Обеспечение нормальной работы, авиационных генераторов

Вырабатываемая генераторами электрическая энергия должна обладать высоким качеством. Под качеством энергоснабжения понимается стабилизация в требуемых пределах величин напряжения, частоты и обеспечение синусоидальной формы кривой напряжения не ниже ±5% от стандартных параметров.

Поскольку частота вращения якоря генератора изменяется в зависимости от режима работы приводящего авиадвигателя в широком диапазоне от сотш до сотах, для стабилизации напряжения необходимы регуляторы напряжения, а для стабилизации частоты — специальные устройства — приводы постоянной скорости. Но и в этом случае точность частоты обеспечивается только в пределах порядка ±2%, в то время как ряд потребителей (навигационные ЭВМ и другие устройства) требуют питания с прецизионной точностью частоты ± (0,05.0,005)%. Такие потребители питаются от специальных преобразователей или специальных вспомогательных источников энергии.

Не менее сложной является задача параллельной работы нескольких генераторов, так как требуется равномерное распределение мощности, строгое соблюдение равенства частот вращения, совпадения фаз и величин напряжения.

Генераторы могут длительное время работать при номинальных токах, по не переносят перегрузку и воздействие обратных токов из сети. В связи с этим возникает необходимость защиты генераторов.

На самолетах в большинстве случаев источники энергетической энергии, если их несколько, работают не раздельно на какиелибо группы потребителей, а совместно, параллельно, на общую сеть. Поэтому необходимы специальные меры для параллельной работы источников энергетической энергии как постоянного, так и переменного токов.

Для автоматического регулирования напряжения генераторов применяются угольные регуляторы папряжения серии РН. Их чувствительным элементом служит столб, набранный из угольных шайб. Принцип действия регулятора основан на свойстве такого столба изменять электрическое сопротивление в зависимости от действующего на него механического осевого усилия. При увеличении этого усилия площадь контакта между угольными шайбами увеличивается, уменьшая электрическое сопротивление всего столба шайб, и наоборот.

На смотреть статью под номером 1.4 представлена упрощенная электрическая схема угольного регулятора напряжения, работающего с генератором постоянного тока.

Угольный столб 5 помещен в керамическую втулку 7, которая установлена в ребристом корпусе 6, обеспечивающем его охлаждение. Электрически угольный столб последовательно включен с обмоткой возбуждения ОВ генератора. Одним из торцов он опирается на якорь 3 пластинчатой пружины 4, а другим — на регулировочный винт 8 для предварительной настройки регулятора напряжения.

Рабочая обмотка 2, намотанная на сердечнике 1 электромагнита, соединена последовательно с регулировочным гр резистором и резистором rt температурной компенсации. Находящаяся на сердечнике управляющая обмотка 9 используется для совместной работы нескольких генераторов при их параллельном функционировании.

Процесс плавной стабилизации напряжения в сети угольного регулятора происходит следующим образом.

Если напряжение на зажимах генератора с возрастанием частоты вращения его якоря или падением нагрузки внешней сети повышается, происходит увеличение тока в рабочей обмотке 2 электромагнита. Якорь пружины 4, притягиваясь к сердечнику 1 электромагнита, уменьшает действующую на угольный столб сжимающую силу пружины. Электрическое сопротивление в цепи возбуждения увеличивается, а ток возбуждения уменьшается. Это, естественно, приводит к уменьшению напряжения на зажимах генератора.

При падении напряжения на зажимах генератора уменьшается ток в рабочей обмотке регулятора, что приводит к возрастанию осевого усилия на угольный столб, уменьшению его сопротивления и сопротивления цепи возбуждения, а в конечном итоге — к увеличению напряжения.

Процесс совместной работы генератора переменного тока и угольного регулятора аналогичен рассмотренному. Рабочая обмотка электромагнита подключается к выпрямительному устройству. При работе регулятора с бесконтактными генераторами угольный столб подключен к цепи возбуждения возбудителя.

В последние годы появились регуляторы напряжения на магнитных усилителях и на транзисторах.

