Структуры систем электроснабжения ла
Бортовые СЭС классифицируются по назначению, роду тока, напряжению, частоте, по отношению к источникам энергии, их составу и количеству каналов [3, 4].
В соответствии с назначением СЭС бывают основные, вспомогательные (резервные), аварийные и специальные.
Основная СЭС предназначена для электропитания всех приемников в течение всего полета ЛА.
Вспомогательная СЭС обеспечивает питание ограниченного количества приемников в наземных условиях при неработающей силовой установке или выполняет функции аварийного электроснабжения в полете при полной или частичной потере питания от основной СЭС.
Аварийная СЭС осуществляет электропитание в полете ограниченного количества жизненно важных приемников при полной потере электроснабжения от основной или вспомогательной системы, если она предусмотрена на ЛА.
Специальная СЭС обеспечивает электроэнергией только один определенный объект (систему противооблединения винта, специальную аппаратуру и др.).
По роду тока различают системы электроснабжения переменного и постоянного тока, а по напряжению – СЭС низкого и высокого напряжения. Системы переменного тока различают по частоте – система постоянной частоты и система переменной (плавающей частоты).
На современных отечественных самолетах и вертолетах используются следующие первичные СЭС:
трехфазного переменного тока постоянной частоты (400 Гц) повышенного напряжения Uл/Uф = 208/115 В;
постоянного тока низкого напряжения (27 В);
трехфазного переменного тока переменной частоты.
Применяемые вторичные СЭС включают системы:
однофазного переменного тока постоянной частоты (400 Гц) повышенного напряжения (115 В);
трехфазного переменного тока постоянной частоты (400 Гц) пониженного напряжения (36 В);
трехфазного переменного тока (400 Гц) повышенного напряжения (208 В);
постоянного тока пониженного напряжения (27 В).
По составу источников СЭС подразделяются на простые системы, выполненные только на один вид переменного или постоянного тока, и смешанные системы, выполненные на два рода тока (т.е. системы с генераторами переменного тока и системы с генераторами постоянного тока).
При этом достоинствами систем постоянного тока являются:
простой и экономичный непосредственный привод генераторов постоянного тока (коллекторных и бесколлекторных) от маршевых двигателей;
использование генераторов постоянного тока в качестве стартёров для запуска маршевых двигателей и двигателей ВСУ;
простая аварийная СЭС, где аккумуляторная батарея имеет те же параметры электроэнергии, что и основная СЭС;
высокая эффективность электромеханизмов с двигателями постоянного тока благодаря более высокому пусковому моменту и возможности реализации простых и экономичных способов изменения частоты вращения;
простота однопроводной сети;
высокая безопасность обслуживания;
простота реализации параллельной работы генераторов;
простота аппаратуры регулирования, защиты и управления.
Системы электроснабжения переменного тока имеют следующие положительные качества:
меньшая удельная масса первичной (6–7,5 кг/кВА) и вторичной (20–25 кг/кВА) СЭС переменного тока по сравнению с СЭС постоянного тока (14–16 кг/кВА и 50 – 60 кг/кВА соответственно);
простота преобразования переменного тока в постоянный и переменный ток другого уровня напряжения;
более высокая надежность, чем в СЭС постоянного тока при работе в высотных условиях;
отсутствие коррозии мест крепления проводников к корпусу.
К недостаткам следует отнести трудности получения постоянной частоты, более сложная организация параллельной работы, более сложные системы передачи и распределения, аппаратура регулирования, защиты и управления.
С переходом системы электроснабжения постоянного тока на повышенное напряжение 270 В преимущества и недостатки СЭС обеих видов напряжения должны быть откорректированы.
Отдельно взятый источник или преобразователь со своей аппаратурой образует канал электроснабжения.
При функционировании СЭС различают следующие режимы её работы: нормальный, частичный, аварийный и ненормальный.
При нормальном режиме работы системы все её элементы исправны, обеспечивается возможность электроснабжения всех бортовых приемников и реализуются операции, необходимые для выполнения полета на всех его этапах.
Частичным режимом работы системы является такой режим её работы, при котором СЭС не в состоянии отдавать необходимую мощность в полёте, вследствие чего происходит отключение части приёмников, а питание остальных продолжается от исправных источников (основных и резервных) системы электроснабжения.
Аварийный режим работы СЭС обусловлен отказами, приводящими к отключению всех каналов и к переходу на электроснабжение от аварийных источников только жизненно важных потребителей – приемников 1-й категории.
Ненормальным режимом работы системы является кратковременный режим её работы, возникающий из-за внезапных отказов. Такой режим прекращается при отключении отказавших элементов аппаратами защиты. При этом восстанавливается нормальная или частичная работа системы.
