Электрический регулятор*

— Регулятором вообще называется такое приспособление или аппарат, посредством которого можно данную переменную величину либо приводить всегда к одному и тому же значению, либо давать ей ряд определенных значений. Регулятор, приводимый в действие Э. током или служащий для регулирования Э. величин, называется электрическим регулятором. Из Э. величин больше всего на практике приходится регулировать силу тока и напряжение (разность потенциалов). Мы разделим Э. регуляторы на две главных категории: 1) регуляторы электрического тока и напряжения, 2) регуляторы, приводимые в действие электрическим током, но служащие для управления изменений величин неэлектрических, как скорость, температура, количество притекаемой воды и т. п. Регуляторы первой категории могут быть: а) ручные, т. е. приводятся в действие от руки, б) автоматические, т. е. приводятся в действие специальным механизмом, действие которого обусловливается данными изменениями тока или напряжения. Регуляторы 2-й категории большею частью автоматические.

Регуляторы электрического тока и напряжения, Регулятором электрического тока служит реостат (см. Реостаты), включаемый в цепь, в которой хотят регулировать силу тока. Так, если напряжение (разность потенциалов) у зажимов данной цепи V, сопротивление этой цепи r, а сопротивление реостата R, то сила тока будет, по закону Ома, (см. Электродинамика):

i = V/(r + R).

Если сопротивление r цепи остается постоянным, то при изменении R, например при его увеличении, сила тока i будет уменьшаться, и наоборот, при уменьшении R i будет увеличиваться. Таким образом, изменяя сопротивление R реостата, мы можем получить желаемое значение для силы тока i. Если сопротивление цепи r почему-либо меняется, то, изменяя соответственно R, мы можем поддерживать силу тока все время постоянной. Так, если r увеличивается, то, уменьшая R, мы приведем силу тока i до требуемого значения; точно так же, если r уменьшается, то, увеличивая R, мы опять доведем силу тока до желаемой величины и т. д. Для последовательного изменения силы тока применяют реостаты с подвижными контактами. На фиг. 1 представлен реостат, составленный из ряда сопротивлений R1, R2, R3...., концы которых присоединены к пластинкам а, b, с, d...., по которым может скользить рычаг h; если включить в цепь реостат, как это показано, то при перемещении рычага вправо сопротивление, вводимое в цепь, будет увеличиваться, при перемещении же влево — уменьшаться.

Однако при посредстве подобных реостатов сопротивления вводятся не плавно, а скачками; так, при положении рычага h на контакте b введено сопротивление R1, а при переходе этого рычага на контакт с сразу вводится сопротивление R1 + R2 и т. д. Таким образом, регулировка силы тока будет производиться скачкам. Вполнe плавную регулировку можно производить при посредстве жидких реостатов. Приведем теперь пример автоматической регулировки силы тока. Представим себе (фиг. 2) катушку В (соленоид), внутри которой вставлен железный стержень А 1, поддерживающий с одной стороны планку аb с металлическими стержнями 1, 2, 3..., между которыми включены сопротивления R1, R2, r3, ..., а с другой стороны уравновешиваемый грузом Р.

Под стержнями 1, 2, 3... расположен сосуд Н со ртутью. Конец d обмотки соленоида присоединяется к последнему стержню (на фиг. 2 стержень 6), конец же с присоединяется к одному из полюсов данного источника тока, другой полюс которого соединен со стержнем 1. Если сила тока чрезмерно мала, то стержень А с планкой аb перевешивает груз P и опускается вниз, несколько стержней погружаются тогда в ртуть, сопротивления R1 R2 ..., включенные между этими стержнями, замыкаются на короткое ртутью сосуда Н, т. е. ток, пройдя по стержню 6, идет, минуя упомянутые выше сопротивления, прямо через ртуть до последнего погруженного в эту жидкость стержня, откуда уже проходит через остальные сопротивления к первому стержню, а следовательно, и ко 2-му полюсу источника. Словом, при погружении стержней выключаются как бы соответствующие сопротивления, и чем больше будет стержней погружено в ртуть, тем меньше будет включено сопротивлений в цепь. Таким образом, при уменьшении силы тока вследствие опускания стержня А сопротивление в цепи уменьшается, благодаря чему сила тока увеличивается; когда эта последняя достигнет такой величины, что втягивающая сила соленоида уравновесит вместе с грузом P стержень 4, этот последний перестанет опускаться и сила тока останется постоянной; если же сила тока станет больше требуемой, то груз P вместе с развивающимся втягивающим усилием соленоида поднимет стержень А, вследствие чего из ртути будет выведено несколько стержней, благодаря чему соответственно введутся сопротивления, включенные между этими стержнями, а следовательно, сила тока в цепи уменьшится, и, когда она станет такой, что развиваемое соленоидом втягивающее усилие вместе с грузом P уравновесит стержень А, этот последний останется неподвижным, а сила тока в цепи приобретет определенное значение. Ясно, что, регулируя груз P, можно добиться того, чтобы стержень А оставался неподвижным, т. е. уравновешивался при данной силе тока. Примером регулятора напряжения может служить реостат, включаемый в шунтовую обмотку динамо-машины, посредством которого регулируется возбуждение электромагнитов, а следовательно, и напряжение у щеток машины (см. Динамо-машины). Таким же регулятором является элементный коммутатор в батарее аккумуляторов (см. Э. аккумуляторы). Регуляторы напряжения могут быть также автоматическими. На фиг. 3 приведена схема одного из автоматических регуляторов напряжения.