Параллельная работа генераторов. При параллельной работе генераторов постоянного тока на общую сеть (смотреть статью под номером 1.5) возникает необходимость в автоматическом регулировании напряжений на их клеммах для выравнивания токов нагрузки. С этой целью в регуляторах напряжения имеются специальные уравнительные обмотки УО, находящиеся совместно с рабочими обмотками РО на сердечниках электромагнитов. Эти обмотки подключаются к клеммам а и б калиброванных балластных резисторов R1 и R2.

Предположим, генератор Г1 нагружается больше, чем генератор Г2. В этом случае падение напряжения (IxRl) на резисторе RI превысит падение напряжения (1»R2) на резисторе R2. Поскольку потенциал точки а оказывается меньшим, чем потенциал точки б, при включенном выключателе В но цепи уравнительных обмоток протекает ток в направлении от точки б к точке а. Возникающая магнитодвижущая сила (м. д. с.) в уравнительной обмотке У01 совпадает по направлению с м. д. с. в рабочей обмотке Р01, а м. д. с. в обмотках У02 и Р02 направлены встречно. В результате сопротивление угольного столба УС1 увеличится, что приведет к падению напряжения на зажимах генератора Г1 и уменьшению тока х. Одновременно уменьшается сопротивление угольного столба УС2, возрастает напряжение на зажимах генератора Г2 и увеличивается ток. Такой процесс протекает до тех пор, пока напряжения на генераторах Г1 и Г2 и токи х и 2 не уравняются.

Для создания условий параллельной работы генераторов переменного тока помимо требований равенства напряжений на их зажимах необходимо обеспечить равенство частот и совпадение фаз напряжений, или, как принято называть, обеспечить синхронизацию генератора.

В качестве чувствительного элемента регулятора используется параллельный резонансный контур, а исполнительным элементом служит электродвигатель механизма коррекции частоты, который, воздействуя на привод постоянной скорости, стабилизирует частоту генерируемого напряжения.

Защитная аппаратура генераторов. При параллельной работе генератора постоянноготока с аккумуляторной батареей возможны случаи, когда при снижении частоты вращения якоря генератора его напряжение станет меньше напряжения аккумуляторной батареи. В этом случае она разряжается не только на нагрузку, но и на генератор. Через генератор при этом протекает ток в обратном направлении — так называемый обратный ток, и генератор работает в двигательном режиме, потребляя энергию из сети. Обратные токи могут достигать больших величин, что неблагоприятно сказывается как па генераторе, так и на аккумуляторной батарее.

Поэтому для автоматического подключения генератора к сети и защиты его от обратных токов в цепи генератора установлен автомат, получивший наименование дифференциальноминимального реле (ДМР), оно выполняет следующие функции:

—           подключает генератор к сети, когда его напряжение превышает напряжение сети на 0,3 . 0,7 В;

—           отключает генератор от сети при определенной величине обратного тока;

—           предотвращает подключение генератора к сети при неправильной полярности;

—           обеспечивает дистанционное подключение и отключение генератора;

—           обеспечивает сигнализацию о включении генератора в сеть. Электрокинематическая схема такого реле представлена на

смотреть статью под номером 1.6, а.

Основными элементами реле типа ДМР являются поляризованное реле, контактор и вспомогательные реле.

Поляризованное реле (смотреть статью под номером 1.6, б) конструктивно выполнено в виде двух стальных пластин 2, являющихся магнитопроводом, между которыми установлены постоянные магниты 5. К ним прикреплены полюсные наконечники 3. В зазоре между этими наконечниками размещен поворачивающийся вокруг оси О стальной якорь. 6.

При пропускании тока но обмоткам wl или w2 в направлении, указанном стрелкой, якорь намагнитится так, что северный полюс у него справа, а южный — слева (магнитный поток замыкается по цепи, показанной пунктирной линией). В результате якорь повернется против часовой стрелки, и контакты КД замкнутся. При противоположном направлении тока в обмотках wl или w2 полярность магнитного потока в якоре изменится на обратную, и он повернется по часовой стрелке, разомкнув контакты.

Так как поляризованное реле не имеет противодействующей пружины, то при обесточенных обмотках якорь занимает одно из крайних положений. Поляризованное реле имеет два регулировочных винта  и 4. Винтом  устанавливается разность напряжений, при которой замыкаются контакты КД, а винтом 4 регулируется обратный ток, протекающий по обмотке wl, при котором должны размыкаться эти контакты.

