Угольный регулятор напряжения Р-27

Лабораторная работа №1

Исследование энергоузла системы электроснабжения постоянного тока

Цель работы

1. Изучить назначение, принцип работы аппаратуры управления и защиты энергоузла системы электроснабжения (СЭС) постоянного тока.

2. Исследовать работу энергоузла СЭС постоянного тока на примере самолета ЯК-40.

Краткие теоретические сведения

Энергоузел СЭС постоянного тока

Энергоузел - это совокупность устройств, предназначенных для производства электроэнергии необходимого качества с функциями управления и защиты.

Структура энергоузла на отечественных ВС типовая. Отличаются энергоузлы между собой мощностью генераторов, маркировкой элементов и числом каналов. Например, на самолетах АН-2, ЯК-18, ЯК-52 энергоузел состоит из одного канала, на Л-410 УВП, АН-24, АН-26, АН-32 - из двух, на ЯК-40 – из трех, на ТУ-134 из четырех и на АН-12, ИЛ-18 из восьми.

Каждый канал включает источники электрической энергии с аппаратурой регулирования и защиты и часть системы распределения. Для повышения надежности каналы могут работать параллельно (АН-24, АН-26, ЯК-40, ТУ-134 АН-12, ИЛ-18) или раздельно, (Л-410 УВП, АН-32) но с взаиморезервированием при отказах генераторов.

Для примера рассмотрим энергоузел СЭС постоянного тока самолета ЯК-40, упрощенная функциональная схема которого приведена на рис. 1.

Генератор ВГ-7500Я

Генератор ВГ-7500Я предназначен для питания потребителей, подключенных к бортовой сети самолета, и подзарядки бортовых аккумуляторных батарей. Конструктивно генератор постоянного тока представляет собой коллекторную электрическую машину с самовозбуждением, у кото­рой цепь обмотки возбуждения подключена параллельно выходным клеммам генератора. На статоре расположены основные и дополнительные полюса. Обмотка якоря расположена на роторе. Ток якоря отводится во внешнюю цепь с помощью коллектора и контактных щеток. Коллектор выполняет роль выпрямителя.

Охлаждение генератора в полете осуществляется забортным воздухом. На капоте авиационного двигателя (АД) установлен воздухозаборник, с которого подается воздух для охлаждения генератора. Корпус генератора (рис. 1) имеет цилиндрическую форму (2), с одного торца имеется фланец (1) для подсоединения к картеру АД, а с другого – патрубок (5) для подвода воздуха для охлаждения. Воздух под давлением скоростного напора проходит генератор и выходит в отверстия, расположенные около фланца. При продуве генератора охлаждающий его воздух омывает коллектор (4), щетки и щеткодержатели (3), железо и обмотку якоря (6), катушки основных и дополнительных полюсов (7). На якоре со стороны фланца установлен вентилятор, который обеспечивает охлаждение генератора на земле. Охлаждается генератор в полете встречным потоком воздуха, а на земле за счет самовентиляции, поэтому ис­пользовать генератор на номинальную мощность на земле нельзя во избежание перегрева обмоток.

Генератор ВГ-7500Я работает совместно с комплектом аппара­туры управления и защиты, предназначенного для подключения генератора в бортовую сеть, когда его напряжение ровно или боль­ше напряжения бортовой сети, поддержания напряжения генерато­ра в заданных пределах, обеспечения параллельной работы генера­торов, защиты бортовой сети и генераторов от перенапряжения, снижения напряжения и коротких замыканий.

1.- фланец для подсоединения к картеру АД; 2. – корпус генератора; 3. – контактные щетки; 4. – коллектор; 5. - патрубок для подвода воздуха для охлаждения; 6. – обмотка якоря; 7. - катушки основных и дополнительных полюсов

Рис. 1- Самолетный генератор

Каждый генератор имеет свой комплект аппаратуры управле­ния и защиты, который состоит из регулятора напряжения Р-27, трансформатора стабилизации ТС-9М-2, дифференциально-минимального реле ДМР-400Д, автомата защиты от перенапряжения АЗП-1МБ и схемы защиты силовой цепи генератора от коротких замыканий АПЗ (Автомат Продольной токовой Защиты).

