Питання для самоперевірки

1. Якими є принципи стабілізації напруги авіаційних генераторів?

2. Якими є вимоги стандартів до точності підтримки напруги?

3. З яких основних елементів складається ВРН і яке їх призначення?

4. Що називається електромагнітною характеристикою?

5. Що називається механічною характеристикою ВРН?

6. Якими є методи підвищення точності роботи ВРН?

7. Як здійснюється стійкість роботи ВРН і які способи її підвищення?

8. Як здійснюється налагодження ВРН?

Література: [1, c. 62]; [2, c. 48]; [3, c. 93]; [4, c. 246]; [5, c. 49]; [6, c. 3]; [7, c. 92]; [8, c. 33]; [9, c. 7].

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ВИВЧЕННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ І ЗАХИСТУ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Мета роботи

1. Вивчення електричних схем і конструкцій диференціально-мінімального реле (ДМР) і автоматів захисту мережі від перенапруги (АЗП).

2. Дослідження ДМР і АЗП при різних режимах роботи з метою визначення придатності їх до подальшої експлуатації.

Загальні теоретичні відомості

Під системою управління генератором розуміються пристрої, призначені для автоматичного підключення і відключення його від бортової мережі. Генератор підключають до бортової мережі тільки тоді, коли напруга на його затисках досягає значення, рівного або більше напруги мережі, коли генератор здатний взяти на себе навантаження. Якщо ж електрорушійна сила (е.р.с.) генератора стане менша, ніж напруга бортової мережі, генератор треба відключити, інакше він стане споживачем електричної енергії.

Пристрої, призначені для захисту генератора і електричної мережі від можливих аварійних режимів, називають апаратурою захисту.

На сучасних літальних апаратах для управління генераторами постійного струму порівняно великої потужності застосовують диференціально-мінімальне реле (ДМР). Диференціально-мінімальне реле:

1. автоматично підключає генератор до бортової мережі, коли напруга його перевищує напругу мережі на 0,2- 1в;

2. автоматично відключає генератор від мережі при зворотних струмах, з мережі в генератор йде струм 15- 50 а;

3. виключає можливість підключення генератора в мережу із зворотньою полярністю;

4. автоматично відключає генератор від мережі при обриві фідера генератора (провід, що з'єднує плюсовый затиск генератора з клемою «генератор» ДМР).

На літальних апаратах цивільної авіації переважно застосовують диференціально-мінімальне реле двох типів: ДМР-400Д і ДМР-600Т. (Цифри, що стоять після букв, вказують номінальну величину струму, на яку розраховані контакти головного контактора, букви після цифр означають серію).

Рис. 2.1. Принципова електрична схема ДМР-400Д

Диференціально-мінімальне реле ДМР-400Д складається з наступних елементів (рис. 2.1):

1) допоміжного реле 1Р, що має дві пари нормально розімкнених контактів 1Р1 і 1Р2;

2) диференціального реле 2Р з нормально замкненими контактами 2Р;

3) поляризованого реле ПР з нормально розімкненими контактами ПР1. Реле поляризоване за допомогою постійного магніту;

4) контактора K з подвійним розривом ланцюга. Всі перераховані елементи змонтовані на одній панелі, на якій також розташовані клеми, за допомогою яких підключається генератор до бортової мережі.

Для підключення генератора до мережі необхідно включити двополюсний вимикач, розташований на щитку енергетика, при цьому ланцюг реле 1Р і урівнюючої обмотки буде замкнений. Коли напруга на клемах генератора досягне 14 В, реле 1Р спрацює і замкне свої нормально розімкнені контакти 1Р1 і 1Р2 включені відповідно в ланцюгу обмотки контактора, обмотки реле 2Р і диференціальної обмотки поляризованого реле.

Обмотка реле 2Р вимірює різницю напруга мережі і генератора (U=U_C-U_Г). Коли ця різниця досягне 14 В, реле спрацює і розімкне свої нормально замкнені контакти 2Р1, що приведе до розриву ланцюга диференціальної обмотки Wд поляризованого реле. По мірі підвищення напруги на затисках генератора різниця U=U_C-U_Г меншає. Коли вона досягає 4 В або менше, реле 2Р відпускає і його контакти 2Р, замикають ланцюг диференціальної обмотки Wд реле ПР. Але оскільки в цей момент напруга генератора нижче за напруги мережі, то по диференціальній обмотці Wд реле ПР буде протікати струм від мережі до генератора. При цьому правий кінець якоря реле буде мати південну полярність, а лівий північну (рис. 2.2). Якщо в цей момент контакти реле ПР були замкнені, то вони розімкнуться, а якщо були розімкнені, то положення якоря залишиться незмінним, а сила тяжіння якоря до найближчих полюсів збільшиться.