Работает ДМР следующим образом (смотреть статью под номером 1.6, а).

При замыкании выключателя В ток от генератора поступает на обмотку реле Р1. В момент достижения напряжением величины 12 . 14 В оно срабатывает и через нормальнозамкнутые контакты и обмотку реле Р2 подключает последовательную wl и дифференциальную w2 обмотки к генератору и бортовой сети. Пока напряжение генератора ниже величины напряжения в бортовой сети по обмоткам протекает обратный ток. Возникший при этом магнитный поток намагничивает якорь ДР так, что его магнитное поле и магнитное поле постоянных магнитов удерживают контактную пару КД в разомкнутом положении, и генератор отключен от сети.

При превышении напряжением генератора па 0,3 . 0,7 В напряжения сети ток и магнитный поток в обмотке w2 изменяют свое направление. Якорь ДР приобретает обратную полярность и, поворачиваясь, замыкает контакты КД Поскольку подвижный контакт КД находится под напряжением, контактор К, срабатывает и подключает генератор к бортовой сети самолета, одновременно шунтируя обмотку w2. Клемма С включает лампочку сигнализации момента подключения генератора к сети.

ДМР используется и при автономном запуске авиадвигателя с помощью стартерагенератора. В этом случае клемма А через кнопку запуска КЗ подключается к аккумуляторной батарее или другому источнику постоянного тока.

Стремление к сокращению количества применяемых элементов систем защиты и управления генераторами привело к созданию устройств на логических элементах, которые выполняют необходимые функции для установления определенной зависимости между входными и выходными сигналами. Эти элементы обладают двумя устойчивыми состояниями:

«1» — в случае, если действие происходит;

«О» — если не происходит.

В системах защиты и управления генераторов находят практическое применение логические элементы типа «И», «ИЛИ», «НЕ» или их комбинаций.

Логический элемент «И» представляет собой такое устройство, которое выдает выходной сигнал при наличии сигналов на всех его входах.

Логический элемент «ИЛИ» построен на основе логического сложения входных параметров. Это означает наличие выходного сигнала при поступлении хотя бы одного из входных сигналов.

Логический элемент «НЕ» обладает свойством отрицания (инверсии).

Такое логическое устройство позволяет сохранять сигнал на выходе до тех пор, пока не появится напряжение на одном из входов.

На смотреть статью под номером 1.7 представлена схема управления синхронным генератором с применением логических элементовтипа «И» и «НЕ».

 Условие включения генератора описывается выражением

Это означает, что генератор может включаться при выполнении следующих условий:

— выключатель генератора находится в положении «Включено» (Ul> 1); 22

—           напряжение и частота генератора имеют номинальные значения (и%ия > 1);

—           напряжение генератора синхронно с напряжением сети

—           отсутствуют превышение напряжения (Ј5>0), превышение частоты (Ue *¦ 0), короткое замыкание внутри генератора и на его фидере (U7 > 0);

—           аэродромный источник питания не подключен к бортовой сети (Ua > 0).

В схемах управления и защиты логические элементы выполняются с применением реле и полупроводниковых приборов.

В последнее время аппараты защиты и управления генераторами объединяются в комплексы.

Комплекс аппаратуры генератора постоянного тока имеет регулятор напряжения, дифференциальноминимальное реле, автомат защиты от перенапряжения типа АЗП и регулировочные резисторы.

Комплекс стартерагенератора состоит из аппаратуры стартерного режима и аппаратуры управления генераторным режимом, аналогичной по составу аппаратуре комплекса генератора постоянного тока.

Комплекс аппаратуры генераторов неременного тока постоянной частоты состоит из блоков регулирования напряжения (БРН), защиты и управления (БЗУ), регулирования частоты (БРЧ), чередования фаз (БЧФ), трансформаторов тока (БТТ) и отключения генератора (БОГ). Комплект аппаратуры генераторов переменного тока нестабильной частоты содержит угольный регулятор напряжения, коробку включения и переключения (КВР), автомат защиты от перенапряжения (АЗП) и коробку отсечки частоты (КОЧ).