Регулятор напряжения Р-27 предназначен для поддержания напряжения генератора неизменным в пределах 27—29,7В при изменении тока нагрузки генератора и оборотов авиадвигателя, на котором он установлен, а также изменения напряжения генератора вручную с помощью вы­носного сопротивления ВС-25Б. Одновременно регулятор Р-27 использует­ся для автоматического выравнивания токов нагрузки между па­раллельно работающими генераторами с помощью балластных соп­ротивлений РС-2Ш.

Упрощенная функциональная схема энергоузла СЭС постоянного тока показана на рис.2.

Рис. 2 - Упрощенная структурная схема энергоузла СЭС постоянного тока ЯК-40

Угольный регулятор напряжения Р-27

Все потребители электрической энергии рассчитаны на определенную величину напряжения, отклонение от которой приводит к изменению их характеристик. Так, понижение напряжения приводит к уменьшению светового потока ламп накаливания, создает затруднение в пуске электродвигателей, уменьшает их скорость вращения и т. п. Повышение напряжения уменьшает срок службы электрооборудования, увеличивает скорость вращения электродвигателей, приводит к ложному срабатыванию различных агрегатов и устройств и т. д.

Напряжение авиационных генераторов зависит от скорости вращения якоря генератора, от нагрузки и от температуры окружающей среды. Все эти параметры не являются для авиационных генераторов постоянными величинами и в определенной степени влияют на их напряжение.

Такое изменение напряжения нарушает нормальную работу потребителей, поэтому возникает необходимость регулировать напряжение. Регулировать напряжение также необходимо и для обеспечения параллельной работы авиационных генераторов.

Регулированием напряжения называется процесс поддержания напряжения постоянным независимо от изменения скорости вращения, нагрузки генератора и температуры окружающей среды.

Устройство, с помощью которого напряжение генератора поддерживается автоматически постоянным, называется регулятором напряжения.

Известно, что напряжение генератора

U = Е - I_я R_я = С_е n Ф – I_я R_я , (1)

где I — ток в обмотке якоря генератора;

R_я — сопротивление обмотки якоря генератора; Ф — магнитный поток полюсов; С_е - конструктивная постоянная генератора; n — скорость вращения якоря генератора; Е — ЭДС генератора.

Из приведенной выше формулы (1) видно, что при изменении величины тока нагрузки и скорости вращения якоря генератора его напряжение меняется, и что в то же время его можно поддерживать постоянным, если изменять определенным образом магнитный поток возбуждения генератора, а при электромагнитном возбуждении ток в обмотке возбуждения.

Для регулирования тока возбуждения применяется различные регуляторы напряжения. В зависимости от способа регулирования тока возбуждения генераторов бывают регуляторы напряжения дискретного (импульсного) и реостатного типа.

В настоящее время на летательных аппаратах применяются угольные регуляторы напряжения реостатного типа. При реостатном способе регулирования в цепь обмотки возбуждения включается реостат, сопротивление которого можно изменять плавно или ступенями.

Принцип работы угольного регулятора напряжения (УРН) основан на использовании свойств угольного столба, который используется в качестве переменного сопротивления.

Угольный столб представляет собой набор угольных (графитовых) шайб, диаметром 5÷19 мм и толщиной 0,5÷1 мм, помещенных в изоляционную трубку.

Электрическое сопротивление угольного столба определяется в основном переходным сопротивлением между шайбами, которое зависит от площади соприкосновения шайб между собой и от числа шайб в столбе. В зависимости от типа регулятора берется 25÷80 шайб.

Шайбы угольного столба имеют не идеально гладкую поверхность, поэтому при малом торцевом давлении на столб они касаются одна другой лишь небольшим числом точек и переходное сопротивление, а следовательно, и сопротивление столба в целом максимально. При увеличении давления на столб площадь соприкосновения поверхностей шайб в результате их деформации увеличивается, а сопротивление столба уменьшается.

Таким образом, изменяя давление на столб в пределах его упругих деформаций, можно плавно изменять его электрическое сопротивление от долей ома до нескольких тысяч ом.

На практике сопротивление столба изменяется в диапазоне 0,15÷50 Ом.

Конструкция угольного регулятора напряжения (УРН) показана на рис.3. Схема включения УРН показана на рис. 4. Нумерация элементов на обоих рисунках одинакова. Угольный столб (1) включен последовательно с обмоткой возбуждения генератора (ОВГ). Для отвода тепла, которое выделяется в шайбах используется радиатор. Лепестковая пружина (3), соединенная с якорем (2) сжимает угольный столб (1). При появлении тока в обмотке электромагнита (4) появляется сила, которая отжимает якорь с пружиной, что приводит к уменьшению давления на угольный столб.

