody v regulátoru. Pokud je výstup příliš vysoký, sníží se intenzita pole.
Napájecí zdroj pro můstkový obvod je CR1, který zajišťuje celovlnné usměrnění třífázového výstupu z transformátoru T1. Stejnosměrná výstupní napětí CR1 jsou úměrná středním fázovým napětím. Napájení je přiváděno ze záporného konce napájecího zdroje přes bod B, R2, bod C, zenerovu diodu (CR5), bod D a do paralelního zapojení V1 a R1. Místo odběru C můstku se nachází mezi rezistorem R2 a zenerovou diodou. V druhé větvi referenčního můstku jsou odpory R9, R7 a teplotně kompenzační rezistor RT1 zapojeny do série s V1 a R1 přes body B, A a D. Výstup této větve můstku je na rameni stěrače z R7.
Když nastanou změny napětí generátoru, například pokud se napětí sníží, zůstane napětí na R1 a V1 (jakmile V2 začne vést) konstantní. K celkové změně napětí dojde na můstkovém obvodu. Protože napětí na zenerově diodě zůstává konstantní (jakmile začne vést), celková změna napětí, ke které dochází v této větvi můstku, bude přes rezistor R2. Na druhé větvi můstku bude změna napětí na rezistorech úměrná jejich hodnotám odporu. Proto bude změna napětí na R2 větší než změna napětí na R9 k ramenu stěrače R7. Pokud výstupní napětí generátoru klesne, bod C bude záporný vzhledem k raménku stěrače R7. Naopak, pokud se výstupní napětí generátoru zvýší, polarita napětí mezi dvěma body se obrátí.
Výstup můstku mezi body C a A je zapojen mezi emitor a bázi tranzistoru Q1. Při nízkém výstupním napětí generátoru bude napětí z můstku záporné vůči emitoru a kladné vůči bázi. Toto je dopředný zkreslený signál k tranzistoru a proud emitoru ke kolektoru se proto zvýší. S rostoucím proudem se zvýší napětí na emitorovém rezistoru R11. To zase přivede kladný signál na bázi tranzistoru Q4, čímž se zvýší proud jeho emitoru na kolektor a zvýší se úbytek napětí na rezistoru emitoru R10.
To poskytne kladné předpětí základu Q2, což zvýší jeho emitor na kolektorový proud a zvýší pokles napětí na jeho emitorovém rezistoru R4. Tento kladný signál bude řídit výstupní tranzistor Q3. Kladný signál na bázi Q3 zvýší proud emitoru na kolektor.
Řídicí pole generátoru budiče je v obvodu kolektoru. Zvýšení výkonu generátoru budiče zvýší intenzitu pole střídavého generátoru, což zvýší výkon generátoru.
Aby se zabránilo buzení generátoru, když je frekvence na nízké hodnotě, je poblíž svorky F+ umístěn spínač podrychlení. Když generátor dosáhne vhodné provozní frekvence, spínač se sepne a umožní buzení generátoru.
Další zajímavostí je linka obsahující odpory R27, R28 a R29 v sérii s normálně sepnutými kontakty relé K1. Pracovní cívka tohoto relé se nachází v levé dolní části schématu. Relé K1 je připojeno přes napájecí zdroj (CR4) pro tranzistorový zesilovač. Když je generátor spuštěn, elektrická energie je dodávána ze sběrnice 28 V stejnosměrného proudu do pole generátoru budiče, aby se „vybuchlo pole“ pro počáteční buzení. Když je pole generátoru budiče nabuzeno, generátor střídavého proudu začne produkovat, a jak se nahromadí, relé K1 se aktivuje, čímž se otevře obvod «blesk pole».
Magnetický regulátor zesilovače
Kvůli nedostatku pohyblivých částí je tento typ regulátoru napětí označován jako regulátor statického napětí. Některé statické regulátory využívají elektronky nebo tranzistory jako zesilovače k dosažení potřebného vysokého energetického zisku, ale nejběžněji používaný statický regulátor využívá magnetický zesilovač.
Regulátor napětí magnetického zesilovače je poněkud těžší a větší než regulátor uhlíkového vlasu stejného výkonu. Vzhledem k absenci pohyblivých částí nevyžadují regulátory tohoto typu držáky proti nárazům nebo vibracím.
Tento regulátor se skládá z napěťového referenčního obvodu, dvoustupňového magnetického zesilovače a přidruženého výkonového transformátoru a usměrňovače. Referenční obvod se skládá z třífázového usměrňovače, potenciometru (P1) a můstkového obvodu tvořeného dvěma pevnými odpory a dvěma doutnavkami.
Tyto jednotky jsou zobrazeny na obrázku 9-43. Potenciometr P1 je nastaven tak, aby při jmenovitém napětí sběrnice byl mezi body A a B na můstkovém obvodu nulový potenciálový rozdíl. Pro jakékoli jiné vstupní napětí způsobuje pokles napětí na žhavicích trubicích mezi body A a B potenciál.
Je-li například nízké napětí generátoru, sníží se průtok proudu rameny můstku. Napětí na R4 bude menší než pevné napětí na V1; následně bude bod B na vyšším potenciálu než bod A. To dává chybový signál použitý jako vstup do prvního stupně mag amp (magnetického zesilovače). Pro vysoké vstupní napětí je polarita chybového signálu obrácená.
