Вопрос 2. Авиационные электромашинные преобразователи постоянного тока в переменный
Содержание группового занятия
Введение
На всех летательных аппаратах независимо от типа первичной СЭС, аварийными источниками электрической энергии, предназначенными для питания приемников первой категории, служат АБ. В перечне этих приемников, обеспечивающих безопасность посадки имеются и специфические приемники переменного тока. Поэтому на ЛА устанавливается и вторичная аварийная СЭС переменного тока постоянной частоты. Суммарная мощность вторичных источников в таких системах обычно не превышает 2-3 кВА. Источниками электроэнергии во вторичных СЭС переменного тока служат преобразователи.
Вопрос 1. Назначение и классификация авиационных преобразователей электрической энергии
Общие сведения. На летательных аппаратах, где основной системой электроснабжения является система постоянного тока, для получения переменного тока стабильной частоты применяются преобразователи. Если первичной системой электроснабжения является система переменного тока, то преобразователи служат аварийными источниками энергии.
По принципу действия преобразователи подразделяют на электромашинные и статические, по виду выходного напряжения - на однофазные, трехфазные и комбинированные.
Электромашинные преобразователи представляют собой комбинированный агрегат постоянного тока с регулятором частоты вращения и генератора переменного тока со стабилизацией выходного напряжения. Вследствие двойного преобразования энергии они имеют низкий коэффициент полезного действия - 0,45-0,5.
Статические преобразователи не имеют подвижных частей, у них больше срок службы, более высокое качество переходных процессов, значительно меньшее время выхода на рабочий режим (в 5-10 раз), более простое техническое обслуживание. Коэффициент полезного действия - 0,55-0,7.
В зависимости от выполняемых функций преобразователи электроэнергии подразделяются на следующие три группы:
- преобразователи рода тока постоянного (инверторы) в переменный или переменного (выпрямители) в постоянный (большей частью преобразователи рода тока одновременно преобразуют и величину напряжения);
- преобразователи уровня напряжения (конвекторы, статические умформеры);
- преобразователи частоты (используются главным образом для регулируемого привода переменного тока (циклоконвертеры).
В отдельную группу можно выделить преобразователи нестабильной частоты в стабильную частоту 400 Гц. (в системах ПСПИ).
По конструктивному исполнению преобразователи электроэнергии подразделяются:
- электромашинные;
- электростатические.
Наиболее широкое распространение получили преобразователи:
- однофазные (ПО, МА);
- трехфазные (ПТ, ПАГ);
- трехфазно-однофазные (ПТО);
- статические (ПТС, СПО).
Вывод: на летательных аппаратах, где основной системой электроснабжения является система постоянного тока, для получения переменного тока стабильной частоты применяются преобразователи. Если первичной системой электроснабжения является система переменного тока, то преобразователи служат аварийными источниками энергии.
Вопрос 2. Авиационные электромашинные преобразователи постоянного тока в переменный
К электромашинным преобразователям, применяемым на самолётах, относятся преобразователи постоянного тока в переменный, постоянного тока низкого напряжения в постоянный ток высокого напряжения (умформеры), переменного тока в постоянный. Последние два вида на современных самолётах не используются.
Для преобразования постоянного тока напряжением 28,5 В в переменный ток на самолётах применяются различные типы электромашинных преобразователей однофазного напряжения 115 В или трёхфазного 36 В или 220 В.
 |
Рис. 1. Структурная схема электромашинного преобразователя электрической
энергии
Эти преобразователи представляют собой электромашинный агрегат, состоящий из двигателя постоянного тока и генератора (генераторов) однофазного или трехфазного переменного тока, размещенных в одном корпусе и имеющих общий вал (Рис. 1). Однако их магнитные системы являются независимыми и якорные обмотки электрически не связаны.
Двигатель преобразователя имеет последовательное или смешанное возбуждение.
В качестве генераторов переменного тока используются однофазные или трехфазные синхронные генераторы. Генераторы возбуждаются от бортовой сети постоянного тока. Генераторы маломощных преобразователей возбуждаются от постоянных магнитов.
Исполнение преобразователей - защищённое.
Устройства управления и регулирования монтируются в отдельных блоках и устанавливаемых на агрегат или вблизи него.
Охлаждение блоков - естественное или принудительное, преобразователь в наземных условиях охлаждается вентилятором, устанавливаемым на валу агрегата. На некоторых сериях преобразователей в полёте осуществляется принудительное охлаждение всех блоков забортным воздухом.
