7. Преобразователь птс-800бм

Преобразователь трехфазный статический ПТС-800БМ (далее ПТС) предназначен для преобразования постоянного тока напряжением 27 В в трехфазный переменный ток частотой 400 Гц с напряжением 200/115 В. Номинальная мощность нагрузки на выходе преобразователя состав­ляет 800 ВА при коэффициенте мощности 0,8.

В конструктивном отношении ПТС представляет собой прямоуголь­ный корпус, внутри которого размещены силовые устройства, печат­ные платы с элементами систем управления и защиты, встроенный вентилятор и фильтры. Печатный монтаж элементов управления и защиты в сочетании с разъемами лепесткового типа повышает надежность преобразователя, облегчает поиск и устранение неисправностей в процессе эксплуатации.

Вентилятор обеспечивает отвод тепла от силовых элементов преобразователя путем продува воздуха и включается автоматически с помощью специального усилителя и терморезисторов при достиже­нии температуры внутри агрегата до 94...98°С.

Для установки на объекте преобразователь снабжен специальной рамой с амортизаторами и механическими замками. Общая масса преоб­разователя составляет 14 кг.

В структурном отношении (рис.11) преобразователь представляет собой совокупность силовой части и системы регулирования, управления и защиты.

В состав силовой части преобразователя входят:

- два однотипных однофазных инвертора напряжения И1,И2;

- формирователь трехфазного напряжения ФН;

- статический умформер СтУ;

- входной Ф1 и выходной Ф2 фильтры.

Систему регулирования, управления и защиты составляют:

- задающий генератор ЗЕ;

- блоки управления инверторами БУИ1 и БУИ2;

- регулятор напряжения РН;

- фазосдвигающее устройство ФСУ.

Кроме того, в преобразователе предусмотрен встроенный блок питания, представляющий собой параметрический многоуровневый стабилизатор напряжения и предназначенный для питания функциональ­ных элементов преобразователя, и устройство защиты от перегру­зок, которые на схеме рис. 11 не показаны.

Рис. 11

Принцип построения и работы ПТС основан на формировании трехфазной системы напряжений из двух однофазных напряжений и стабилизации выходного напряжения путем регулирования напряжения пи тания однофазных инвесторов.

Упрощенная электрическая схема ПТС приведена на рис. 12.

Инвертор И1 (И2) выполнен на транзисторах VI...V4 по мостовой схеме, в одну диагональ которой включена первичная обмотка трансформатора Т1(Т2) формирователя напряжения ФН, а ко второй диагонали подведено напряжение постоянного тока.

Управление состоянием транзисторов V1...V4 осуществляется импульсными сигналами прямоугольной формы, следующих с частотой 400 Гц с выходов триггеров TI и ТЗ блока управления инвертора БУИ1(БУИ2). Причем импульсы управления транзисторами VМ и V2 поступают с запаздыванием на 1/3 периода по отношению к импульсам управления транзисторами V3 и V4 , как это показано на рис. 13. В результате такого запаздывания на выходе инвертора формируется напряжение Uинв прямоугольной формы с "паузой на нуле" длительностью 1/6 периода, что в пересчете на электрический угол первой (основной) гармоники составляет 60°эл. Пауза указанной длительности обеспечивает улучшение спектрального состава выход­ного напряжения и, вследствие этого, снижение массы выходного фильтра и повышение КПД преобразователя. В этом легко убедиться, разложив в ряд Фурье напряжение Uинв:

где - относительная длительность паузы.

Из данного выражения следует, что при в спектре напряжения отсутствуют все гармоники тока, кратные 3, и существен­но ослаблены другие высшие гармонические составляющие. При этом достигается коэффициент нелинейных искажений ______ Дальнейшее снижение содержания высших гармоник и приведение коэффициента нелинейных искажений в соответствие с ГОСТ 19705-81 до 8% и менее обеспечивается установкой выходного фильтра.

Указанный закон переключения транзисторов VI...М4 обеспечивается блоком управления инвертором БУИ1 (БУИ2) .

Основными элементами БУИ являются R-S триггеры Т1...ТЗ с логикой на входах, сумматор и делитель частоты на 3, выполненный с использованием схемы задержки на 3 такта.

Рабочая частота БУИ составляет 2400 Гц, которая получается удвоением частоты 1200 Гц разнополярных импульсов, поступающих от задающего генератора, с помощью двух элементов ИЛИ-НЕ и сумматора. При этом триггер TI изменяет свое состояние по переднему фронту каждого третьего импульса, триггер Т2 переключается с запаздыва­нием относительно TI на I такт рабочей частоты. Такое же запаздывание имеет триггер ТЗ относительно Т2. Период переключения всех триггеров составляет 6 тактов рабочей частоты, что соответствует заданной частоте переключений инверторов 400 Гц (рис.1З.).