Druhou jednotkou v systému je magnetický zesilovač. Obvod pro první stupeň typického regulátoru napětí mag zesilovače je znázorněn na obrázku 9-44. Tato jednotka se skládá ze dvou tlumivek, transformátorů napájecího napětí a usměrňovačů a následujících vinutí: referenční, stejnosměrné předpětí, obvod tlumiče, obvod zátěže a obvod zpětné vazby. Stejnosměrné předpětí fixuje provozní úroveň reaktorů a nastavuje se potenciometry P5 a P6.
Potenciometr P6 reguluje velikost předpětí a P5 reguluje velikost předpětí na každém reaktoru, aby se překonaly nepatrné rozdíly mezi dvěma jádry a souvisejícími usměrňovači. Pokud je předpětí správně nastaveno a pokud existuje vstup signálu nulové chyby, napětí vyvinutá na R5 a R6 budou stejná a výstup bude nulový.
Obvod klapky je zapojen do obvodu a slouží jako stabilizační vinutí. Jeho zdrojem energie je tlumicí vinutí generátoru. Vinutí tlumiče generátoru je buzeno působením transformátoru měnícím se budicím proudem generátoru a je proto úměrné rychlosti změny buzení. Tento proud se používá jako zpětnovazební signál v prvním magnetickém zesilovacím stupni, protože jeho polarita je vždy proti vstupu chybového signálu.
Velikost zpětnovazebního proudu klapky se nastavuje potenciometrem P4. Jeho funkcí je stanovit dobu zotavení regulátoru a zajistit stabilní provoz. Potenciometr by měl být nastaven tak, aby poskytoval rychlou obnovu napětí během stabilního provozu za normálních podmínek zatížení.
Dále zpětnovazební vinutí přijímá napětí, které je úměrné výstupnímu napětí; to zajišťuje stabilitu během podmínek stálého zatížení. Pohled na obvod odhalí, že zátěžové vinutí přijímá energii ze svorek usměrňovače transformátoru T1 a T2. Proudový tok těmito vinutími a zatěžovacími odpory R5 a R6 je regulován stupněm magnetizace jader reaktoru, stanoveným průtokem proudu v různých řídicích vinutích.
obrázek 9-44 také ukazuje, že když vstupní signál není nulový, proudy přes R5 a R6 nebudou stejné. Nestejné proudy v těchto rezistorech poskytují potenciálový rozdíl, který je výstupním signálem pro tento stupeň, jehož polarita závisí na polaritě vstupu chybového signálu.
Byly diskutovány všechny jednotky v regulátoru kromě koncového stupně, který je označován jako druhý stupeň regulátoru. Jedná se o třífázový, celovlnný, magnetický zesilovač. Výstup prvního stupně, o kterém jsme právě hovořili, je přiveden do řídicího vinutí druhého stupně. Výstupem tohoto stupně je napětí pole regulátoru buzení generátoru. Velikost tohoto napětí je dána velikostí a polaritou vstupního signálu, předpětím, které je nastavitelné pomocí P7, a také zpětnovazebním proudem, který je úměrný výstupu.
Tento typ regulátoru má výraznou výhodu oproti jiným typům, protože bude fungovat při velmi malé změně napětí. Vzhledem k provozním charakteristikám tohoto typu regulátoru budou odchylky výstupního napětí v rozmezí 1 procenta.
Různé úpravy na jednotce, s výjimkou těch na P1, byly diskutovány. Úpravy na P1 se provádějí pouze na pracovním stole, když je regulátor kalibrován. Potenciometr P1 je umístěn ve středu přední strany regulátoru vedle zdířek voltmetru. Potenciometr může být nastaven, když je regulátor instalován na letadle, aby se nastavilo napětí sběrnice na požadovanou hodnotu. Regulátor napětí je rozdělen do tří hlavních částí: detektor chyb napětí, předzesilovač a výkonový zesilovač. Tyto tři jednotky spolupracují v uzavřeném obvodu s vinutím regulátoru budiče generátoru, aby udržovaly téměř konstantní napětí na výstupních svorkách generátoru.
Funkcí detektoru chyb je vzorkovat generované napětí, porovnávat jej s pevným standardem a odeslat chybu do předzesilovače. Detektor obsahuje třífázový usměrňovač, proměnný odpor pro nastavení napětí a můstek sestávající ze dvou napěťových referenčních trubic a dvou odporů. Pokud se při provozu napětí generátoru pohybuje nad nebo pod svou jmenovitou hodnotou, proud poteče buď jedním nebo druhým směrem, v závislosti na polaritě vyvinuté v můstkovém obvodu.
Předzesilovač přijímá chybový signál z detektoru chyb napětí. S použitím magnetických zesilovačů zvedne signál na dostatečnou úroveň, aby nahnal výkonový zesilovač na plný výkon, nutný pro správné buzení.
Výkonový zesilovač dodává signál do vinutí regulátoru budiče; jeho velikost závisí na signálu z předzesilovače. Tím se zvýší nebo sníží napětí vinutí regulátoru budiče, což zase zvýší nebo sníží výstupní napětí generátoru.
