Регулирование напряжения самолетных генераторов постоянного тока

Для нормальной работы самолетных потребителей напряжение, подаваемое к их зажимам, должно иметь постоянное значение, равное номинальному. Частота вращения якоря и нагрузка генератора не остаются постоянными, причем частота вращения якоря генератора изменяется вследствие того, что частота вращения вала авиадвигателя, от которого он приводится во вращение, при различных режимах изменяется. Ток же в обмотке якоря генератора изменяется в зависимости от нагрузки.

Напряжение генератора:

U=E - I_Я R_Я (1) или U=С_ЕФn - I_ЯR_Я (2)

Е – ЭДС генератора; I_Я – ток в обмотке якоря генератора; R_Я – сопротивление обмотки якоря генератора; С_Е – постоянный коэффициент; Ф – магнитный поток полюсов; n – частота вращения якоря генератора.

Из формулы (2) видно, что при изменении тока нагрузки и частоты вращения якоря генератора его напряжение изменяется. ЭДС генератора при минимальной частоте вращения якоря и без нагрузки равна 31В, при максимальной частоте вращения 80-100В, т.е. при изменении частоты вращения от минимальной до максимальной ЭДС изменяется до 300%.

Внешняя характеристика генератора представляет собой график зависимости напряжения генератора от тока нагрузки при постоянной частоте вращения якоря и постоянном сопротивлении R_В цепи возбуждения:

U=f(I_Я) при n=const и R_В= const.

Напряжение генератора при изменении нагрузки меняется вследствие следующих причин:

при увеличении тока нагрузки (I_Н) возрастает ток якоря генератора и, следовательно, увеличивается I_Я R_Я, т.е. падение напряжения на обмотке якоря и напряжение генератора уменьшаются;

ток возбуждения генератора I_В=U_В/R_В при уменьшении напряжения снижается, и, следовательно, уменьшается магнитный поток, что приводит к уменьшению напряжения;

c увеличением нагрузки растет реакция якоря, что приводит к уменьшению магнитного потока и напряжения генератора.

Для поддержания напряжения постоянным при различных условиях работы генератора необходимо его регулировать. Регулятор напряжения – устройство, автоматически поддерживающее напряжение генератора на определенном уровне независимо от частоты вращения якоря (от минимально допустимой до максимально допустимой) и нагрузки (от нуля до номинальной), а также обеспечивающее автоматическое распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами.

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

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.3) 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.3. Схема системы регулирования напряжения.

В непрерывных регуляторах управляющее воздействие пропорционально сигналу погрешности регулирования и представляет собой непрерывную функцию. Наиболее распространённый регулятор этого типа угольный серии РН.

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 1,9-15А 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.

Увеличение потребителей электроэнергии на ВС требует увеличения мощности генераторов и аккумуляторных батарей. Использование аккумуляторной батареи большой мощности будет иметь большую массу и габариты. Установка одного генератора большой мощности будет нецелесообразно из-за трудностей технического характера. Электрическая система, состоящая из одного генератора или одной аккумуляторной батареи, недостаточно надежна в эксплуатационных условиях. На ВС применяют несколько генераторов и аккумуляторных батарей включенных на параллельную работу. Количество генераторов устанавливаемых на ВС равно числу авиадвигателей.

Автоматическое управление генераторами состоит из включения их в сеть, отключения и защиту. Генераторы автоматически отключаются при возникновении аварийных режимов. Обязательными являются: защиты от коротких замыканий, обратного тока и повышения напряжения.

Все самолетные генераторы постоянного тока имеют параллельную обмотку возбуждения. Их ток короткого замыкания меньше номинального, поэтому такие генераторы не защищают от возможных на их зажимах токов короткого замыкания. Опасными являются эксплутационные перегрузки, превышающие допустимое значение, или длительные перегрузки, а также короткое замыкание в сети. Для защиты генераторов постоянного тока от перегрузок и внешних коротких замыканий применяют предохранители.

Если генератор подключен к сети и его напряжение меньше напряжения сети, то из сети в генератор будет протекать ток (его называют обратным током), который может привести к повреждению якоря и коллектора генератора, а также к быстрому разряду аккумуляторной батареи. При работе генератора его напряжение может снижаться по каким-либо причинам и стать ниже напряжения сети. В этом случае из сети в генератор также потечет обратный ток, значение которого может быть опасным для генератора.

Перенапряжения могут быть кратковременными и длительными. Кратковременные перенапряжения возникают из-за инерционности регулятора напряжения при отключении больших нагрузок. Поскольку длительность таких перенапряжений мала (доли секунды), они неопасны. Предусматривают защиту только от длительных перенапряжений, возникающих при неисправностях в регуляторе напряжения.

При параллельной работе генераторов постоянного тока на общую сеть требуется автоматическое регулирование напряжений на их зажимах для выравнивания токов нагрузки. С этой целью в регуляторах напряжения имеются специальные уравнительные обмотки УО, находящиеся совместно с рабочими обмотками РО на сердечниках электромагнитов. Эти обмотки подключаются к клеммам калиброванных балластных резисторов.

Защита генераторов постоянного тока

Комплексные аппараты защиты. В качестве комплексных аппа­ратов защиты генераторов постоянного тока на самолетах исполь­зуют дифференциальные минимальные реле типа ДМР. Дифференциальное минимальное реле ДМР выполняет следующие функции:

автоматически подключают генератор к сети, когда его ЭДС превышает напряжение бортсети, и обеспечивает сигнализацию:

автоматически отключает генератор от бортсети, когда его на­пряжение понижается и через генератор течет обратный ток;

исключает возможность включения в сеть генератора с непра­вильной полярностью;

включает сигнальную лампу при обрыве силового провода от ге­нератора до реле ДМР;

обеспечивает дистанционное включение и отключение генера­тора.

Расшифровка обозначения: Д - дифференциальное, М - мини­мальное, Р- реле, 600 - номинальный ток силовой цепи (в А), Т -теплостойкого исполнения.

Автоматы защиты от перенапряжений (АЗП).

АЗП-8М предназначен для защиты потребителей электроэнергии от резкого возрастания напряжения генератора, что происходит в случае обрыва рабочей обмотки или спекания шайб угольного регулятора напряжения.

АЗП-А1 предназначен для защиты сети постоянного тока от аварийного повышения и от перемагничивания любого из параллельно работающих генераторов.