Распределение нагрузки по методу статических нагрузок

Системы электроснабжения ВС обычно состоят из двух однотипных электрически независимых подсистем (каналов) правого и левого бортов. Лишь для однодвигательных, учебных и сельскохозяйственной авиации самолетов и вертолетов используются одноканальные системы.

В системах переменного тока постоянной частоты с напряжением 200/115 В и номинальной частотой 400 Гц используют два варианта работы каналов: 1)раздельная работа всех каналов системы; в случае выхода из строя одного из каналов его потребители переключаются на питание от другого канала; 2)параллельная работа каналов правого и левого бортов без их объединения; при отказе источников питания одного из бортов потребители подключаются к исправным источникам другого борта. Генераторы переменного тока постоянной частоты также могут работать параллельно между собой. Генераторы переменного тока нестабильной частоты работают раздельно, каждый на свою систему потребителей.

При параллельной работе генераторов и включении пиковых нагрузок, например асинхронных двигателей большой мощности, легче обеспечить требуемое качество электрической энергии и исключить ее влияние на другие потребители.

Надежность системы при различных вариантах включения в каждом случае требует специальной оценки. Может оказаться, что при раздельной работе подсистем вероятность безотказной работы всей системы будет выше, чем при их параллельной работе. Это объясняется тем, что аппаратура регулирования и управления системы электроснабжения с параллельной работой генераторов сложнее, и отказы в системе приводят к возникновению больших токов короткого замыкания, что требует увеличения мощности и быстродействия аппаратуры защиты. В каналах систем электроснабжения всегда устанавливают однотипные генераторы и поэтому необходимо, чтобы при параллельной работе нагрузка между ними распределялась равномерно. Иначе максимальная мощность, которую сможет отдавать система, будет меньше установленной мощности генераторов.

В случае генераторов переменного тока стабильной частоты, приводимых во вращение через привод постоянной частоты вращения, требуется применение специальной системы регулирования активной мощности, путем возведения на привод постоянной частоты вращения. У генераторов переменного тока кроме регулирования распределения активной нагрузки между генераторами необходимо регулирование распределения и реактивной мощности. Все это приводит к тому, что системы управления параллельной работой генераторов переменного тока оказываются сложнее, чем генераторов постоянного тока.

Активные и реактивные мощности синхронных генераторов распределяются независимо друг от друга воздействием соответственно на регулятор частоты вращения привода и на регулятор напряжения генератора. Рассогласование активной нагрузки относительно её среднего значения не должно превышать ± 8% номинальной мощности одного генератора. Для реактивных нагрузок допускается рассогласование + 6 %. Процесс распределения нагрузок должен быть устойчивым, колебания синхронных машин не допускаются.

Для источников переменного тока для параллельной работы необходимо выполнение следующих условий:

равенство номинальных напряжений и одинаковая форма кривой напряжения;

равенство частот;

равенство числа фаз и одинаковый порядок их следования;

одинаковый статизм внешних характеристик генераторов:

одинаковый статизм внешних (механических ) характеристик привода генераторов.

Если номинальные напряжения или форма кривой напряжения будут не одинаковы то по цепи потечет реактивный ток первой или высших гармоник такой величины чтобы выровнять величину напряжения или его форму за счет реактивного ( подмагничивающего или размагничивающего ) тока якоря. Внешняя характеристика синхронного генератора при реактивной нагрузке не отличается от внешней характеристики генератора постоянного тока.

Если частоты генератора или порядок следования фаз будут различными, то параллельная работа будет невозможна из- за недопустимых токов в цепи. При разных частотах появится в цепи ток, стремящихся увеличить или уменьшить частоту вращения генератора с таким расчетом, чтобы общая частота была одинаковой.