Рис. 13

Блок БУИ2 выполнен аналогично БУИ1. Однако импульсы управления на вход БУИ2 поступают не непосредственно от задающего генератора, а от БУИТ через магнитный усилитель УМ2 фазосдвигающего устройства. За счет использования магнитного усилителя обеспечивается временной сдвиг импульсов управления БУИ2 относительно импульсов БУИ1 на регулируемый промежуток времени и, в конечном итоге создается фазовый сдвиг напряжения второго инвертора относительно напряжения первого инвертора на угол, близкий к 90°эл. Это, как будет видно из дальнейшего необходимо для формирования симметричной трехфазной системы напряжений на выходе преобразователя.

Формирователь напряжения ФН предназначен для формирования трехфазной системы напряжений и представляет собой (см.рис.12) совокупность двух однофазных трансформаторов TI и Т2. Первичные обмотки трансформаторов включены в диагонали транзисторных мостов соответствующих инверторов И1 и И2, а их вторичные обмотки соединены специальным образом: конец обмотки Т2 соединен с серединой обмотки Т1, отпайка вторичной обмотки Т2, соответствующая 1/3 числа ее витков, соединена с корпусом самолета и образует силовую нейтраль а свободные концы обмоток соединены с нагрузкой преобразователя через емкостной выходной фильтр.

В результате такого соединения обмоток, требуемого соотношения их чисел витков w₂/w₁ = З/2, а также фазового сдвига 90°эл. между входными напряжениями U_инв1 и U_инв2 , на выходе ФН создается симметричная трехфазная система линейных и фазных напряжений (рис.14). При не симметрии нагрузки по фазам преобразователя симметрия напряжений может нарушаться. Для устранения не симметрии служит фазосдвигающее устройство, основным элементом которого является упомянутый выше магнитный усилитель УМ2 и работающий в режиме широтно-импульсного модулятора. С

Рис. 14

Ток в обмотке управления УМ2 пропорционален разности линейных напряжений U_АС и U_BC на выходе преобразователя. Если эти напряжения равны (система трехфазных напряжений симметрична), ток в обмотке управления УМ2 отсутствует. При этом передние фронты импульсов напряжения, возникающих в моменты перехода сердечников УМ2 в насыщенное состояние на обмотках трансформатора ТЗ, по отношению к передним фронтам импульсов напряжения питания УМ- оказывается сдвинутыми по времени на 1/4 периода их следования. Такое запаздывание импульсов, поступающих на вход блока БУИ2, обеспечивает как было указано выше фазовый сдвиг напряжений инверторов И1 и И2 на 90°эл. Если же линейные напряжения U_AC и u_bc оказываются неравными, фазовый сдвиг напряжений инверторов становится отличным от 90°эл., и симметрия выходных напряжений преобразователя восстанавливается.

Статический умформер СТУ предназначен для стабилизации выходного напряжения преобразователя путем регулирования напряжения питания инверторов при изменении входного напряжения постоянного тока и величины нагрузки преобразователя.

Статический умформер представляет собой сочетание однофазного инвертора, выполненного на транзисторах V1,V2 и автотрансформаторе, с двухтактным выпрямителем (диоды V3 и V4).

Транзисторы V1 и V2. СТУ, поочередно открываясь с частотой 9600 Гц по сигналам задающего генератора, создают знакопеременную МДС первичных обмоток и обеспечивают перемагничивание сердечника автотрансформатора. В результате в его вторичных обмотках наводится ЭДС, амплитудное значение которой Е определяется соотношением чисел витков вторичной W2 и первичной W1 обмоток и напряжением U_п питания преобразователя

Вторичные обмотки автотрансформатора соединены последовательно с источником питания, в результате чего среднее значение напряжения на выходе рарчо сумме напряжения питания и среднего выпрямленого значения этой ЭДС, т.е. U_ВЫХ=U_П+E_cp . В свою очередь, среднее значение ЭДС зависит от скважности открытого состояния транзисторо СТУ и выражается формулой

где _и, _п - соответственно длительности открытого и закрытого состояний транзисторов V1 или V2.

Таким образом, регулируя скважность, можно изменять выходное напряжение СТУ и, следовательно, изменять напряжение питания ин­верторов. В номинальном режиме работы ПТС-800 БМ это напряжение составляет 55-65 В.

