Вопрос № 1. Назначение, конструкция и работа преобразователя ПТ-1000ЦС
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, конструкция и работа преобразователя ПТ-1000ЦС
Преобразователь ПТ-1000ЦС преобразует постоянный ток напряжением 27В в переменный трехфазный напряжением 36В, частотой 400Гц.
Преобразователь включает в себя электромашинный агрегат и коробку управления КУ-1000ЦС-2. Электромашинный агрегат состоит из четырёхполюсного электродвигателя постоянного тока и трехфазного синхронного генератора. У электродвигателя сериесная обмотка (СО) (см. рис. 1) и управляющая (УОД) обмотки равномерно расположенные на всех четырех полюсах.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема преобразователя ПТ-1000ЦС
Его якорь набран из листовой электротехнической стали. Коллекторный щит отлит из сплава алюминия. В щите установлены четыре щеткодержателя реактивного типа со щетками МГС-8 размером 8×16×25 мм.
Генератор преобразователя имеет две обмотки: рабочую (РОГ) и управляющую (УОГ). Обе обмотки расположены в пазах ярма статора, который представляет собой пакет, набранный из листовой электротехнической стали.
Индуктором генератора служат постоянные магниты, отлитые из специального сплава в алюминиевом корпусе. Индуктор генератора шестиполюсный, расположен на одном валу с якорем электродвигателя.
На корпусе преобразователя стоит коробка управления, в ней - элементы запуска преобразователя, элементы схемы автоматического регулирования напряжения и частоты переменного тока преобразователя:
- магнитный усилитель МУ-12-70К;
- магнитный усилитель МУ-12-70НМ;
- дроссель Др-4АТ, который вместе с конденсатором С3 образует последовательный резонансный контур и выполняет функцию чувствительного элемента схемы регулирования частоты;
- дроссель фильтра Др2в цепи стабилитронов;
- дроссель фильтра Др1в цепи питания преобразователя постоянным током;
- автотрансформатор АТ-26-5М;
- стабилизирующий трансформатор ТС-5Г;
- контактор ТКС-101ДТ Кдля включения преобразователя;
- кремниевые выпрямители В1—В6;
- стабилитроны Д-809 Д1—Д4;
- конденсаторы фильтра.
Запуск преобразователя одноступенчатый без ограничения пускового тока начинается после установки выключателя "В" в положение «Включено». Срабатывает контактор "К", и напряжение бортсети через проходные конденсаторы CI, C2, дроссель фильтра Др1, контакты контактора подается на сериесную обмотку (СО) и обмотку якоря электродвигателя.
Якорь начинает вращаться, вращая индуктор генератора. По мере вращения индуктора появляется напряжение переменного тока в рабочих обмотках генератора.
Стабилизации частоты переменного тока в этом преобразователе добиваются за счет стабилизации частоты вращения якоря электродвигателя путем автоматического изменения тока в обмотке УОД в следующей последовательности: чувствительный элемент измеряет отклонение частоты от заданной и вырабатывает сигнал, пропорциональный этому отклонению; сигнал следует на усилительный элемент, где возрастает и подается на исполнительный элемент; этот элемент приводит частоту переменного тока к заданной.
Чувствительным элементом является последовательный резонансный контур (дроссель ДР-4АТ, конденсатор С3). Контур настроен на резонансную частоту 450-470 Гц за счет изменения индуктивности дросселя Др-4АТ, для чего у него предусмотрены отпайки и две регулировочные гайки. С помощью гаек можно изменять воздушный зазор магнитопровода. При увеличении частоты переменного тока преобразователя ток во внешней цепи контура возрастает и наоборот.
Усилительным элементом является усилитель МУ-12-70НМ. У него трехстержневой сердечник. На среднем стержне расположены обмотки постоянного тока, на крайних стержнях - переменного.