На рис.3 буквами обозначены: w_p - рабочая обмотка, w_к - компенсационная обмотка, w_у - уравнительная обмотка, R_тк - сопротивление термокомпенсации, R _ВС - выносное сопротивление, σ - зазор между якорем и электромагнитом.

Обмотка w_к и сопротивление R_тк исключают влияние температуры на работу УРН. Выносное сопротивление R _ВС служит для ручной коррекции выходного напряжения генератора. Оно обычно находится в легкодоступных местах, а на большинстве самолетов – в кабине экипажа.

Рис. 3. - Конструкция УРН.

Рис. 4 - Схема подключения УРН.

При отсутствии тока в рабочей обмотке электромагнита сопротивление угольного столба минимально, а зазор σ наибольший. При возникновении напряжения на генераторе появляется ток через рабочую обмотку, и электромагнит начнет притягивать к себе якорь, преодолевая силу пружины. Зазор в этом случае начнет уменьшаться. Когда генератор выйдет на номинальный режим, якорь займет среднее положение, относительно которого и производится автоматическая регулировка. При этом сила пружины будет компенсирована силой тяги электромагнита. Сила пружины является опорной величиной, относительно которой настраивается регулятор, поэтому сила сжатия пружины, корректируется винтом. При случайном изменении напряжения угольный регулятор будет изменять сопротивление угольного столба таким образом, чтобы напряжение восстановилось на прежний уровень. Допустим, напряжение генератора увеличилось, тогда ток в рабочей обмотке возрастет, что приведет к увеличению магнитодвижущей силы, якорь приблизится к электромагниту, а сжимающее усилие на угольный столб уменьшится. Сопротивление угольного столба возрастет, что приведет к уменьшению тока возбуждения и магнитного потока. Напряжение упадет, что в свою очередь приведет к снижению тока в рабочей обмотке, при этом якорь начнет отходить от электромагнита. Движение якоря прекратится, когда он вернется в прежнюю позицию, восстановив напряжение генератора. При ручной корректировке или при эксплуатационных изменениях тока нагрузки и оборотов генератора якорь скачком зайдет новую позицию, образуя необходимый ток возбуждения для поддержания напряжения генератора постоянным. В этом случае якорь будет колебаться относительно нового положения.

Маркируются УРН буквами и цифрами: Р - регулятор, Н - напряжения, цифры - обозначают мощность в Вт, которая рассеивается угольным столбом. Например, РН-180, Р-27.

Принцип работы регулятора Р-27 основан на использовании свойств угольного столба, состоящего из набора угольных шайб, изменять свое электрическое сопротивление при изменении силы сжатия его. Угольный столб с одной стороны сжат пружиной, действие которой ослабляется электромагнитом.

Рис. 5 – УРН Р-27.

Основная обмотка электромагнита, обозначенная на рис. 2, РО, включена параллельно якорной обмотке генератора. Следовательно, ток в обмотке изменяется пропорционально изменению напряжения генератора. При этом ток потечет по следующей цепи: от плюсовой клеммы генератора (см. рис. 1) через АЗС-20 по обмотке РО и через выносное сопротивление ВС-25Б на минусовую клемму генератора.

Такимобразом, ток в обмотке РО электромагнита изменяется пропорционально изменению напряжения генератора и может из­меняться вручную с помощью выносного сопротивле­ния.

Угольный столб регулятора напряжения включен последовательно в цепь обмотки воз­буждения генератора. Ток по обмотке возбуждения протекает по следующей цепи: от плюсовой клеммы генератора через АЗС-20, угольный столб регулятора напряжения, нормально-замкнутые кон­такты автомата защиты от перенапряжения АЗП-1МБ на обмотку возбуждения, соединяющуюся с минусовой клеммой генератора.

При увеличении напряжения генератора ток в обмотке РО регу­лятора Р-27 возрастает, что приводит к возрастанию сопротивле­ния угольного столба и уменьшению тока в обмотке возбуждения генератора, в результате чего напряжение генератора уменьшается, т. е. практически остается постоянным.

При уменьшении напряжения генератора ВГ-7500Я ток в обмот­ке РО регулятора Р-27 уменьшается, что вызывает уменьшение сопротивления угольного столба и увеличение тока в обмотке воз­буждения генератора, в результате чего напряжение генератора увеличивается, т. е. достигает прежнего уровня.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: