книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

В качестве примера статического преобразователя постоян­ ного тока в переменный с непрерывным управлением на рис. 12. 12 приведена электрическая схема одного из таких преобразовате­ лей. Преобразователь состоит из задающего генератора, вы­ полненного на составном триоде Т1Т2 согласующего каскада, выполняющего одновременно роль промежуточного усилителя (триод Т3), и двухтактного усилителя на триодах ТА и Т5, включенных по схеме с общим эмиттером. В качестве нагрузки

Рис. 12. 12. Схема статического преобразователя с непрерывным управлением

задающего генератора синусоидальных колебаний, выполненного на цепочках RC, используется дроссель Др, позволяющий зна­ чительно увеличить мощность на выходе схемы, так как он обла­

C5R5, C6R6 осуществляется поворот выходного напряжения три­ ода Т1 на угол я, после чего это напряжение в той же фазе, что и входное, поступает на вход триода П через конденсатор обрат­ ной связи С2. Этим обеспечивается автоколебательный режим работы задающего генератора. Необходимый режим работы за­ дающего генератора обеспечивается соответствующим выбором параметров схемы — сопротивления #1, R2, R3 и конденсаторов СЗ и С7. Далее сигнал задающего генератора через конденса­ тор С1 и сопротивления R7 поступает на цепь база-эмиттер про­ межуточного триода Т3, работающего в режиме усиления класса А, усиливается и выделяется на первичной обмотке со­ гласующего трансформатора Трі. При помощи сопротивлений- R8, R9, Д10 и конденсаторов С9, С8 обеспечивается необходимый режим работы триода Т3. Двухтактный оконечный усилитель мощности на триодах ТА и Т5 работает в режиме класса В, кото­ рый обеспечивается подачей соответствующего смещения на базы триодов ТА и Т5. Для уменьшения доли четных гармоник в кривой напряжения на выходе применяются конденсаторы

271

СЮ и СИ. Коэффициент усиления схемы можно плавно изме­ нять при помощи сопротивления R7. По такой схеме можно вы­

Инверторные системы на значительно большую мощность выполняются на базе тиристоров. Использование нескольких автономных инверторов, работающих ів режиме «ключа», позво­ ляет получить на выходе ступенчатую форму кривой перемен­ ного тока, близкую к синусоиде. Необходимость применения для этой цели большого числа тиристоров (60 и более для получения трехфазного тока) окупается хорошей формой кривой перемен­ ного тока и высоким к. п. д.

промежуточное звено постоянного тока, что усложняет и утя­ желяет преобразователь.

12. 6. СТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

НЕСТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ В ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

Весьма перспективными в настоящее время являются системы ПСПЧ, основанные на преобразовании переменного тока повы­ шенной, нестабильной частоты (1200—2400 Гц), вырабатывае­ мого синхронными генераторами, приводимыми непосредст­ венно с вала авиадвигателя, в переменный ток стабильной частоты, минуя звено постоянного тока. Такие системы получили наименование циклоконверторных или просто конверторных систем.

Принципиальная схема полупроводникового преобразователя частоты с непосредственной связью приведена на рис. 12. 13. На этой схеме изображен преобразователь трехфазного переменного тока нестабильной частоты в однофазный переменный ток ста­ бильной частоты.

Управляемые вентили (тиристоры) В1, В2, ВЗ (катодная группа вентилей) служат для формирования «положительной» полуволны, а тиристоры В4, В5, В6 (анодная группа вентилей) для формирования «отрицательной» полуволны преобразован­ ного тока.

При рассмотрении рабочих процессов, происходящих в пре­ образователе, будем считать, что генератор нестабильной ча­ стоты является источником бесконечно большой мощности, про­ цесс коммутации вентилей протекает мгновенно (у = 0), сопро­ тивления элементов схемы преобразователя (трансформато-

272

ра, вентилей) принимаются равными нулю, намагничивающий

ток трансформатора отсутствует и выходной ток преобразова­ теля непрерывен.

Если управлять при помощи открывающих импульсов тока катодной и анодной группами вентилей так, что в течение первой половины периода преобразованного тока (частота f2) угол управления а лежит в пределах Оч-я/2 и остается величиной постоянной, а в течение второй полуволны периода преобразо­

Так как a = const, то волна среднего выпрямленного напряже­ ния имеет прямоугольный характер (пунктир на рис. 12.14), причем период ее Т2 — 1Ц2 постоянен, так как постоянен период смены углов а и а' управляющих сигналов.

Дроссели X, разделяющие катодную и анодную группы вен­ тилей (см. рис. 12.13), ограничивают уравнительные токи, возни­ кающие между вторичными обмотками различных фаз питаю­ щего трансформатора в связи с неодинаковыми мгновенными значениями напряжения при дополняющих друг друга до я ра­ диан углах а и р .

Амплитуду первой гармоники выходного напряжения ІІ2 можно менять, изменяя постоянную (в течение полупериода) величину угла а.

