Системы электроснабжения воздушных судов Структура систем электроснабжения
Бортовые системы электроснабжения летательных аппаратов (ЛА) разделяют на первичные, вторичные, резервные и аварийные. Система электроснабжения называется первичной, если ее основными источниками являются генераторы, которые приводятся во вращение маршевыми двигателями. Вторичная система - это система в которой электрическая энергия получается преобразованием электрической энергии первичной системы. Резервной системой электроснабжения называется такая, в которой электрическая энергия вырабатывается генератором с приводом от вспомогательной силовой установки и аварийной от аккумуляторных батарей и аварийных преобразователей. Наименование СЭС конкретного воздушного судна присваивается по виду его первичной системы. Выбор той или иной системы обусловлен многими факторами: назначением самолета, требованиями к качеству электрической энергии, требованиями по надежности, удобством эксплуатации, технико-экономическими показателями и др.
В настоящее время все системы электроснабжения летательных аппаратов, существующие в гражданской авиации, могут быть сведены к трём большим группам: постоянного тока, переменного тока и смешанные.
Первая группа (рис. 2.1) - это система, в которой в качестве основного вида электроснабжения используется постоянный ток низкого напряжения Uном = 27 В. В системах постоянного тока основными источниками электрической энергии являются генераторы постоянного тока. Кроме них в качестве аварийных источников, а также для питания самолетной электрической сети на стоянке и для питания агрегатов системы запуска авиадвигателей используются аккумуляторные батареи. В системах электроснабжения постоянного тока отечественных самолетов приняты следующие величины номинальных напряжений:
— у генераторов постоянного тока 28,5 В;
— у аккумуляторных батарей 24 или 25 В;
В качестве типовых вторичных СЭС на этих ВС приняты:
- система переменного однофазного тока с Uном =115 В, fном = 400 Гц.
- система переменного трехфазного тока с Uном = 36 В, fном = 400 Гц.
Переменный ток стабильной частоты получается преобразованием постоянного тока в переменный. Обычно (на более старых ВС) это выполняют преобразователи - вращающиеся двигатель-генераторные агрегаты.
К таким системам можно, например, отнести системы электроснабжения небольших поршневых самолетов (ЯК-18, ЯК-52, ЯК-55, АН-2), более старых турбореактивных (ЯК-40, ТУ-134) и самолётов бизнес - класса (Л-410 УВП).
Рис.2.1 Структурная схема системы электроснабжения постоянного тока. АД — авиационный двигатель; Г - генератор; Пр - ль - преобразователь; АККУМ. – аккумулятор.
Вторая группа (рис. 2.2) – это смешанная система электроснабжения. На самолетах со смешанными системами электроснабжения устанавливаются как генераторы постоянного тока, так и соизмеримые с ними по мощности генераторы переменного однофазного тока напряжением 115 В частотой 400 Гц. К таким системам можно, например, отнести системы электроснабжения турбовинтовых самолетов (Ан-12, Ан-24, Ан-26, Ан-30, Ан-32, Ил-18). Установка генераторов переменного тока была обусловлена применением на этих ВС электрической системы противообледенения воздушных винтов, которая требует значительного расхода мощности. В данной системе генератор переменного тока имеет изменяющуюся частоту, но так как в полете обороты турбовинтовых двигателей практически не изменяются, то и частота генераторов также остаётся постоянной. В режиме земного малого газа частота генераторов переменного тока смешанной системы будет занижена. Что же касается постоянного тока, то электроснабжение потребителей аналогично электроснабжению первой группы.
Рис.2 2. Структурная схема смешанной системы электроснабжения. Г_ - генератор постоянного тока; Г~ - генератор переменного тока; ПР-ЛЬ - преобразователь; АККУМ – аккумулятор.
Третья группа (рис. 2.3)—это система переменного тока. Её можно подразделить на два типа:
а) переменного трехфазного тока постоянной частоты;
б) переменного трехфазного тока нестабильной («гуляющей») частоты.