Основные требования, предъявляемые к СЭС, являются такими же, как и для всех систем авиационного оборудования: минимальная масса, низкая стоимость и небольшие эксплуатационные расходы, высокая надежность и живучесть, максимальная стандартизация и унификация, электромагнитная совместимость с другим оборудованием, безопасность обслуживания и др.
Требования, определяющие особенности функционирования системы
Качество и параметры электроэнергии должны отвечать требованиям соответствующих нормативных документов.
Каждая СЭС для увеличения надежности должна включать в свой состав не менее двух каналов. Только для небольших спортивных, учебных, санитарных, сельскохозяйственных ЛА допускается одноканальная СЭС с резервированием от вспомогательной силовой установки (ВСУ).
Все источники электрической энергии каналов первичной и вторичной СЭС должны быть однотипными, кроме подсоединяемых к ВСУ и аварийных источников. Первичные источники на многодвигательных самолетах должны устанавливаться на всех маршевых двигателях. Количество каналов генерирования должно быть равно или кратно количеству двигателей.
Мощность СЭС должна быть достаточной для обеспечения электроэнергией приемников при всех возможных сочетаниях их включения.
Типовые СЭС должны быть построены таким образом, чтобы любое единичное повреждение элементов каждого источника (включая аппаратуру регулирования и защиты) не приводило к отказу элементов и не вызывало отказ неповрежденных цепей.
При отказе одного источника при двух и трёх однотипных источниках, установленных на борту, и отказе двух источников при четырёх и более источниках, размещаемых на борту, должно сохраняться или автоматически восстанавливаться питание всех потребителей первой и второй категорий.
При отказе всех генераторов, установленных на маршевых двигателях, должно быть обеспечено функционирование потребителей 1-й категории.
Если в режиме запуска ВСУ в полёте качество электрической энергии выходит за пределы, установленные нормативными документами для аварийной работы, необходимо обеспечить электропитание системы запуска ВСУ и потребителей первой категории от раздельно работающих источников электроэнергии.
На борту ЛА должны быть предусмотрены средства, предотвращающие включение наземного источника с обратной полярностью или с обратным чередованием фаз.
Потребители первой категории должны быть присоединены к аварийным шинам. К этим же шинам подключаются аварийные источники электроэнергии.
Режим работы, в которых приемники электроэнергии переключаются на питание от аварийных источников не должен возникать чаще, чем крайне невероятное событие.
Структура электропитания тяжелого самолета АН-124
На «Руслане» установлены три системы электроснабжения [5], отличающиеся параметрами вырабатываемой электроэнергии. В качестве первичной (основной) использована система СП3С4Б60 – переменного тока, 3-фазная, стабилизированной частоты с 4 каналами (4 генератора) без применения параллельной работы и с номинальной мощностью каждого генератора 60 кВА [6, 7, 8].
Основными источниками электроэнергии в этой системе являются четыре интегральные привод-генераторные установки ГП-23 с генераторами ГТ60НЖЧ12Л, установленные по одному на каждом маршевом двигателе Д-18Т. Генераторы работают только раздельно. Резервными источниками в основной СЭС являются два генератора ГТ40ПЧ8Б, размещаемые на каждом двигателе ТА-12 ВСУ. Эти генераторы установлены в обтекателях гондол шасси и используются при подготовке самолета к полету и при отказе трех или всех четырёх магистральных генераторов.
В качестве аварийных источников в основной СЭС используются два преобразователя ПТС-1600.
Двумя другими – вторичными СЭС – являются системы переменного трёхфазного тока напряжением 36 В 400 Гц и постоянного тока 27 В. Основная система вторичной СЭС 36 В получает электропитание от основной первичной СЭС через четыре понижающих трансформатора: два ТС 310СО4Б (Тр1) и два ТС350СО 4А (Тр2). Резервным источником в этой системе являются два упомянутых выше трансформатора ТС310СО4Б (Тр3), включенных на шины преобразователей ПТС-1600. Все каналы вторичной СЭС работают раздельно.
Вторичная СЭС постоянного тока имеет четыре канала, каждый из которых сформирован выпрямительными устройствами ВУ-6Б (ВУ1, ВУ2). Все ВУ – рабочие и являются основными источниками электроэнергии. При этом два из них – ВУ2 могут выполнять функции резервных источников, получая электропитание от шин генераторов ВСУ. Аварийными источниками в этой системе являются четыре аккумуляторные батареи 20НКБН-40. Структурная схема СЭС самолета АН-124 показана на рис. 2.
На схеме введены следующие сокращения: МДУ – маршевая двигательная установка; БРЗУ – блок регулирования защиты и управления; ВСУ – вспомогательная силовая установка; Г – генератор; ПТС – преобразователь трехфазный статический; БК – блок коммутации; АПШ – автомат переключения шин; ВУ – выпрямительное устройство; ЦРУ – центральное распределительное устройство; РУ – распределительное устройство; Акк – аккумуляторная батарея.
Рис. 2. Структурная схема СЭС самолета АН-124