Коли напруга генератора перевищить напругу мережі на 0,3-0,7 В струм в обмотці Wд реле ПР перемагнітить якір і контакти реле ПР1 замкнуться (рис. 2.2). У момент замикання контактів ПР1 контактор К спрацює, оскільки до його обмотки прикладена напруга генератора і генератор підключиться до бортової мережі. При замиканні контактів К контактора обмотки реле 2Р і диференціальної Wд будуть зашунтовані, однак, якір реле ПР залишиться в колишньому положенні внаслідок впливу на нього м.р.с. постійних магнітів і м.р.с. послідовної обмотки Wп реле ПР.

Генератор автоматично відключається від бортової мережі, якщо його напруга нижче за напругу мережі. У цьому випадку по послідовній обмотці Wд реле ПР піде струм зворотнього напрямку. Коли він досягне I_звор = 15 А, якір перемагнітиться (рис. 2.2), повернеться за годинниковою стрілкою і розімкне контакти поляризованого реле ПР1. У результаті генератор відключиться, оскільки контакти К контактора розімкнуться.

Рис. 2.2. Схема магнітного ланцюга поляризованого реле а) - контакти розімкнені; б) - контакти замкнені:

1 – наполегливий гвинт; 2 – верхня плата; 3 – опорна скоба; 4 – полюс; 5 – контактний гвинт; 6 – якір; 7 – стойка; 8 - нижня плата.

Величина зворотнього струму I_звор вибирається з такого розрахунку, щоб струм не був аварійним для генератора і акумуляторна батарея не розряджалася на генератор при їх спільній роботі.

Якщо генератор, що підключається має зворотню полярність по відношенню до бортової мережі, то напруга на обмотці реле 2Р буде дорівнювати сумі напруг генератора і мережі U=U_C-U_Г. Ця сума буде більшою напруження спрацювання реле 2Р (U_СР=14 В), тому його контакти 2Р1 розімкнуться і ланцюг диференціальної обмотки W_д реле ПР буде розімкнений. Генератор не буде підключений до мережі. Таким чином, реле 2Р виключає можливість підключення до мережі генератора при зворотній полярності на його затисках і оберігає диференціальну обмотку W_д реле ПР від перегріву, коли різниця напружень буде (U=U_C-U_Г) рівна або більше 14 В.

Клема К (рис. 2.1) використовується для сигналізації роботи генератора або ж для включення яких-небудь споживачів електричної енергії.

Клема А служить для управління контактором К, крім реле 1Р, 2Р і ПР. У цьому випадку можна використати генератор як електростартер для запуску авіаційного двигуна. Принципова електрична схема ДМР-600Т (рис. 2.3) відрізняється від схеми ДМР-400Д наявністю двох додаткового реле ЗР і 4Р. Реле ЗР призначене для включення в ланцюг обмотки контактора К струмообмежуючого опору R. Реле 4Р має три пари контактів: 4Р1, 4Р2, 4Р3.

Рис. 2.3. Принципова електрична схема ДМР-600Т.

Дві пари контактів 4Р1 і 4Р3 нормально замкнені. Контакти 4Р3 управляють сигнальною лампою СЛ. Коли генератор до мережі не підключений через нормально замкнені контакти 4Р3 сигнальна лампа СЛ, забезпечена червоним світлофільтром і написом «Генератор вимкнений», підключена до мережі повітряного судна. При спрацюванні контактора К (генератор підключений до мережі) з його пересувної шинки поступає живлення на обмотку реле 4Р. Реле 4Р спрацьовує, при цьому розмикається ланцюг сигнальної лампи СЛ і вона гасне. Одночасно спрацьовують контакти 4Р1 і 4Р2, які підключають диференційну обмотку W_д поляризованого реле на «плюс» генератора. Такий спосіб комутації реле зроблено для відключення генератора від мережі у разі обриву фідера генератора на дільниці «плюс» генератора до клеми «Ген.» (ДМР). При цьому по диференціальній обмотці W_д буде протікати струм в напрямі від генератора в мережу, але тільки в зворотному напрямі.

Для захисту електричної мережі від перенапруги, що відбувається через несправність системи регулювання напруги, використовують різного роду автоматичні пристрої.

У цей час застосовуються два типи автоматів захисту:

1) автомати з використанням обмотки електромагніту як вимірювальний елемент;

2) автомати, що мають мостову схему вимірювального елемента з використанням напівпровідникових приладів.

Основним представником автоматів першого типу являється АЗП-8М, електрична схема якого приведена на рис. 2.4. Автомат відключає генератор від мережі з одночасним гасінням поля збудження при підвищенні напруги на затисках понад 31-32В. Складається він з трьох реле і одного контактора.

