Энергоузел системы электроснабжения переменного трехфазного

На более новых самолетах в качестве ППЧВ используется гидравлический привод (Рис.6.9). Причем, привод объединен с генератором в один блок с общей масляной полостью и совместной системой смазки и охлаждения. В генераторе масло является охлаждающим элементом, в приводе – рабочим. Такие системы называются интегральными.

Рис. 6.9 Схема работы гидравлического привода постоянных оборотов

Привод представляет собой гидравлическую пару, состоящую из гидронасоса (ГМ №2) и гидродвигателя (ГМ №1). Гидронасос подсоединен к валу авиадвигателя, гидродвигатель к ротору генератора. В зависимости от величины скорости вращения вала генератора, измеряемого центробежным тахометром (на рисунке не показан), изменяется угол наклона шайбы гидромашины №2. Изменение нагрузки на генераторе или изменение оборотов авиадвигателя вызывает изменение момента на выходном валу привода, что приводит к изменению производительности гидромашины №2, режиму работы привода и восстановлению требуемого значения скорости вращения выходного вала. Привод может работать или в режиме ускоряющей передачи, или в режиме понижающей передачи или в режиме прямой передачи, обеспечивая постоянную скорость вращения выходного вала привода.

К. п.д. гидравлических приводов достигают 85-90%, а удельная масса 0,8 кг/кВА.

Регулирование частоты трехфазного генератора

Регулирование частоты генератора осуществляется по двум каналам. Первый канал называется регулятором оборотов. Это грубый канал, в качестве измерительного органа в нем используется тахометр. Второй канал называется регулятором частоты. Это точный какал, в качестве измерительного органа в нем используется резонансный контур. Первый канал обеспечивает регулирование частоты с погрешностью ± 1÷5%, а второй, который работает совместно с первым, уменьшает погрешность до ± 0,25%. Если генераторы работает раздельно, то второй канал не устанавливается.

Регулятор оборотов.

Кинематическая схема регулятора оборотов представлена на рис. 6.10.

Рис.6.10 Кинематическая схема регулятора оборотов

Заслонка привода управляется сервопоршнем, который имеет два штока, один связан с заслонкой, другой с конусом. Левый и правый объем сервопоршня связан трубками с золотниковым устройством. В золотниковом устройстве в цилиндре находится золотник. Золотник имеет два штоха. Левый шарнирно связан с центробежным тахометром, а правым через упорный подшипник упирается в пружины. В центральную часть цилиндра золотникового устройства поступает под давлением жидкость, а с боковых трубок она отводится. Регулятор настроен так, что при номинальных оборотах генератора сила ценробежного тахометра, которая направлена вправо, уравновешивается силой сжатых пружин. Золотник при этом перекрывает отверстия в цилиндре сервопоршня, и он не двигается. Допустим, произошло увеличение оборотов генератора. Тогда центробежный тахометр сожмет пружины, и золотник сместится вправо. Область высокого давления жидкости соединится с правым объемом сервопоршня, а область низкою давления с левым объемом. Сервопоршень сместится влево и прикроет заслонку. Расход воздуха уменьшится, и прибавка Δ nг уменьшится, поэтому обороты генератора уменьшатся, а это приведет к уменьшению силы центробежного тахометра. Пружины сдвинут золотник влево, и он перекроет отверстия на номинальных оборотах и остановится. Конус, рычаг и центральная пружина предназначены для создания отрицательной обратной связи, которая служит для улучшения процесса регулирования на переходных режимах. Сила сжатия боковых пружин является опорной величиной, относительно которой настраиваются номинальные обороты. Асинхронный двигатель (Ас. дв.), редуктор (Ред.), конус и центральная пружина является конечным каскадом регулятора частоты.

Регулятор частоты

Блок-схема регулятора частоты представлена на рис. 6.11.

Рис. 6.11 Блок-схема регулятора частоты

Напряжение на регулятор частоты снимается с подвозбудителя генератора. Два резонансных контура, образованных дросселями L1, L2 и конденсаторами С1, С2 включены последовательно с обмотками управления магнитного усилителя (МУ). Токи резонансных контуров показаны на рис. 6.12.

Рис. 6.12 Токи резонансных контуров

На частоте 800 Гц они равны. Магнитный усилитель настроен так, что при частоте 800 Гц (что соответствует частоте генератора 400 Гц) напряжение на обмотке управления асинхронного двигателя (Wу) равно 0. Двухфазный асинхронный двигатель в этом случае будет стоять на месте. На обмотку питания асинхронного двигателя (Wп) подается переменное напряжение постоянной величины. При уходе частоты от 800 Гц на Wу появится напряжение и чем больше будет уход, тем это напряжение будет больше, и асинхронный двигатель будет вращаться быстрее. При переходе частоты через 800 Гц в обратную сторону напряжение на Wу меняет фазу на 180° и асинхронный двигатель будет вращаться в другую сторону. асинхронный двигатель через редуктор, конус, рычаг и центральную пружину будет воздействовать на золотник. Таким образом, на золотнике складываются воздействия двух регуляторов.