Учитывая, что привод генераторов имеет несоизмеримую мощность с мощностью генераторов, поэтому изменить частоту вращения системы: первичный двигатель- генератор за счет изменения величины или знака вращающего момента генератора невозможна. При разном порядке следования фаз появится режим короткого замыкания под двойным напряжением, т.е. генераторы выйдут из строя ( сгорят ).Если статизм механических характеристик привода генераторов будет неодинаков, то генераторы будут брать на себя неодинаковую активную мощность. Генератор, привод которого имеет меньший статизм механической характеристики будет нагружаться активной мощностью сильнее чем генератор, механическая характеристика привода которого имеет больший статизм.

При астатических внешних характеристиках и механических характеристиках привода генераторов переменного тока однозначное и равномерное распределение мощностей между генераторами невозможно, невозможна и параллельная их работа.

Выполнение условий параллельной работы обеспечивается соответствующей аппаратурой: одинаковых внешних и механических характеристик и равенство частот и напряжений обеспечиваются с помощью регуляторов напряжений и частот. Одинаковая полярность генераторов постоянного тока контролируется с помощью поляризованных реле включения; подключения неработающих генераторов переменного тока к работающим осуществляется синхронизаторами, которые включают генератор в сеть только в том случае, если он имеет такой же порядок чередования фаз и его частота совпадает с частотой сети ( работающего генерато-ра ).

Параллельная работа авиационных генераторов в самолетных системах осуществляется по методу мнимого статизма. Метод мнимого статизма подразумевает использования регуляторов с астатическими характеристиками, но с помощью дополнительного управляемого элемента ( УР или доп.сигнал на ИО ) вводится сигнал, выравнивающий напряжение генераторов, а значит и их токи нагрузки, что обуславливает наличие статических характеристик регуляторов.

Распределение активной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами определяется видом механических характеристик их приводов, снабженных регуляторами частоты. Видом внешних характеристик по реактивному току синхронных генераторов с регуляторами напряжения определяется распределение их реактивных токов.

В первом приближении все эти характеристики могут быть представлены прямыми линиями y_k = y_ko- s_kx_k , где y_ko заданное значение регулируемой величины у для к-го генератора,s_к - коэффициент статизма, определяющий наклон соответствующей характеристики; x_к - нагрузка к-го генератора. В случае воздействия на регуляторы управляющих сигналов, значение которых определяется рассогласованием нагрузок параллельно работающих генераторов, т.е. разностью между нагрузкой данного генератора и средним значением нагрузки х_ср, приходящейся на один генератор, y_k = y_ko- s_kx_k-s_ук(x_k-x_ср) где s_ук статизм характеристик, обусловленный действием уравнительных цепей;

Наиболее распространенными методами распределения нагрузок в авиационных системах электроснабжения являются методы статических и мнимостатических характеристик.

Распределение нагрузки по методу статических характеристик возможно при совместной работе генератора постоянного тока или трансформаторно-выпрямительного блока с аккумуляторными батареями. В случае обрыва уравнительных цепей, обеспечивающих распределение нагрузки по методу мнимого статизма генераторов постоянного тока, метод мнимого статизма вырождается в метод статических характеристик.

Для распределения нагрузки по методу статических характеристик, необходимо, чтобы для соответствующих характеристик S_kне равно 0, а управляющие сигналы, подаваемые на регуляторы для улучшения распределения нагрузок, отсутствовали, т. е. коэффициент мнимого статизма s_ук=0. нагрузка между генераторами при распределении по методу статических характеристик распределяется обратно пропорционально коэффициентам их внешних характеристик.

При распределении нагрузки по методу мнимостатических характеристик в конструкции регуляторов предусматриваются уравнительные цепи, позволяющие воздействовать на исполнительные органы сигналами, пропорциональными отклонению нагрузки, приходящейся на один генератор, от ее среднего значения. Регуляторы в этом случай настраиваются так, чтобы статизм каждого регулятора s_k=0.При методе мнимостатических характеристик и первоначальной одинаковой настройке регуляторов регулируемая величина у (например, частота у f) не зависит oт нагрузки. При этом обеспечивается равномерное распределение активной нагрузки между генераторами.