Обмотки постоянного тока:
- подмагничивания (ОП) - включена на линейное напряжение генератора между первой и третьей фазами через последовательный резонансный контур и выпрямитель В4. Магнитный поток этой обмотки пропорционален току внешней цепи резонансного контура, следовательно, он изменяется пропорционально изменению частоты переменного тока и направлен согласно с потоком внутренней обратной связи;
- нейтрализации (ОН) - подсоединена на выпрямленное напряжение генератора через трехфазный выпрямитель В5 и резистор R3. Данная обмотка создает магнитный поток, пропорциональный среднему значению фазного напряжения преобразователя и направленный встречно магнитному потоку обмотки подмагничивания ОП, а следовательно, и потоку внутренней обратной связи. Обмотка нейтрализации ОН служит для выбора рабочей точки на характеристике магнитного усилителя;
- демпферная (ОД) - включена на вторичную обмотку трансформатора ТС-5Г. Она улучшает устойчивость схемы регулирования при переходных процессах. Первичная обмотка трансформатора ТС-5Г - провод, обтекаемый током электродвигателя, вторичная обмотка включена на обмотку ОД.
В трансформаторе имеется и размагничивающая обмотка, компенсирующая постоянное подмагничивание, создаваемое первичной обмоткой трансформатора. Трансформатор ТС-5Г вводит в схему гибкую отрицательную обратную связь:
- при изменении частоты вращения якоря изменяется потребляемый ток и во вторичной обмотке трансформатора возникает ЭДС;
- за счет нее по обмотке ОД усилителя протекает ток, который создает магнитный поток, противодействующий потоку намагничивания, что в конечном итоге вызывает затормаживание изменения тока в обмотке УОД, т. е. колебательный процесс переходного режима будет затухающим, что значительно повышает устойчивость схемы регулирования;
- коррекции ОК - соединена последовательно с управляющей обмоткой генератора. Ее магнитный поток направлен согласно с потоком обмотки ОП. Обмотка коррекции ОК уменьшает изменение уровня частоты при изменении нагрузки преобразователя.
Рабочие РО, включенные на фазное напряжение генератора через автотрансформатор АТ-26-5М. Обмотки включены двумя проводами в параллель, что позволяет снизить ток через плечо выпрямителя В1и применять маломощные диоды. Выпрямленным током этих обмоток питается обмотка УОД. Кроме того, эти обмотки создают в среднем стержне магнитный поток положительной обратной связи, пропорциональный току нагрузки.
Исполнительным элементом схемы регулирования частоты служит обмотка УОД, включенная на выход усилителя МУ-12-70НМ через выпрямитель В1.
Частота регулируется так. При уменьшении частоты переменного тока из-за возрастания нагрузки уменьшается ток во внешней цепи последовательного резонансного контура, что вызывает снижение тока, а следовательно, и магнитного потока обмотки OП усилителя. Магнитный поток обмотки ОН остается практически неизменным, поскольку напряжение преобразователя поддерживается постоянным за счет схемы регулирования напряжения. Магнитные потоки обмоток ОП и ОН направлены встречно. Результирующая магнитодвижущая сила
снизится, что вызовет уменьшение напряженности поля усилителя, а его магнитная проницаемость и индуктивное сопротивление рабочих обмоток увеличатся. Ток же в обмотках РО усилителя и ток в обмотке УОД электродвигателя понизятся. Уменьшение тока в обмотке УОД приведет к возрастанию частоты вращения преобразователя а, следовательно, к увеличению частоты переменного тока.
При увеличении частоты переменного тока больше номинального значения, регулирование протекает в обратном порядке.
Для большей стабильности системы регулирования частоты, при изменении температуры на выходе магнитного усилителя предусмотрена температурная компенсация, осуществляемая с помощью резисторов Rl, R2, включенных последовательно с обмоткой УОД. Резистор R1 выполнен из константана, а терморезистор R2 типа ММТ-9 имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, поэтому общее сопротивление цепи возбуждения остается неизменным при изменении температуры.
Выпрямитель В2, включенный параллельно обмотке УОД, препятствует протеканию тока вызванного противо - ЭДС обмотки УОД, по обмоткам РО усилителя.
Стабилизация напряжения переменного тока выполняется за счёт изменения магнитного сопротивления ярма статора генератора при увеличении или уменьшении тока в управляющей обмотке генератора, которая расположена в тех же пазах, где и рабочая обмотка генератора. Чувствительным элементом этой схемы регулирования напряжения служат обмотка ОП подмагничивания усилителя МУ-12-70К и стабилитроны Д1—Д4, которые используются в схеме как нелинейные сопротивления и стабилизаторы.