Регулирование напряжения трехфазного генератора

Регулирование напряжения генератора типа ГТ осуществляется с помощью блока БРН. Блок-схема БРН представлена на рис. 6.13

Рис. 6.13 Блок-схема блока регулирования напряжения БРН

Регулирование напряжения генератора осуществляется изменением тока в обмотке возбудителя с помощью трехфазного магнитного усилителя МУ2, который управляется промежуточным однофазным магнитным усилителем МУ1. На управляющую обмотку МУ1 подается напряжение управления с измерительного органа ИО, который служит для согласования входа МУ1 с выходом измерителя напряжения ИН. Напряжение для контроля на измеритель напряжения поступает через трехфазный трансформатор с генератора. Измеритель анализирует напряжения одновременно с трех фаз. В трехфазном генераторе недопустимо регулирование напряжения по одной фазе, т. к. будут возникать ошибки в процессе регулирования при несимметричной нагрузке, когда напряжения всех фаз будут различны. Измеритель напряжения бывает двух видов — фильтр прямой последовательности (на рисунке выделен пунктиром) и измеритель среднего напряжения ( на рисунке включен в схему). Фильтр прямой последовательности выделяет напряжение U1 пропорциональное прямой последовательности фаз в системе напряжений трехфазного тока. Так как потребители работают на прямой последовательности, то эта схема обеспечивает наиболее правильное регулирование. В схеме есть реактивный элемент С, который вносит ошибки в процесс регулирования при измерении частоты. Поэтому эта cхема применяется на самолетах, где частота поддерживается в пределах ± 0,25%. Вторая схема — это трехфазный двухполупериодный, мостовой выпрямитель (схема Ларионова). Он дает некоторую ошибку в процесе регулирования напряжения, но не реагирует на изменение частоты. Эта схема применяется на самолетах, где частота поддерживается в пределах 1÷5%

Защита системы электроснабжения переменного трехфазного тока

В системе электроснабжения переменного трехфазного тока предусмотрены следующие виды защит:

— от повышения и понижения напряжения и частоты,

— от коротких замыканий,

— от обрыва фаз и несимметрии фазных напряжений.

— от обратного чередования фаз

Защита от повышения и понижения напряжения и частоты

Защиту от повышения и понижения напряжения и частоты выполняет блок защиты и управления БЗУ. В основе схемы защиты используются измерительные схемы на полупроводниках и реле. Одна из типичных схем измерителя представлена на рис. 6.14.

Рис. 6.14 Схема измерителя напряжения в БЗУ

Это схема двухкаскадного усилителя. В БЗУ используются два блока измерителя напряжения БИН для защиты от повышения и понижения напряжения. Применение транзисторов разной проводимости позволяет получать одновременно открытое или закрытое состояние транзисторов. В цепь транзистора Т2 включено исполнительное реле Р. При срабатывании схемы на повышение напряжения она настроена так, что при нормальном напряжении оба транзистора закрыты. Если напряжение генератора повышается до величины срабатывания защиты, то оба транзистора открываются и срабатывает реле Р, которое своими контактами подает сигнал на отключение генератора. Напряжение срабатывания защиты задается пробоем стабилитрона СТ. Эта защита срабатывает с небольшой задержкой по времени (~ 0,4÷0,7 сек). Такая же схема может быть настроена так, что при нормальном напряжении транзисторы Т1 и Т2 открыты, стабилитрон также в открытом состоянии и реле Р включено. При понижении напряжения ниже допустимого стабилитрон и транзисторы закрываются, а реле Р отключает цепь подключения генератора. С учетом селективности защита по понижению напряжения срабатывает с задержкой по времени (~4÷6 сек).

Для защиты от повышения и понижения частоты используется аналогичная схема, настроенная на открытое состояние транзисторов и стабилитрона. Перед измерителем БИН включается резонансный L, C контур, настроенный в резонанс на номинальную частоту, поэтому напряжение на входе схемы больше в области резонанса. Схема защиты от понижения и повышения частоты показана на рис 6.15

Рис 6.15 Схема защиты от понижения и повышения частоты

При уходе частоты в большую или меньшую сторону напряжение на входе схемы уменьшается, что приводит к закрытию транзисторов Т1 и Т2, при этом реле выключается, а через его контакты идет сигнал на отключение генератора. В БЗУ частота отключаются с задержкой по времени (~ 6 сек).

В настоящее время разработаны и другие схемы защиты, в том числе с использованием интегральных схем.

Защита генератора и его фидера от коротких замыканий

Токи короткого замыкания генератора типа ГТ превышают номинальный в 3 — 4 раза, поэтому при КЗ генератор должен отключаться с минимальной задержкой. Для защиты используется дифференциальная продольная токовая защита. Она основана на измерении токов в начале и конце защищаемого участка сети. Схема защиты представлена на рис. 6.16.