Реле 1Р і 2Р мають по одній парі нормально розімкнених контактів 1Р1 і 2Р1, реле ЗР нормально замкнені контакти 3Р1. Контактор К з клямкою має три пари нормально замкнених контактів: 1К1, 1К3, 1К4 і одну пару нормально розімкнених контактів 1К2.

Обмотка реле 1Р через регульований опір Rр включається паралельно обмотці збудження генератора і служить чутливим елементом автомата. Реле 1Р1 типу РЗД-П має витримку часу на спрацювання, що виключає помилкове спрацювання захисту при короткочасних підвищеннях напруги. Час спрацювання реле при раптовому підвищенні напруги від 15 до 31 В повинен бути не більше за 1,5 сек., а при підвищенні напруги від 15 до 50 В не менше за 0,06 сек. Схема працює наступним чином.

Коли напруга генератора досягає величини 31-32В, реле 1Р спрацьовує і замикає свої контакти 1Р1.

При цьому спрацьовує реле 2Р і своїми контактами 2Р1 замикає ланцюг контактора (К). Контактор спрацьовує і контактами 1К1 відключає обмотку збудження від вугільного стовпчика, а контактами 1К2 підключає її до додаткового опору R_д. При цьому обмотка збудження підключається до бортової мережі через додатковий опір, що спричиняє різке зменшення струму збудження, а отже, і напруги на затисках генератора. Контактами 1К3 відключається генератор від мережі, оскільки розривається ланцюг 1Р ДМР. Контактами 1К4 розривається ланцюг реле ЗР, за допомогою якого відключається урівнююча обмотка регулятора напруги аварійного генератора.

Рис. 2.4. Принципова електрична схема АЗП-8М.

Контактор К застосовують з клямкою. У момент спрацювання контактор стає на клямку і залишається в такому стані доти, поки під дією механічного зусилля не буде висмикнена клямка. Це робиться з метою неможливості включення несправного генератора.

Принципова електрична схема АЗП з мостовою вимірювальною схемою показана на рис. 2.5. АЗП має два однакових чутливих органи – дві мостові схеми, в діагональ яких включені поляризоване реле ПР1 і ПР2. Мостові схеми мають різну настройку: реле ПР1 спрацьовує при напрузі 30- 31 В, а реле ПР2 при напрузі більше за 33-34 В.

Рис. 2.5. Принципова електрична схема АЗП з мостовою вимірювальною схемою.

При спрацюванні реле ПР1 замикаються нормально розімкнені контакти ПР1, внаслідок чого спрацьовує реле 1Р, а через деякий час, зумовлений витримкою, спрацює реле 6Р і замкне свої нормально розімкнені контакти 6Р1 спрацює реле ЗР і своїми нормально замкненими контактами 3Р1 розірве ланцюг обмотки реле 6Р. Контактами ЗР2 реле стає на самоблокування, а контактами 3Р3 замикає ланцюг обмотки реле 4Р.

Реле 4Р спрацьовує і замикає свої нормально розімкнені контакти 4Р1, 4Р2 і 4Р3. Коли замикаються контакти 4Р1 і 4Р2, включаються сигнальні лампи Л1 і Л2 і спрацьовує реле 8Р, за допомогою якого перемикається система на дублюючий центральний коректор напруги (ЦКН). Якщо при цьому напруга знизилася до номінальної, то реле ПР1, 1Р, ЗР і 4Р відпустять. Для можливості спрацювання реле 9Р, за допомогою якого здійснюється блокування реле 8Р, реле ЗР і 4Р мають витримку часу. Якщо напруга не знизилась після перемикання на інший ЦКН, то необхідно відключити несправний генератор.

У тому випадку, коли напруга підвищується до 33-34 В, то спрацьовують обидва реле ПР1 і ПР2. Реле ПР1 виробляє операції, описані вище, а реле ПР2 включає реле 2Р, яке, в свою чергу, включає реле уповільненої дії 7Р. У тому випадку, коли підвищення напруги викликане несправністю основного коректора, то після переключення з основного ко ректора на той, що дублює напругу відновлюється, реле 7Р не встигає спрацювати, і схема повертається в початкове положення, заблокувавши ланцюг перемикання коректорів. Якщо ж після перемикання коректорів напруга не знижується, то спрацьовують реле 7Р і 5Р. Реле 5Р своїми контактами 5Р1 і 5Р2 розриває ланцюг живлення реле 4Р і система знову перемикається на основний коректор. При цьому реле 5Р через контакти 5Р4 подає сигнали до регулювальників напруги, внаслідок чого відбувається відключення живлення ланцюга збудження у несправного генератора.