Представим себе, что между зажимами АА', у которых требуется поддерживать постоянное напряжение, включен электромагнит R, якорь которого h может перемещаться между контактными винтами t и t' и оттягивается пружиной S. Контакты t и t' соединены с зажимами А и А', а рычаг h — со щетками рр' электродвигателя М с двойным якорем, вторые щетки которого q и q' соединены с зажимами А и A', между которыми включена также обмотка электромагнитов двигателя. Якорь этого последнего снабжен длинной осью с бесконечным винтом V, сцепляющимся с зубчатым колесом K, на оси которого насажен рычаг H, перемещающийся по пластинкам либо регулирующего реостата, либо элементного коммутатора. Если напряжение между А и А' равно требуемому, то притяжение якоря электромагнитом R уравновешивается пружиной S, вследствие чего рычаг h занимает среднее положение между контактами t и t', якорь электродвигателя М не будет включен в цепь и, следовательно, не будет вращаться, а потому рычаг Н останется в покое. Если же напряжение у зажимов АА' станет больше требуемого, через электромагнит R пройдет более сильный ток, вследствие чего рычаг h притянется к контакту t' и ток от зажима А' пойдет через t', рычаг h, щетку p в правую обмотку якоря электродвигателя, оттуда выйдет через щетку q' и направится ко второму зажиму А'; вследствие этого якорь двигателя начнет вращаться и при посредстве бесконечного винта V и колесика K повернет рычаг Н регулировочного приспособления по направлению, при котором либо (в случае реостата) включится некоторое сопротивление, уменьшающее напряжение у АА' (например, включится сопротивление в шунтовую обмотку динамо-машины, подающей энергию к АА'), либо выключится несколько элементов аккумуляторов (в случае элементного коммутатора); рычаг Н будет перемещаться до тех пор, пока напряжение у AA' не станет равным нормальному; тогда вследствие уменьшения силы тока в электромагните R пружина S оттянет рычаг h на среднее положение и якорь электродвигателя М выключится из цепи, вследствие чего двигатель остановится, а с ним и рычаг H. Если напряжение у зажимов АА' станет меньше нормального, то через R пройдет более слабый ток, пружина S, преодолевая действие электромагнита R, оттянет рычаг h к винту t, тогда замкнется левая обмотка якоря электродвигателя М через щетки p и q, вследствие чего двигатель будет вращаться в противоположную, чем выше, сторону, а с ним и рычаг H, благодаря чему произойдет регулировка напряжения у АА' в обратном предыдущему порядке, т. е. напряжение начнет увеличиваться, и когда оно достигнет требуемого значения, то притяжение электромагнита R, уравновешивая действие пружины S, вызовет установку рычага h посередине; после этого двигатель снова будет выключен из цепи, и рычаг Н останется неподвижным. Кроме описанного способа регулировки напряжения, существует еще целый ряд других, основанных, например, на действии соленоидов, на разности действий двух обмоток одного и того же электромагнита (дифференциальных обмоток) и т. п. Однако в настоящее время весьма редко прибегают к автоматической регулировке напряжения. Примером Э. регуляторов могут служить регуляторы для дуговых ламп (см. Электрическое освещение).

Из других регуляторов приведем, как пример, регулятор скорости Marcel Deprez. Он состоит из упругой металлической пластинки НС (фиг. 4), укрепленной одним своим концом на оси АF, вращаемой двигателем, скорость которого хотят регулировать; другой конец этой пластинки снабжен металлической массой C с винтом D, нажимающим на муфту В.

При посредстве этого винта можно дать любое натяжение пластинке НС, т. е. увеличить или уменьшить давление винта D на муфту В. Вследствие вращения оси AF массой С развивается центробежная сила, которая будет уменьшать давление винта на муфту В, и это давление будет равно нулю при определенной скорости вращения оси AF, тогда винт D не будет более касаться муфты В. Следовательно, если ось АН приводится в движение электродвигателем, скорость которого хотят регулировать, и если ток в этот последней проходит через муфту А, пластинку НС, винт D и муфту В, то при чрезмерно большой скорости двигателя ток в этом последнем будет прерван, электродвигатель замедлит свой ход до тех пор, пока винт D опять не нажмет на муфту В, и т. д. Немало было предложено также Э. регуляторов скорости паровых машин, работающих в связи с динамо-машинами: в этих регуляторах Э. ток через посредство электромагнитов или соленоидов производит передвижение заслонки, регулирующей впуск пара; когда скорость чрезмерно большая, заслонка под действием электромагнита или соленоида уменьшает впускное отверстие; когда же скорость понижается, то действием пружин заслонка, отодвигаясь, увеличивает отверстие для впуска пара. Надо, однако, заметить, что Э. регуляторы для скорости паровых машин не получили широкого применения и им предпочитают механические регуляторы, как более прочные и более надежные, хотя, быть может, менее чувствительные.

П. Войнаровский.