Системы энергоснабжения.

Основные сведения.

В качестве источников электрической энергии на летательных аппаратах применяются электрические генераторы постоянного и переменного тока и химические источники.

На самолётах, где основной системой энергоснабжения является система постоянного тока, для получения переменного переменного тока стабильной частоты применяются электромашинные однофазные и трехфазные преобразователи. Для питания потребителей постоянным током используются ламповые и полупроводниковые выпрямители.

Система электроснабжения (СЭС) самолёта или вертолёта может находиться в режимах нормальной, частичной, аварийной и ненормальной работы. Первые три режима являются состояниями работоспособной СЭС. Состояние нормальной работы - режим, при котором все бортовое оборудование обеспечивается электроэнергией требуемого качества, при частичной работе допускается отключение приемников электроэнергии, не влияющих на выполнение полётного задания полностью. При аварийном режиме обеспечивается электроэнергией лишь строго ограниченный состав оборудования (приемники первой категории) в течение ограниченного времени (10-30 мин).

Режим длительной ненормальной работы СЭС возможен при отключении источников электроэнергии (обесточивание шин); длительном недопустимом повышении или понижении напряжения; длительном повышении или понижении частоты и т.д.

Бортовые СЭС имеют, как правило, не менее двух систем генерирования (первичных источников), которые резервируют друг друга. Кроме того, бортсеть может обеспечиваться электроэнергией от вспомогательной силовой установки (ВСУ), а так же от аварийных источников, если откажут основные источники, установленные на маршевых двигателях.

Особенности работы и основные эксплуатационные характеристики аппаратуры, работающей в комплекте с генераторами постоянного тока.

Регуляторы напряжения:

Дифференциальные корректоры напряжения.

Дифференциально-минимальные реле.

Автоматы защиты сети от перенапряжения.

Стабилизируюшие трансформаторы

Основные ТТД

К аппаратуре, работающей в комплекте с генераторами постоянного тока, относятся регуляторы напряжения, дифференциально-минимальные реле, автоматы защиты сети от перенапряжения и устройства обеспечения параллельной работы генераторов.

Регуляторы напряжения предназначены для поддержания постоянства напряжения независимо от изменения скорости вращения, нагрузки и температуры генератора.

Функциональная схема (рис.1) системы регулирования напряжения состоит из генератора Г и регулятора, включающего устройства: измерительное ИзУ, задающее ЗУ, исполнительное ИсУ, корректирующее КУ, сравнивающее СрУ и усилительное УУ. Некоторые элементы в системе регулирования могут отсутствовать. По принципу действия регуляторы разделяются на непрерывные и дискретные.

Рис. 1 Схема системы регулирования напряжения.

В непрерывных регуляторах управляющее воздействие пропорционально сигналу погрешности регулирования и представляет собой непрерывную функцию. Наиболее распространённый регулятор этого типа угольный. Основное преимущество угольных регуляторов напряжения состоит в том, что они допускают регулирование напряжения генераторов большой мощности, ток возбуждения которых больше 15 А. В угольных регуляторах в качестве изменяемого сопротивления, включаемого в цепь обмотки возбуждения генератора, используется угольный столб, набранный из 40-60 угольных шайб диаметром 5-20 мм и толщиной 0,5-1 мм.

Процесс стабилизации напряжения генератора с помощью угольного регулятора осуществляется следующим образом. Если напряжение U генератора увеличивается, то возрастают ток в обмотке электромагнита We и сила притяжения электромагнита. Якорь Я перемещается ближе к сердечнику С электромагнита, ослабляя давление пружины Пр на угольный столбик УС. Сопротивление Rус столбика возрастает ток в обмотке Рв генератора возбуждения уменьшается и напряжение генератора восстанавливается. При уменьшении напряжения генератора процесс регулирования происходит в обратном порядке.

Рис. 2 Схема регулирования напряжения с помощью угольного регулятора.

Для настройки регулятора на заданное напряжение последовательно с обмоткой Wэ, включается резистор R для настройки регулятора на заданный уровень регулирования напряжения. Для получения устойчивого процесса регулирования применяют различные стабилизирующие средства: жесткую обратную связь в виде стабилизирующего резистора и гибкую отрицательную обратную связь в виде стабилизирующего трансформатора.

Для уменьшения температурной погрешности регулятора последовательно с обмоткой электромагнита включается резистор с малым температурным коэффициентом сопротивления.