Временные диаграммы, поясняющие принцип функционирования статического умформера, приведены на рис.15.

Стабилизация напряжения преобразователя осуществляется с помощью регулятора напряжения, состоящего из магнитного усилителя УВД, источника опорного напряжения (элементы V3,R4,V5) и потенциометра R5.

Рис. 15

К потенциометру R5 приложено среднее значение выпрямленного напряжения, пропорционального двум линейным напряжениям переменного тока. Ток в обмотке управления УМ1 определяется разностью измеренного напряжения, снимаемого с подвижного контакта R5, и эталонного напряжения на стабилитроне V5. При увеличении этой разности (например, в случае уменьшения нагрузки преобразователя и увеличения его выходного напряжения) ток в обмотке управления УМ1 увеличивается, сердечники усилителя глубже размагничиваются в нерабочие полу периоды, позже входят в насыщение в рабочие полупери оды и, соответственно, позже открываются транзисторы V1 и V2 СТУ, переходы база-эмиттер которых являются нагрузкой магнитного усилителя. Таким образом в данном регуляторе реализован метод широтно-импульсной модуляции прямоугольных импульсов, поступающих от задающего генератора. В результате среднее значение напряжения питания инверторов уменьшается, а выходное напряжение преобразователя возвращается к своему заданному уровню. Установка заданного напряжения осуществляется перемещением подвижного контакта R5, шлиц которого расположен на передней панели преобразователя и закрыт колпачком.

Регулятор напряжения одновременно используется в качестве исполнительного органа системы защиты преобразователя от чрезмерного повышения напряжения в сети постоянного тока и от внутренних перенапряжений, которые опасны для силовых полупроводниковых приборов.

С этой целью последовательно со стабилитроном V5 вместо традиционного балластного резистора включен транзистор V3, находящийся в нормальных режимах работы в открытом состоянии. При этом стабилитрон V5 пробит, и на нем поддерживается постоянное падение напряжения как в обычном параметрическом стабилизаторе.

В случае чрезмерного повышения напряжения в сети или на выходе СТУ транзистор V3 закрывается напряжением, снимаемым на его базу с делителей R1 или R2, подпитка стабилитрона V5 прекращается и последний, закрывается. При этом ток в обмотке управления УМ1 значительно возрастает и переводит магнитный усилитель в ненасыщенное состояние. В таком состоянии магнитного усилителя импульсы напряжения на его нагрузке отсутствуют и транзисторы VI t V2 СТУ остаются закрытыми в течении всего периода напряжения задающего генератора. Напряжение питания инверторов снижается до уровня входного напряжения и сохраняется на этом уровне до тех пор, пока существует причина срабатывания защиты.

Статический преобразователь ПТС-800БМ достаточно надежен в эксплуатации и не требует выполнения каких-либо профилактических работ. Работы по его эксплуатации сводятся к внешнему осмотру, контролю работоспособности, корректировке уровня выходного напряжения, а также контроля основных параметров преобразователя перед установкой на объект. При этом следует учитывать, что микросхемы и транзисторные сборки, используемые в его системе регулирования и защиты, критичны к статическому электричеству.

Во избежание отказов, обусловленных разрядами статического электричества, необходима обеспечивать надежное заземление преобразователя с корпусом самолета, а при установке на объект промыть ветошью, смоченной в спирте, штепсельные разъемы.

1. Индуктор однофазного генератора

2. Обмотка возбуждения

3. Вал электромашинного агрегата

4. Индуктор трехфазного генератора

5. Обмотка возбуждения

6. Подставка

7. Якорь электродвигателя

8. Хомут

9. Коллектор

10. Шарикоподшипник

11. Пружина

12. Держатель центробежного переключателя

13. Колпак

14. Контактный винт

15. Контактная пружина

16. Плоская пружина

17. Центробежный грузик

18. Пружинная скоба

19. Щит электродвигателя

20. Щетка

21. Штепсельный разъем Ш2

22. Полюс электродвигателя

23. Обмотка возбуждения электродвигателя

24. Пусковая коробка

25. Статор трехфазного генератора

26. Рабочая обмотка трехфазного генератора

27. Рабочая обмотка однофазного генератора

28. Статор однофазного генератора

29. Корпус агрегата

30. Клемная колодка

31. Крышка клеммной колодки

32. Штепсельный разъем Ш1.

33. Щеткодержатель генератора

34. Вентилятор

35. Колпак

36. Фланец

37. Шарикоподшипник

38. Контактные кольца