Приводи постійної частоти обертання синхронних генераторів

У СЕП змінного струму (рис. 2.4, а) для отримання стабільної частоти генератора між валом авіадвигуна і генератора встановлюється спеціальний пристрої, званий передачею або приводом постійної частоти обертання – ППЧО.

Як ППЧО, що перетворюють змінну частоту обертання авіадвигуна в постійну, на вихідному валу привода, від якого приводиться генератор, використовуються: механічні, гідромеханічні, турбомеханічні і електромеханічні пристрої. Ці пристрої застосовуються в системах двох типів:

– ППЧО прямої дії з повним перетворенням енергії – коли перетворюється вся потужність, що забирається з валу авіадвигуна;

– диференціальні ППЧО – коли перетворюється тільки частина потужності, пропорційна різниці частот обертання валів авіадвигуна і генератора Δ n.

У переважній більшості випадків використовуються диференціальні системи ППЧО (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Структурна схема диференціального ППЧО.

На один вхід диференціального (що підсумовує) механічного редуктора Р енергія поступає безпосередньо від авіаційного двигуна АД. На іншій вхід – від перетворювача енергії ПЕ, вихідний вал якого обертається з частотою Δ n. При цьому на виході редуктора:

n _г = n _д + Δ n = const,

де n _г – частота обертання вала синхронного генератора СГ;

n _д – частота обертання авіадвигуна, приведена до валу генератора.

Диференціальні ППЧО можуть бути нереверсивними і реверсивними. У нереверсивному диференціальному ППЧО (рис. 2.10) добавка частоти обертання Δ n при зміні частоти обертання авіадвигуна n _д не міняє знаку (найчастіше залишається позитивною, тобто n _д < n _г).

Рис. 2.10. Характеристики нереверсивного диференціального ППЧО.

В реверсивних приводах (рис. 2.11) добавка Δ n може бути як позитивною, так і негативною.

Рис. 2.11. Характеристики реверсивного диференціального ППЧО.

Якщо усі члени рівняння n _г = n _д + Δ n помножити на момент генератора М_г, то отримаємо рівняння потужності

Р _г = Р _д + Δ Р.

Величина добавки Δ Р визначає розміри ППЧО і його ККД, оскільки безпосередня передача потужності Р _д має місце при високому ККД і малих розмірах механічного редуктора Р.

Величина Δ Р залежить від потужності генератора Р _г і діапазону частот обертання двигуна k = n _{д макс} / n _{д мин}:

Δ Р = Р _г – Р _д = Р _г (1 – n _д / n _г).

Для більшості літаків k = 1,8÷2,5. Якщо прийняти k = 2, то для нереверсивного ППЧО ∆ Р _макс1 = 0,5 Р _г, а для реверсивного ППЧО ∆Р _макс2 = 0,33 Р _г, тобто в півтора рази менше. Отже, в реверсивному приводі менше будуть розміри приводу і вище його ККД. Саме тому реверсивні приводи, хоча конструктивно і складніші, мають переважне застосування.

Гідромеханічний диференціальний привід (рис. 2.12) складається з гідронасоса Г-Н, продуктивність якого можна регулювати, і гідродвигуна Г-Д. Велика частина потужності передається на вал генератора безпосередньо від авіадвигуна АД, а менша частина – через гідромеханічний привід.

Рис. 2.12. Структурна схема гідромеханічного ППЧО.

При малих частотах обертання валу авіадвигуна п _д гідродвигун обертається з частотою Δ п так, що n _г = n _д + Δ n. При великих частотах обертання валу авіадвигуна гідродвигун переходить в режим гідронасоса, його ротор змінює напрям обертання на зворотне, n _г = n _д – Δ n, і частина потужності повертається на вал авіадвигуна назад через гідравлічну передачу. ККД гідромеханічних приводів складає 85 – 90 %.

Турбомеханічний диференціальний ППЧО (рис. 2.13) складається з активної осьової турбіни 1, диференціального редуктора 4 і системи регулювання.

Рис. 2.13. Структурна схема турбомеханічного ППЧО.

Стабільність частоти обертання генератора підтримується відцентровим регулятором 3, чутливий елемент якого приводиться в обертання з частотою, пропорційній частоті обертання ротора генератора СГ.