Преобразователи серии ПО (преобразователь однофазный) выпускаются мощностью 250, 500, 750, 1500, 3000, 4500 и 6000 В А. Они преобразуют постоянный ток напряжением 27В в переменный однофазный ток напряжением 115В±3% частотой 400Гц. ±5%. В ряде случаев устанавливаются преобразователи с повышенной точностью стабилизации частоты до ±(0,05...1)%.Основные тактико-технические данные однофазных преобразователей типа ПО представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Основные тактико-технические данные однофазных преобразователей
типа ПО
| Параметры | Типы преобразователей | |||
| ПО-5002-й сер | ПО-500А | ПО-750А | ПО-1500 | |
| Напряжение питания, В | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% |
| Потребляемый ток, А, не более | 115 ±4,6 | 115 ±4,6 | 115 ±4,6 | |
| Отдаваемая мощность, ВА | ||||
| Отдаваемый ток, А | 4,35 | 4,35 | 6,51 | |
| Частота, Гц | 400 ±20 | 400 ±20 | 400 ±28 | 400 ±20 |
| Частота вращения ротора, Гц | ||||
| Частота вращения ротора, при которой происходит отключение преобразователя, об/мин | 14000+400-600 | 14000+400-600 | 14000+400-600 | 14000+400-600 |
| Масса преобразователя с РН, кг | 12,5 | 12,5 | 14,8 | 23,5 |
| Регулятор напряжения, кг | - | - | - | - |
| Коробка переключения | КПР-1, АПП-1 | КПР-1, АПП-1 | КПР-1, АПП-1 | КПР-1, АПП-1 |
| Выносное сопротивление | - | - | - | РС-4 |
Таблица 2. Основные тактико-технические данные преобразователей типа ПО
(продолжение)
| Параметры | Типы преобразователей | |||
| ПО-1500ВТ-2И | ПО-3000 | ПО-4500 | ПО-6000 | |
| Напряжение питания, В | 27В±10% | 27В±10% | 27В±10% | 27В±10% |
| Потребляемый ток, А, не более | 115±4,6 | 115±4,6 | 115±4,6 | 115±4,6 |
| Отдаваемая мощность, ВА | ||||
| Отдаваемый ток, А | 26,1 | 52,1 | ||
| Частота, Гц | 400±20 | 400±8 | 400+28-20 | 400+28-20 |
| Частота вращения ротора, Гц | ||||
| Частота вращения ротора, при которой происходит отключение, об/мин | 9100-10000 | 9100-10000 | 9400±300 | 9600±500 |
| Масса преобразователя с регулятором напряжения, кг | 37,1 | |||
| Регулятор напряжения, кг | - | - | - | - |
| Коробка переключения | КПР-1, КУ-1500ВТ | КПР-1, АПП-1 | КПР-1, АПП-1 | КПР-1, АПП-1 |
| Выносное сопротивление | РС-4 | РС-4 | РС-4 | РС-4 |
Однофазный синхронный генератор имеет на статоре шесть явновыраженных полюсов, на которых расположена обмотка возбуждения генератора, получающая питание от бортовой сети постоянного тока. Якорь выполнен аналогично якорю трёхфазной машины, но с однофазной рабочей обмоткой генератора, занимающей около 70% окружности поверхности якоря, таким образом, около 1/3 пазов оказывается не заполненной обмоткой. Это объясняется тем, что при заполнении всех пазов получается незначительный выигрыш в ЭДС и мощности при большом расходе меди.
На корпусе преобразователя устанавливается коробка управления, предназначенная для дистанционного запуска преобразователя, стабилизации его выходного напряжения и частоты, а так же понижения уровня радиопомех, создаваемых им при работе, и отключения преобразователя при увеличении скорости вращения выше допустимой.
Все преобразователи имеют устройства стабилизации частоты. В маломощных преобразователях частота стабилизируется с помощью центробежных регуляторов, а преобразователи мощностью более 500В А имеют системы стабилизации частоты и напряжения.
Основной нагрузкой преобразователей серии ПО является радиосвязное и радионавигационное оборудование.
Преобразователи серии ПТ (преобразователь трехфазный) выпускаются мощностью 70, 125, 200, 500, 750, 1000, 3000 и 6000 В А. Линейное напряжение преобразователей ПТ равно 37В. Линейное напряжение преобразователей ПТ-3000Ц и ПТ-6000 равно 208 В.Основные тактико-технические данные трёхфазных преобразователей типа ПТ представлены в таблице 2. Трёхфазные генераторы мощностью 70...1000В А возбуждаются от постоянных магнитов, а преобразователи ПТ-3000Ц и ПТ-6000 имеют трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением. Преобразователи малых мощностей не имеют стабилизации напряжения и используются обычно для индивидуального питания либо для аварийного питания наиболее важных потребителей. Преобразователи мощностью более 200В А имеют регуляторы напряжения.Основные тактико-технические данные трёхфазных преобразователей типа ПТ представлены в таблицах 3 и 4.
Основной нагрузкой преобразователей этой серии является приборное оборудование, в котором имеются гироскопические устройства.
Преобразователи представляют собой двигатель-генераторные агрегаты, состоящие из электродвигателя постоянного тока и расположенного с ним на одном валу трёхфазного синхронного генератора. На корпусе преобразователя расположена коробка управления, предназначенная для дистанционного запуска преобразователя, стабилизации его выходного напряжения и частоты, а так же понижения уровня радиопомех и отключения преобразователя при увеличении скорости вращения выше допустимой. Преобразователи типа ПТ мощностью до 200 ВА имеют возбуждение генераторов от постоянных магнитов.
Таблица 3. Основные тактико-технические данные трёхфазных преобразователей типа ПТ
| Параметры | Типы преобразователей | |||||
| ПАГ-1Ф | ПТ-70Ц | ПТ-125Ц | ПТ-200Ц | ПТ-500Ц | ||
| Напряжение питания, В | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% | |
| Потребляемый ток, А, не более | 3,5 | 5,4 | ||||
| Выходное напряжение (линейное), В | 36 ±4 | 36 ±3% | 36 ±3% | 36 ±3% | 36 ±3% | |
| Отдаваемая мощность, ВА | 40,5 | |||||
| Коэффициент мощности (индуктивный) | 0,65 | 0,65 | 0,6 | 0,6 | 0,8 | |
| Отдаваемый ток (фазный), А | 0,32-0,65 | 1,12 | 3,2 | |||
| Частота, Гц | 400 ±10% | 400+2%√3% | 400 ±2% | 400 ±2% | 400 ±2% | |
| Частота вращения ротора, об/мин | ||||||
| Высотность работы, м | ||||||
| Коэффициент полезного действия, % | ||||||
| Масса преобразователя, кг | - | 4,2 | 5,2 | 8,5 | ||
| Режим работы | Длительный | Длительный | Длительный | Длительный | Длительный | |
| Минимальная высота, мм Двигателя генератора | - | 12,5 - | - | - | - | |
Таблица 4. Основные тактико-технические данные преобразователей типа ПТ (продолжение)
| Параметры | Типы преобразователей | |||
| ПТ-1000Ц | ПТ-1500Ц | ПТ-3000Ц | ПТ-6000Б | |
| Напряжение питания, В | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% | 27В ±10% |
| Потребляемый ток, А, не более | 60,5 | |||
| Выходное напряжение (линейное), В | 36 ±3% | 36 ±1,5 | ||
| Отдаваемая мощность, ВА | ||||
| Коэффициент мощности (индуктивный) | 0,8 | 0,85 | 0,85 | 0,9 |
| Отдаваемый ток (фазный), А | 16,1 | 23,4 | 8,4 | 14,7 |
| Частота, Гц | 400±2% | 400±2% | 400±2% | 400±2% |
| Частота вращения ротора, об/мин | ||||
| Высотность работы, м | - | - | - | |
| Коэффициент полезного действия, % | 52,5 | 52,5 | ||
| Масса преобразователя, кг | ||||
| Режим работы | Длительный | Длительный | Длительный | Длительный |
| Минимальная высота, мм Двигателя генератора | - | 16,5 10,5 |
Трёхфазные преобразователи типа ПАГ(ПАГ-1Ф, ПАГ-1ФП и др.) и по принципу действия и устройства аналогичны преобразователям типа ПТ малой мощности. У преобразователей серий ПАГ и ПТ малой мощности (например, ПТ-125Ц) регулирование напряжения не осуществляется, так как они рассчитаны на постоянную нагрузку. Стабилизация частоты вращения ротора преобразователей осуществляется или с помощью центробежного регулятора (ПТ-70) или с помощью напряжения, подаваемого на обмотку управления двигателя.
Автоматическое включение резервного преобразователя типа ПТ осуществляется с помощью специальных устройств. К ним относятся коробки переключающих реле типа КПР-7, КПР-9 и др., а также автомат АПП-1.
Электрическая схема этих устройств обеспечивает переключение преобразователей при межфазных коротких замыканиях, обрывах фаз, коротких замыканиях или обрывах плюсовой цепи питания преобразователей.
Электрическая схема коробок типа КПР выполнена в виде трёхфазного магнитного усилителя, работающего в релейном режиме и управляемого от фильтра напряжений обратной последовательности. При отказе работающего преобразователя прекращается питание переменным током магнитного усилителя, что приводит к срабатыванию реле с определённой выдержкой времени (0,15 - 0,7 с). Срабатывание этих реле приводит к отключению контактора пуска основного преобразователя и включению контактора резервного преобразователя.
Основным эксплуатационным недостатком преобразователей типа ПАГ и ПТ с возбуждением от постоянных магнитов является размагничивание магнитов при возникновении коротких замыканий в сети.
В целях снижения массы и повышения КПД применяют комбинированные преобразователи серии ПТО (преобразователь трехфазный, однофазный). Отличительной особенностью этих преобразователей является наличие в агрегате двух генераторов.
Трёхфазно-однофазные преобразователи типа ПТО(ПТО-400/750М, ПТО-500/3000, ПТО-1000/1500М и др.) предназначены для преобразования постоянного тока напряжением 27 Вв переменный однофазный ток напряжением 115 В и переменный трёхфазный ток напряжением 36 В, частотой 400 Гц.
Примером подобного преобразователя может служить преобразователь ПТО -1000/1500. Название преобразователя означает: преобразователь трехфазный-однофазный. Мощность трехфазного генератора 1000В А, мощность однофазного генератора 1500 В А. Однофазный генератор выдает напряжение 115 В ±2%, а трёхфазный - 37 В ±1,5В. Точность стабилизации частоты ±1%.Преобразователь ПТО-1000/3000 выдает такие же напряжения, но с частотой 1000±30Гц. Генераторы преобразователя выполнены с возбуждением по типу “сексин” со смешанным возбуждением.
Преобразователь состоит из следующих узлов: пускового устройства, регуляторов частоты, напряжения однофазного и трехфазного генераторов, устройства контроля выходного напряжения, фильтров защиты от радиопомех. Как правило, основные узлы преобразователя располагают в пусковой коробке, которую устанавливают на преобразователь.
Преобразователи типа МА (мотор - альтернатор, т.е. двигатель - генератор) предназначены для преобразования постоянного тока бортовой сети в переменный ток напряжением 115В, частотой 400Гц. Основные тактико-технические данные однофазных преобразователей типа МАпредставлены в таблице 4. Преобразователи типа МА состоят из двух электромашин, размещённых в одном корпусе: электродвигателя постоянного тока смешанного возбуждения и безколлекторного однофазного синхронного генератора переменного тока индукторного типа (ротором генератора является индикатор, выполненный из листов электротехнический стали, имеющей полюсные выступы). Сверху корпуса преобразователя размещена коробка управления, предназначенная для регулирования напряжения генератора, дистанционного включения преобразователя, регулирования режима работы.
Таблица 4. Основные тактико-технические данные однофазных преобразователей типа МА
| Параметры | Типы преобразователей | ||||||
| МА-100М | МА-250М | МА-500М | МА-750М | МА-1000М | М-1500КМ | МА-2500М | |
| Напряжение питание, В | |||||||
| Потребляемый ток, А не более | 56,2 | ||||||
| Выходное напряжение, В | 115±3,5 | 115±3,5 | 115±3,5 | 115±3,5 | 115±3,5 | 115±3,5 | 115±3,5 |
| Отдаваемая мощность, ВА | |||||||
| Ток нагузки, А | 0,87 | 2,17 | 4,35 | 6,5 | 8,7 | 21,7 | |
| Частота, Гц | 380-440 | 380-440 | 380-440 | 380-440 | 380-440 | 380-440 | 380-440 |
| Частота вращения якоря, об/мин | 7600-8800 | 7600-8800 | 7600-8800 | 7600-8800 | 7600-8800 | 7600-8800 | 7600-8800 |
| Коэффициент мощности | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| Коэффициент полезного действия | 0,28 | 0,38 | 0,46 | 0,445 | 0,475 | 0,51 | 0,52 |
| Масса преобразователя, кг | 7,2 | 12,5 | 20,5 | 34,5 | |||
| Коробка управления | КСУ-100М | КСУ-250М | КСУ-500М | КСУ-750М | КСУ-1000М | КСУ-1500М | КСУ-2500М |
Параллельная работа преобразователей не предусматривается, так как для этого необходимо выполнить жёсткие условия согласования режимов работы источников электроэнергии переменного тока. А это связано с усложнением схем, увеличением массы системы и снижением её надёжности.
Вывод: во вторичных системах переменного тока каждый преобразователь работает на свою группу потребителей. Кроме рабочего предусматривается резервный преобразователь, мощность которого обычно равна мощности рабочего. В этом случае при эксплуатации можно периодически изменять назначение каждого из преобразователей (рабочий и резервный режим). Это обуславливает равномерный износ машин, что практически удваивает срок их службы.Основными недостатками электромашинных преобразователей являются:наличие контактных колец и коллекторного узла, снижающих их надёжность, низкий КПД - не более 55 %, большая масса - 10 кг/кВ А и более, небольшой срок службы.