273

Так как частота преобразованного тока берется в несколько раз меньшей частоты преобразуемого тока нестабильной частоты (/,>/„), то полуволна преобразованного напряжения стабильной частоты формируется («вырезается») из большого числа участ­ ков синусоид первичного тока нестабильной частоты.

Для того чтобы форму кривой напряжения преобразованного тока приблизить к синусоидальной, целесообразно угол а в те­ чение полупериода преобразованного тока изменять так, чтобы

Рис. 12. 14. Изменение напряжения на нагрузке

средняя величина выпрямленного за полупериод напряжения сначала возрастала, а потом уменьшалась.

На рис. 12. 15 приведена диаграмма преобразованного напря­ жения для случая, когда угол управления а меняется по линей­ ному закону, причем кривая а показывает зависимость управле­ ния открывающими импульсами катодной группы вентилей, а кривая а' — зависимость управления открывающими импуль­ сами для анодной группы вентилей.

Кривая выпрямленного напряжения в этом случае (пунктир на рис. 12. 15) по форме близка к синусоидальной. Приведенные здесь кривые стоответствуют простейшему случаю, когда первая гармоническая составляющая тока нагрузки совпадает с первой гармонической составляющей выходного напряжения.

В зависимости от характера нагрузки синусоиды волн тока и напряжения могут быть сдвинуты относительно друг друга на угол ф.

В этом случае вентили катодной и анодной групп будут рабо­ тать не только в режиме выпрямления тока, часть времени они будут работать также и в инверторном режиме. Инверторные

274

режимы работы характеризуются тем, что напряжение и ток в выходной цепи имеют противоположный знак и энергия в этом режиме работы передается из вторичной цепи в первичную.

Рис. 12. 15. Диаграмма напряжения при линейном за­ коне управления

анодной групп вентилей в выпрямительный режим определяются моментами перехода кривой тока нагрузки через нуль, а пере­ ход от выпрямительного режима в инверторный — моментами перехода через нуль кривой напряжения на нагрузке.

На рис. 12. 16, а сплошной линией выделены рабочие участки прямых зависимости упавляющих углов от времени, для катод­

иметь в виду, что угол опережения ß должен быть больше суммы углов коммутации у и восстановления запертого состояния вен­ тилей Ѳ. Поэтому в действительности диапазон изменения угла

275

а (а—а') не может превышать ~ 0 ,9 я . Если учесть, кроме того, что выходное напряжение уменьшается за счет падения напря­ жения на реактансе генератора, сглаживающих фильтрах и вен­ тилях, то максимальная величина вторичного напряжения соста­ вит не более 50-у-60% от входного напряжения. Это заставляет выполнять генераторы нестабильной частоты на повышенное на­ пряжение, если нежелательно применение в системе повышаю­ щих трансформаторов.

Так как преобразователь частоты является для генераторов нелинейной нагрузкой и выходные напряжения и ток содержат

Рис. 12. 17. Преобразователь трехфазного тока в трехфаз­ ный ток другой частоты

большое число гармонических составляющих, то генератор при­ ходится рассчитывать на большую мощность (на 60% большую мощность на выходе), а коэффициент мощности его не превы­ шает 0,7.

На базе рассмотренного выше однофазного преобразователя переменного тока нестабильной частоты в переменный ток ста­ бильной частоты можно построить преобразователь трехфазного переменного тока нестабильной частоты в трехфазный перемен­ ный ток стабильной частоты. Для этого нужно сочленить одно­ фазные группы преобразователей частоты (рис. 12.17) и обес­ печить такое изменение углов а различных групп, чтобы сдвиг фаз между вторичными напряжениями отдельных групп соста­

вил — л. Вторичные обмотки на выходе разделены конденсато­

рами Сф, которые ів сочетании с дросселями образуют фильтры, сглаживающие вторичные напряжения.

Преимущества систем электроснабжения летательных аппа­ ратов, построенных на таких конверторных преобразователях частоты (систем ПСПЧ), заключаются в том, что их можно выполнить очень надежными на большой срок службы, располо­

276

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

13.1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

Впроцессе эксплуатации электрической системы летатель­ ных аппаратов возможны повреждения или ненормальная ра­

бота отдельных элементов электроэнергетического узла, что может повлечь за собой нарушение нормальной работы всего энергетического узла в целом. Всякое нарушение нормального режима работы электроэнергетического узла, связанное с по­ вреждением его элементов и приводящее к отклонению напря­ жения или частоты от заданного уровня, называется аварийным режимом работы электроэнергетического узла летательного аппарата.

Наиболее часто встречающимися неисправностями элементов электроэнергетического узла являются короткие замыкания, не­ исправность цепей регуляторов напряжения, регуляторов часто­ ты или регуляторов частоты 'вращения. Возникающие при этом

.аварийные режимы работы могут привести к очень серьезным последствиям, вплоть до выхода из строя всей системы электро­ снабжения летательного аппарата, а в ряде случаев к возникно­ вению пожара, взрыва и даже катастрофе.

