Вопрос № 3. Параллельная работа источников электроэнергии постоянного и переменного токов в авиационных системах электроснабжения

Электроэнергетическая система, в которой все источники электроэнергии одного и того же вида параллельно работают на общую сеть, имеет значительные преимущества перед системой, в которой каждый источник обеспечивает питание только своей группы потребителей. Эти преимущества заключаются в том, что нет значительных колебаний напряжения сети при включении и выключении мощных потребителей, нет перебоев в питании потребителей при отказе части источников тока. Кроме того, при параллельной работе можно обеспечить одинаковую нагрузку генераторов, при которой КПД системы максимальный. Поэтому все авиационные источники постоянного тока работают параллельно. Успешно так же работают параллельно авиационные генераторы переменного тока.

На самолётах и вертолётах все генераторы, работающие параллельно имеют одинаковые мощности. При этом нагрузка между ними распределяются равномерно. Однако без применения специальных уравнительных устройств между генераторами практически нельзя получить равномерного распределения нагрузок.

Принципиальная схема включения двух генераторов на общую нагрузку представлена на рис 2.

Рис. 2.Принципиальная схема параллельной работы двух генераторов, снабженных угольными регуляторами напряжения (РН)

Эквивалентная схема параллельной работы двух генераторов представлена на рис 3.

Рис. 3. Эквивалентная электрическая схема параллельной работы двух генераторов

Регулятор напряжения каждого генератора поддерживает определённое напряжение U1 или U2 между плюсовой клеммой генератора и корпусом самолёта.

Между плюсовыми клеммами генератора и общей плюсовой шиной сети имеются некоторые сопротивления, условно показанные на схеме сосредоточенными сопротивлениями R1+ и R2+. Они эквивалентны сопротивлениям проводов, контактов включающих устройств, предохранителей, болтовых соединений.

Общий ток нагрузки складывается из токов первого и второго генераторов

I_н =I₁ + I₂

Напряжение U_с на шине сети можно выразить через напряжение генераторов и падения напряжений на плюсовых участках сети в следующем виде

U_c= U₁ – I₁R₁₊;

U_c = U₂ – I₂R_2+.

Из формулы видно, что равенство токов во всех случаях обеспечивается только тогда, когда регуляторы поддерживают строго одинаковые напряжения и сопротивления равны. Выполнить эти условия трудно, так как внешние характеристики генераторов с их регуляторами напряжения практически не могут быть идентичными, а величины сопротивлений неодинаковы вследствие различной затяжки контактов болтов, подгара контактов и т.д.

На рисунке 4 изображены внешние характеристики двух генераторов с регуляторами напряжения, когда при отсутствии тока нагрузки напряжения генераторов равны.

Рис.4. Внешние характеристики двух генераторов.

С увеличением нагрузки напряжение каждого генератора снижается неодинаково. Тот генератор, который имеет большее напряжение. Берёт на себя большую нагрузку. Так, при некотором напряжении U₀ сети генераторы нагружаются токами I₂ > I₁. Если бы при I_Н = 0 регуляторы напряжений имели бы различные уровни регулируемых напряжений (U2> U1), то разница в величине нагрузок генераторов могла быть ещё больше.

Для автоматического выравнивания нагрузок между генераторами в минусовые цепи генераторов включаются дополнительные, строго калиброванной величины балластные сопротивления R1- и R2-. В точках а и б этих сопротивлений подсоединяются уравнительные обмотки w_у регуляторов напряжений, которые намотаны на один сердечник с основными обмотками w_э электромагнитов регуляторов. Система регулирования в этом случае работает следующим образом.

Предположим генератор Г1 нагружен больше, чем генератор Г2 т.е. I₁ > I₂. Тогда падение напряжения на сопротивлении R1- ,будет больше, чем на сопротивлении R2- , т.е. I₁R1- > I₂R2-. Потенциал корпуса самолёта одинаков для любой точки корпуса и выше, чем потенциал минусовой клеммы генератора.