При відхиленні частоти обертання ротора СГ від заданого значення регулятор 3 повертає заслінку 2, яка стоїть на вході в турбіну, і змінює витрату повітря,
що проходить через турбіну. Повітря відбирається від авіадвигуна за одної зі ступенів компресора. Підтримка постійної частоти обертання вала генератора, одержуючого основну долю потужності від вала авіадвигуна, здійснюється турбіною, яка через диференціальний редуктор підкручує ротор СГ.

Прикладом диференціального турбомеханічного ППЧО є приводи ППО-30КП, ППО-62, ППО-40 і так далі. ККД турбомеханічних приводів складає 60 – 70 %.

На рис. 2.14 приведена принципова схема електромеханічного диференціального ППЧО “ Супер Оксивар ” французької фірми "Оксилек – Коломб".

Рис. 2.14. Структурна схема електромеханічного ППЧО.

В цьому ППЧО диференціальний редуктор (диференціал) Д має два вхідні вали:

– один вал обертається від авіадвигуна АД з частотою обертання п _д;

– другий вал сполучений з багатополюсною асинхронною машиною АМ, може обертатися з різною частотою обертання п _ам і в різні боки.

Вихідний вал диференціала Д сполучений з валом генератора Г і обертається з частотою обертання п _г. Асинхронна машина АМ отримує живлення змінним трифазним струмом від генератора Г через напівпровідниковий перетворювач частоти ПЧ. Електромагнітне поле АМ, яке утворюється цим струмом, може обертатися з різною частотою обертання п _еп і в різні боки.

Управління частотою і напрямом обертання асинхронної машини здійснюється по сигналах перетворювача частоти ПЧ шляхом перемикання числа пар полюсів АМ і так, щоб при будь-якій зміні п _д частота обертання вихідного валу п _г, сполученого з валом генератора, залишалася постійною, тобто п _г = п _д ± п _ам = const.

Щоб отримати менші втрати в асинхронній машині, які ростуть зі збільшенням її ковзання, статорна обмотка АМ виконується з перемиканням пар полюсів та з забезпеченням реверсу обертання електромагнітного поля машини. Управління перемиканням пар полюсів в асинхронній машині і реверсом обертання поля здійснюється напівпровідниковим перетворювачем частоти ПЧ.

Асинхронна машина працює при малих частотах обертання авіадвигуна
(п _д < п _г) як асинхронний двигун, при цьому частоти обертання авіадвигуна і асинхронної машини в редукторі складаються. Асинхронний двигун працює з меншим числом пар полюсів при меншій частоті обертання авіадвигуна та з великим числом полюсів при більшій частоті обертання. При частоті обертання авіадвигуна, близької до синхронної (п _д ≈ п _г), по обмотках асинхронної машини протікає постійний струм, частота обертання електромагнітного поля дорівнюватиме нулю і АМ працює в режимі електромагнітного гальма.

При частоті обертання авіадвигуна, більшої синхронної частоти обертання генератора (п _д > п _г), асинхронна машина працює в режимі асинхронного генератора. При цьому змінюється напрям обертання електромагнітного поля АМ (частоти обертання авіадвигуна і асинхронної машини віднімаються в редукторі); залежно від різниці швидкостей п _д і п _г здійснюється перемикання числа пар полюсів.

Перетворювач частоти ПЧ підключається до шин генератора через трансформатор Тр, який забезпечує живлення асинхронної машини при короткому замиканні в мережі, що живиться від генератора.

Перевагами електромеханічних ППЧО є простота конструкції, однорідність середовища (в приводі немає гідросистем і турбосистем), висока надійність, малі маса і габарити.

Найбільш досконалою конструкцією ППЧО є так званий інтегральний гідромеханічний (електромеханічний) диференціальний привід, в якому генератор і привід виконуються як один поєднаний агрегат змінного струму стабільної частоти із загальними підшипниками і системою масляного охолодження. Наприкдад: ГП-21, ГП-23, ГП-25, ГП-27 и т.д. Питома маса таких приводів досягає 0,8 кг/кВа.

Дата добавления: 2014-01-15