В третьей группе "а" используются системы генерирования переменного тока стабильной частоты как основной системы электроснабжения. Эти системы являются более современными по сравнению с системами электроснабжения постоянного тока и смешанными системами самолетов подобного класса. Анализ показывает, что система электроснабжения, в которой в качестве первичной принята система переменного тока постоянной частоты по сравнению с системой электроснабжения постоянного тока низкого напряжения, имеет лучшие технико-экономические и массовые показатели и более высокие показатели надежности. Эти системы используются на самолетах гражданской авиации дальних и средних магистральных воздушных линий (ИЛ-62, ИЛ-76, ИЛ-86, ТУ-154, АН-72, АН-74, АН- 22, АН-124, ЯК-42, AH-148).
На рис. 2.3.а) представлена система электроснабжения переменного тока стабилизированной частоты. На самолетах с системами электроснабжения переменного тока основными источниками электрической энергии являются генераторы переменного трёхфазного тока напряжением 208/120 В с частотой 400 Гц.
Между авиационным двигателем и синхронным генератором включается устройство, преобразующее переменную скорость вращения авиационного двигателя в постоянную скорость вращения генератора (привод постоянной частоты вращения - ППЧВ). Как правило, они бывают либо гидравлическими, либо воздушными.
Рис. 2.3.а) Структурная схема СЭС переменного трёхфазного тока стабильной частоты. Г -генератор; ППЧВ—привод постоянной частоты вращения; ВЫПР - выпрямитель; АККУМ – аккумулятор; ТРАНС. - трансформатор
Большинство потребителей в этом случае получают питание от сети переменного тока. А для питания незначительной по мощности группы потребителей постоянным током (электромагнитные устройства, приборное оборудование и пр.) в таких системах имеются выпрямительные устройства или трансформаторно-выпрямительные блоки. На всех типах самолетов используются также вторичная система трехфазного переменного тока напряжением 36 В частотой 400 Гц. Основными источниками этой системы являются трехфазные трансформаторы.
Для значительной части потребителей безразлично, какой частотой они будут питаться. К группе 3 "б" можно отнести системы, в которых генераторы вырабатывают напряжение нестабилизированной частоты. На рис.2.3 б) показана структурная схема системы электроснабжения переменного тока нестабилизированной частоты со статическим преобразователем частоты. В такой системе генератор, приводимый во вращение от авиационного двигателя, имеет переменную частоту. Основная часть потребителей подключается к напряжению генератора переменной частоты. После генератора включается трехфазный статический преобразователь частоты, который является основным источником вторичной системы стабилизированной частоты. Статические преобразователи частоты вырабатывают напряжение 200/115 В частотой 400 Гц. Для получения постоянного тока низкого напряжения 27 В используются выпрямители, получающие питание также от генераторов. В качестве вторичной системы используется также система переменного трёхфазного напряжением 36 частотой 400 Гц. Основными источниками этой системы являются трансформаторы, получающие питание от системы 200/115 В стабилизированной частоты 400 Гц. Такая система, например, установлена на перспективном военно-транспортном самолете, разработанным АНТК им. Антонова АН-70.
Рис.2.3.б) Структурная схема СЭС переменного трехфазного тока нестабилизированной частоты с использованием преобразователя частоты.
СЭС переменного трехфазного тока нестабилизированной частоты может быть также выполнена, как показано на рис.2.3.в). В этой системе напряжение вырабатывается также генераторами переменной скорости вращения. Вторичной системой электроснабжения здесь является система постоянного тока напряжением 27 В, источниками которой являются выпрямители и аккумуляторы.
Вторичными системами при этом являются также системы трехфазного переменного тока стабилизированной частоты 400 Гц напряжением 200/115 В и 36 В. Источниками этих систем являются электронные статические преобразователи, которые получают питание от системы постоянного тока. Такой системой оборудован новый отечественный самолёт АН-140.
Рис. 2.3.в) Структурная схема системы электроснабжения на переменном токе нестабильной частоты с использованием выпрямителей и статических преобразователей постоянного тока в переменный. Г - генератор; ПР-ЛЬ преобразователь; АККУМ - аккумулятор.