Короткие замыкания могут возникнуть вследствие перетира­ ния изоляции проводов, повреждения токонесущих частей или воздействия агрессивных сред. Различают два вида коротких. замыканий, которые могут быть на летательном аппарате. Пер­ вый вид короткого замыкания — это так называемые глухие или металлические короткие замыкания. Этот вид короткого замы­ кания характеризуется нулевой величиной сопротивления в месте короткого замыкания и образуется, обычно, в результате свари­ вания расплавившихся при возникновении короткого замыкания металлических токонесущих частей. Так как сопротивление короткого замыкания при этом близко к нулю, то характерной особенностью таких коротких замыканий является наличие зна­ чительных токов короткого замыкания, обычно превышающих номинальные величины.

278

Другой вид короткого замыкания носит название переме­ жающегося короткого замыкания. Короткое замыкание в этом случае носит периодический характер. Оно то возникает, то исчезает. Происходит это обычно потому, что при возникновении короткого замыкания появляется дуга, которая выжигает ме­ талл в месте короткого замыкания, и оно благодаря этому само­ ликвидируется. Затем, вследствие вибраций, которые всегда имеются на летательном аппарате, короткое замыкание возни­ кает вновь, снова самоликвидируется и т. д. Следует подчерк­ нуть, что частота возникновения замыкания при этом не является постоянной и процесс носит обычно хаотический характер. Этот вид короткого замыкания характеризуется сравнительно неболь­ шой величиной эффективного тока короткого замыкания, кото­ рая в ряде случаев не превышает величину номинального тока.

Как глухие, так и перемежающиеся короткие замыкания являются очень опасными и должны быть немедленно локализо­ ваны. При глухом коротком замыкании большой ток, протекаю­ щий в коротко замкнутой цепи, может вызвать воспламенение изоляции и пожар. Перемежающееся короткое замыкание опасно тем, что хотя эффективная величина тока и невелика,^ однако искро- и дугообразования в месте короткого замыкания могут привести к взрыву и пожару.

Наиболее часто встречаются следующие два вида неисправ­ ностей в цепях регуляторов напряжения. Первый вид неисправ­ ности — обрывы в цепи органа реагирования регулятора напря­ жения (например, обрыв цепи обмотки электромагнита уголь­ ного регулятора напряжения). Следствием этой неисправностиявляется потолочное возбуждение генератора, что приводит к пе­ ренапряжению, если генератор работает на нагрузку один, или к перегрузке генератора, если генератор работает на нагрузку параллельно с другими генераторами. (При параллельной работе синхронных генераторов неисправный генератор берет на себя чрезмерно большую реактивную нагрузку.) Когда генераторы снабжены угольными регуляторами напряжения, к такому же результату приводит спекание шайб угольного столба регу­ лятора.

Второй вид неисправности — это короткое замыкание в цепи органа реагирования регулятора напряжения, приводящее

всети, если генератор работает на сеть один, или сброс нагрузки

сгенератора и даже переход генератора в двигательный режим* если генератор работает на нагрузку параллельно с другими генераторами (при параллельно работающих синхронных гене­ раторах -неисправный генератор становится потребителем реак-

279

дивного тока). Аналогичный характер могут иметь неисправ­ ности в цепях регуляторов скорости, которые применяются в при­ водах постоянной частоты вращения синхронных генераторов. Так неисправность в цепи магнитного усилителя, управляющего корректором частоты, может привести к тому, что корректирую­

может привести неисправность центробежно-гидравлического регулятора скорости. Если регулятор скорости стремится увели­ чить частоту вращения привода выше номинальной, то наблю­ дается либо увеличение частоты генерируемого тока (при оди­ ночной работе генератора), либо перегрузка генератора актив­ ной мощностью (при параллельной работе генераторов). В том ■случае, когда регулятор скорости будет стремиться уменьшить частоту вращения привода ниже номинальной, то наоборот, -одиночно работающий генератор будет работать при понижен­ ной частоте, а активная нагрузка генератора, работающего па­ раллельно с другими генераторами, уменьшится и генератор может перейти в двигательный режим работы.

К аварийным режимам работы следует отнести также случаи обрыва питающих проводов, не приводящие к короткому замы­ канию. Обрыв проводов при системе электроснабжения летатель­ ного аппарата на постоянном токе приводит к лишению питания всех потребителей, присоединенных к этим проводам. Анало­ гично при системе электроснабжения на трехфазном переменном токе обрыв трех или двух фазовых проводов приводит к лише­ нию питания соответствующих потребителей. При обрыве одного разового провода питание трехфазных потребителей будет осу­

если вследствие пониженного вращающего момента они оста­ новятся и окажутся® режиме короткого замыкания. Поэтому ре­ жим работы энергоузла при потере даже одной фазы недо­ пустим.

Все приведенные выше аварийные режимы работы электро­ энергетического узла летательного аппарата могут быть причи­ ной ненормальной работы специального оборудования, невыпол­ нения задания и даже катастрофы.

13.2. ВНЕЗАПНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ В ЦЕПИ ЯКОРЯ

.АВИАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассмотрим процесс внезапного короткого замыкания на за­ жимах авиационного генератора постоянного тока, оборудован­ ного угольным регулятором напряжения (рис. 13.1).

280