Поскольку на сопротивлении R1- происходит большее падение напряжения, чем на R2-, то потенциал точки а будет меньше, чем потенциал точки б, и по цепи уравнительных обмоток потечёт ток i_у от точки б к точке а, равный

Уравнительные обмотки включены так, чтобы уменьшить сигнал рассогласования, т.е. уменьшить разность падений напряжений I₁R1- - I₂R2-.

Поэтому уравнительная обмотка первого регулятора создаёт м.д.с., совпадающую по направлению с м.д.с. основной обмотки, регулирующая сила электромагнита увеличивается, напряжение генератора и, следовательно ток I₁ уменьшается.

Уравнительная обмотка второго регулятора, наоборот, уменьшает результирующую м.д.с. электромагнита, что приводит к увеличению напряжения и, следовательно, тока I₂ второго генератора. В результате уменьшается разность падений напряжений на балластных сопротивлениях. Балластные сопротивления выполняют строго одинаковыми и действия уравнительных обмоток при этом приводит к выравниванию токов нагрузок генераторов. Однако вследствие того что рассмотренная система регулирования является статичной, полного выравнивания нагрузок не происходит.

Величина балластных сопротивлений выбирается с таким расчётом, чтобы падение напряжения на них при номинальной нагрузке не превышал 0,5 В. В виду малых величин этих сопротивлений в эксплуатации необходимо следить за состоянием их контактов с корпусом самолёта или вертолёта. Ослабление затяжки контактного болта вызывает значительное изменение величины балластного сопротивления и, следовательно, появление неравномерности нагрузок генераторов.

Настройка генераторов на параллельную работу в процессе эксплуатации.

В процессе эксплуатации периодически необходимо настраивать генераторы на параллельную работу. Эта настройка производится или в полёте членом экипажа, или сразу же после полёта, когда угольные регуляторы полностью прогреты. Перед настройкой включается нагрузка из расчёта по 40 -50% мощности на каждый генератор.

Наблюдая за величинами токов нагрузки каждого генератора по амперметрам, с помощью регулировочных (выносных) сопротивлений rр уменьшают ток нагрузки более нагруженного генератора и увеличивают ток нагрузки менее нагруженного генератора, пока эти токи не станут равными. При этом напряжение сети должно быть равно 28,5 В.

Вывод: создать абсолютно одинаковые по сопротивлению и производительности два генератора практически невозможно по ряду причин и поэтому для обеспечения одинаковой нагрузки на два генератора регулируют выносные сопротивления и обязательно после прогретых соответственно вышедших на рабочий режим генераторы.

Заключение

Значение параметров напряжения в сети ЛА непосредственно влияют на безопасность выполнения полёта и значение стартового веса ЛА. История вопроса подтверждает данную парадигму, так как строгость параметров позволяет создавать менее строгие агрегаты и не увеличивать их надёжность за счёт увеличения веса и в результате уменьшается вес самого ЛА и увеличивается полезная нагрузка. Увеличение качества параметров электрической сети – эта работа которая должна проводиться постоянно для увеличения к.п.д. самого ЛА.

Задание на самостоятельную подготовку

1. Какой документ регламентирует параметры электричества в сети ЛА и какие параметры он регламентирует.

2. Как регулируется напряжение в сети ЛА. Принципиальная схема работа угольного регулятора.

3. Порядок регулирования нагрузки при установке в сети двух генераторов на ЛА.

Литература

1. А.П. Барвинский, Ф.Г.Козлова "Электрооборудование самолётов." стр. 18-43, 50-79

2. М.М. Красношапка "Электроснабжение ЛА", стр. 142-151.

3. В.В.Глухов, И.М. Синдеев, М.М. Шемаханов "Авиационное и радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов", стр. 14-19.

4. В.Д.Константинов "Авиационное оборудование самолёта".стр.8-27.

Преподаватель военной кафедры при ГУАП

майор ______________ Д. Коликов