Рис. 6.16 Схема дифференциальной токовой защиты

На схеме изображены рабочие обмотки генератора (РОГ) и блоки трансформаторов тока (БТТ1, БТТ2). Блок БТТ1 находится на генераторе, а БТТ2 в конце зоны защиты, в месте подключения генератора к бортсети. Каждый из блоков БТТ1 и БТТ2 состоит из трех трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены последовательно с силовыми проводами каждой фазы генератора. Таким образом, ток нагрузки каждой фазы генератора проходит через первичные обмотки двух трансформаторов Трансформаторы тока вырабатывают напряжение на вторичной обмотке пропорциональное току в первичной обмотке. Вторичные обмотки соответствующих трансформаторов включены встречно и через диоды подключены на реле Р. Если нет КЗ, то токи в соответствующих первичных обмотках равны и протекают в одном направлении, поэтому суммарное напряжение с вторичных обмоток, включенных встречно, равно нулю. При КЗ в зоне между первичными обмотками, в них будут протекать различные по направлению токи, т. к. ток, протекающий от генератора через трансформатор БТТ1 к месту КЗ будет направлен навстречу току, протекающему от бортсети через трансформатор БТТ2 к месту КЗ. Поэтому сумма напряжений вторичных обмоток прикладывается через диоды на реле Р. Реле Р, через БЗУ выдаст сигнал на контактор К для отключения генератора от бортсети и для отключения его возбуждения.

Защита системы электроснабжения от несимметрии
фазных напряжений.

Несимметрия фазных напряжений может возникнуть в результате несимметричной нагрузки или при обрыве фазы генератора, если произойдет отсоединение нулевого провода от корпуса ВС. Одна из наиболее простых схем защиты представлена на рис. 6.17

Рис. 6.17 Схема защиты от несимметрии фазных напряжений

В качестве измерительного органа используется фильтр обратной последовательности. Он выделяет напряжение, пропорциональное обратной последовательности U, которое возникает в системе трехфазного тока при несимметрии фаз. Для фильтра обратной последовательности необходимо выполнить соотношения и . С появлением несимметрии фаз появляется напряжение U, которое поступает на управление магнитного усилителя МУ. При определенной несимметрии МУ откроется и включит сигнал на отключение генератора. Для пояснения работы фильтра обратной последовательности представлен треугольник напряжения с симметричной нагрузкой, с отложенными на нем падениями напряжения на элементах фильтра. На векторной диаграмме точки О и О’ совпадают, поэтому между ними нет разности потенциалов. Если треугольник напряжений исказится, то точки О и O’ разойдутся и между ними появится разность напряжений.

Защита системы электроснабжения переменного трехфазного тока от обратного чередования фаз

В цепи подключения аэродромного источника переменного трехфазного тока обычно устанавливают БЧФ — блок чередования фаз Схема БЧФ показана на рис.6.18

Рис.6.18 схема блока чередования фаз БЧФ

Он предназначен для защиты от включения генератора аэродромного источника при неправильном чередовании фаз. При включении блока в сеть получается несимметричная звезда напряжений за счет того, что в одну из фаз блока — А включен конденсатор С, а в другие — резисторы R1 и R2. Если чередования фаз подключаемого генератора и сети совпадают, наибольшее фазное напряжение будет в фазе В, в которую через выпрямитель включена обмотка реле Р. Реле срабатывает и дает разрешение на включение генератора аэродромного источника. Если чередования фаз не совпадают, наибольшее напряжение получается в фазе С. В фазе В образуется напряжение, величина которого недостаточна для включения.

Характеристика СЭ трехфазного тока

В качестве источника электроэнергии используются бесконтактные генераторы типа ГТ с ППЧВ. Напряжение по классификации составляет 200/115 В, частота сети равна 400 Гц. Напряжение вторичных источников по классификации 27 В постоянного тока и 36 В переменного трехфазного тока частотой 400 Гц. Напряжение источников постоянного тока: резервного генератора и выпрямительного устройства равно 28,5 В. Напряжение свинцовых АБ равно 24 В, никель-кадмиевых — 25 В. Сеть переменного тока может быть выполнена как однопроводной, так и трехпроводной (по числу проводов в одной фазе). Корпус ВС является проводником нулевого провода.

СЭ переменного трехфазного тока имеет преимущества: меньший вес самолетной сети, генераторов и электродвигателей по сравнению с СЭ постоянного тока; больший. к. п.д. генератора; большая надежность СЭ; легкость трансформации переменного напряжения в любой уровень напряжения и постоянный ток. Летные технические данные СЭ значительно превышают данные СЭ постоянного тока. К недостаткам СЭ относятся: наличие ППЧВ, который имеет значительный вес и усложняет СЭ; трудности в обеспечении параллельной работы генераторов; асинхронные двигатели имеют малый пусковой момент. Значительное преимущество СЭ переменного трехфазного тока перед СЭ постоянного тока определило применение этой СЭ на современных и проектируемых ВС.