Усилительным элементом системы является усилитель МУ-12-70К. На среднем стержне он имеет три обмотки постоянного тока, а на крайних стержнях обмотку переменного тока. Обмотки постоянного тока:
- подмагничивания ОП, включенная на выпрямленное напряжение генератора через трехфазный выпрямитель В5, резистор R5 и стабилитроны Д1 - Д4.
Магнитный поток этой обмотки пропорционален напряжению генератора и направлен согласно с магнитным потоком внутренней обратной связи;
- нейтрализации ОН, подсоединенная на напряжение генератора через выпрямитель В5, резисторы R5, R7, R4 параллельно стабилитронам Д1-Д4, благодаря чему данная обмотка находится под стабилизированным напряжением и при изменении напряжения генератора ток и магнитный поток обмотки остаются неизменными. Магнитный поток обмотки ОН направлен навстречу потоку обмотки ОП, что предотвращает смещение рабочей точки усилителя с прямолинейного участка характеристики;
- обратной связи ООС, включенная параллельно управляющей обмотке генератора. Обратная связь положительная. Это увеличивает коэффициент усиления магнитного усилителя.
Рабочие обмотки РО - переменного тока, состоящие из двух ветвей и расположенные на крайних стержнях сердечника усилителя. Обмотки включены на линейное напряжение генератора между первой и третьей фазами таким образом, что за период изменения тока по каждой ветви протекает полуволна тока, причем магнитные потоки суммируются в среднем стержне, создавая положительную внутреннюю обратную связь, пропорциональную току нагрузки усилителя.
Выпрямленным током обмоток РО питается управляющая обмотка генератора.
Исполнительным элементом системы регулирования напряжения служит управляющая обмотка генератора, включенная на выход усилителя через выпрямитель В3.
Напряжение регулируется так. При уменьшении напряжения генератора вследствие увеличения нагрузки преобразователя снижается ток, а следовательно, и магнитный поток обмотки подмагничивания усилителя. Магнитный же поток обмотки ОН остается неизменным.
Так как эти магнитные потоки направлены встречно, результирующая магнитодвижущая сила
INР = INОП + INООС – INОН
В данном случае результирующий магнитный поток, намагничивающий сердечник усилителя МУ-12-70К, уменьшится. Магнитная проницаемость µ сердечника увеличится, возрастет и индуктивное сопротивление обмоток переменного тока, в результате чего ток в обмотках РО снизится. Упадет и ток управляющей обмотки генератора. Уменьшение тока в управляющей обмотке генератора вызовет увеличение магнитной проницаемости ярма статора, в результате чего магнитное сопротивление RM ярма статора уменьшится, поскольку
RM = l / Sµ,
где, l— длина магнитопровода;
S—сечение магнитопровода.
Снижение магнитного сопротивления ярма статора приведет к увеличению магнитного потока возбуждения генератора, и напряжение генератора возрастет до заданного значения, так как
где, Ф - магнитный поток;
F - магнитодвижущая сила.
При увеличении напряжения генератора более допустимого значения процесс регулирования протекает в обратном порядке.
Для компенсации влияния температуры на работу обмотки ОН последовательно с ней включены резисторы R4, R7. Резистор R4 выполнен из меди, а R7 из константана. Так как температурные коэффициенты резистора R4 и стабилитронов одинакового знака, при изменении температуры окружающей среды сопротивление обеих цепей будет изменяться почти одинаково. Таким образом повышается точность регулирования напряжения при изменении температуры.
Выпрямитель В6, включенный параллельно управляющей обмотке генератора, разгружает диоды выпрямителя В3 от токов самоиндукции, возникающих в управляющей обмотке генератора.
Вывод: преобразователь ПТ-1000ЦС преобразует постоянный ток напряжением 27В в переменный трехфазный напряжением 36В, частотой 400Гц. Преобразователь включает в себя электромашинный агрегат и коробку управления КУ-1000ЦС-2.