Его сопротивление составляет до 80% сопротивления всей цепи электромагнита, поэтому при изменении небольшого по значению небольшого по значению сопротивления медной обмотки электромагнита общее сопротивление изменяется незначительно.

Из угольных регуляторов напряжения наиболее распространены регуляторы Р-25А(М), Р-27, РУГ-82, РУГ-83Т, РН-120У, РН-180.

Для совместной работы с генераторами, имеющими ток возбуждения 0,9-8 А, используют угольные регуляторы Р-25А(М), Р-27. При токе возбуждения генераторов 1,9-15 А применяют регуляторы РУГ-28, РУГ-83Т.

Регулятор напряжения РН-180 используется для совместной работы со стартер-генераторами типа СТГ-12 и генераторами типа ГС-12. Номинальное напряжение, поддерживаемое регуляторами, 28,5 В.

Большие перспективы имеют полупроводниковые регуляторы напряжения, которые не имеют перемещающихся деталей, а поэтому свободны от недостатков, характерных для реостатных регуляторов напряжения.

Дифференциальные (центральные) корректоры напряжения типов ДКН-02, ДКН-8, ЦКН-66 являются задающим звеном по поддержанию точного напряжения генераторов.

Дифференциально-минимальные реле предназначены для подключения генераторов к бортовой сети, когда их напряжение превышает напряжение бортсети (на 0,2-0,7 В), автоматического отключения генератора от бортсети при обратном токе (например, 15-35 А для ДМР-400Т) и исключения возможности включения генератора в сеть с обратной полярностью. Кроме того, дифференциально-минимальное реле автоматически отключает генератор при обрыве силового провода между генератором и дифференциально-минимальным реле при определенной схеме внешних включений и обеспечивает ручное (неавтоматическое) дистанционное включение и отключение генератора. В настоящее время применяют дифференциально-минимальные реле типа ДМР-200, ДМР-400 и ДМР-600. Цифру в обозначении реле каждого типа соответствуют номинальным токам, на которые рассчитаны силовые контакты реле (200, 400 и 600 А), а буквы после цифр - их модификациям (например, ДМР-400АМ, ДМР-400Д и т. д.).

Автоматы защиты сети от перенапряжения предназначены для защиты сети постоянного тока от аварийного повышения напряжения, которое может возникнуть в результате перевозбуждения любого из параллельно работающих генераторов. Перевозбуждение генератора возникает из-за повышенного напряжения на обмотке генератора в случае разрыва цепи рабочей обмотки электромагнита или спекания шайб угольного столбика регулятора напряжения.

При срабатывании автомата защиты в цепь обмотки возбуждения генератора или включается дополнительное сопротивление, что приводит к уменьшению напряжения генератора. Наиболее широкое применение нашли автоматы защиты сети от перенапряжения АЗП различных модификаций. Измерительным органом автоматов является или мостовая схема с нелинейным элементом, или система реле, реагирующая на перевозбуждение генератора. Число аварийных срабатываний автоматов защиты достигает 50-100. После срабатывания автомат приводится в исходное положение путем нажатия на кнопку включения.

Стабилизирующие трансформаторы предназначены для повышения устойчивости работы регуляторов напряжения в переходных режимах. Наиболее широкое применение нашли стабилизирующие трансформаторы ТС-8, ТС-9А(М), Т-1Г и др.

Выносные сопротивления (типа ВС, ВСР) включаются последовательно в цепь рабочих обмоток регуляторов напряжения и предназначены для ручной регулировки уровня напряжения генератора.

Параллельная работа генераторов является основным режимом работы их на самолете, так как увеличивает надежность снабжения электроэнергией потребителей, улучшает использование генераторов, позволяет уменьшить емкость аккумуляторных батарей.

Для включения генераторов на параллельную работу необходимо обеспечить одинаковое напряжение и правильную полярность подключения к шинам. Эти же условия должны соблюдаться и для обеспечения параллельной работы генераторов с аккумуляторной батареей.

Для получения равенства напряжений параллельно работающих генераторов применяют специальные уравнительные обмотки (обмотки параллельной работы), располагаемые в регуляторах напряжений, а также балластные сопротивления.

Обмотки параллельной работы регуляторов, работающих с параллельно включенными генераторами, соединяются навстречу друг другу и служат для уравнивания нагрузок генераторов автоматическим корректированием напряжений последних.

Падения напряжений на балластных сопротивлениях, включаемых обычно в минусовые цепи генераторов, используются для воздействия на уравнительные обмотки, магнитные потоки, которых изменяют магнитные потоки обмотки возбуждения генераторов.

Величина балластных сопротивлений выбирается с таким расчетом, чтобы падение напряжения на них при номинальной нагрузке не превышало 0,5 В. Так, для генератора ГСР-9000 величина балластного сопротивления равна 0,00167 Ом.

Нагрузка некоторых типов генераторов контролируется по падению напряжения на компенсационных обмотках и обмотках дополнительных полюсов.

При неравномерных нагрузках генераторов падение напряжения в компенсационной обмотке и обмотке дополнительных полюсов будет различным, и в обмотках параллельной работы возникает ток, который создает магнитные потоки в электромагнитах регуляторов, изменяя силу притяжения якорей регуляторов, а следовательно, и величину сопротивления угольного столба, включенного в цепь возбуждения генератора. Это приводит к выравниванию напряжения и нагрузок параллельно работающих генераторов.

Основные ТТД:

Совместная работа генераторов с аккумуляторной батареей

Условия параллельной работы генератора с аккумуляторной батареей аналогичны условиям параллельной работы двух генераторов, т. е. равенство напряжений обоих источников и соответствие полярности присоединяемого источника с полярностью на шинах. Эти условия в известной степени выполнятся с помощью минимального реле ДМР. При совместной работе генератора с аккумуляторной батареей напряжение на шинах

где Е_г - ЭДС генератора; I_г - ток генератора; r_г - сопротивление цепи якоря генератора; E_а - ЭДC аккумуляторной батареи; I_а - ток аккумуляторной батареи; r_а - внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. Сопротивление соединительных проводов для упрощения принято равным нулю.

Если U > Е_а, то происходит заряд аккумуляторной батареи, т. е. член Iа rа должен быть взят со знаком плюс и общий ток нагрузки равен I=Iг - Iа;

при U = Еа ток Iа = 0, аккумуляторная батарея работает вхолостую, и ток нагрузки I=Iг;

при U < E_а происходит разряд батареи, член Iа rа следует взять со знаком минус, и ток нагрузки равен I=Iг + Iа.

Режимы работы генератора с аккумуляторной батареей. При параллельном включении генератора и аккумуляторной батареи могут иметь место три режима работы: работа одной аккумуляторной батареи (когда Eа>Eг), работа генератора совместно с аккумуляторной батареей на внешнюю сеть (когда Eа>Eг), работа генератора на внешнюю сеть и на зарядку аккумуляторной батареи (когда Eа=Eг).

Напряжение генератора должно быть 28,5 В. В случае отклонения напряжения от заданной величины оно регулируется с помощью выносного сопротивления (например, ВС-20, ВС-25, Р-2А и др.). Поворот выносного сопротивления необходимо производить специальной отверткой. Поворот по часовой стрелке ведет к увеличению напряжения, а против часовой стрелки приводит к понижению напряжения. Настройка регулятора напряжения, изменением натяжения пружины регулятора с помощью винта столба или изменением величины воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита недопустима. В том случае будет нарушено согласование характеристик электромагнита и пружин, качество регулирования напряжения ухудшится, и регулятор быстро выйдет из строя.

Нарушение целости этой электрической цепи приводит к резкому повышению напряжения генератора, что вызывает выход из строя элементов радиооборудования, электронной автоматики и других потребителей электроэнергии. Если в схеме управления генератором установлен автомат защиты от перенапряжения, то последний выключает генератор. Признаками перенапряжения в сети служат резкое увеличение яркости лампочек сигнализации и освещения, отклонение стрелки вольтметра вправо до упора. Заметив это, экипаж должен немедленно выключить генератор из работы. При загорании сигнальной лампочки "Генератор не работает" необходимо выключить генератор.

В системах электроснабжения аккумуляторные батареи выполняют роль буферного источника электроэнергии, т.е. сглаживают провалы напряжения в электросети. Емкость, получаемая батареей от генераторов постоянного тока, зависит от уровня заряженности батареи, температуры электролита, продолжительности заряда, уровня напряжения бортовой сети. Как правило, при напряжении генераторов 28-29 В аккумуляторные батареи на ЛА не заряжаются полностью.