Занятие n5 "статические преобразователи рода тока"

Содержание

1. Общие сведения о статических преобразователях.

2. Преобразователи постоянного тока в переменный серии ПОС, ПТС.

З. Трансформаторно-выпрямительные блоки.

Литература

1. Лебедев А.А. "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов" стр. 219-231.

1. Общие сведения.

В СЭС статические АП используются для преобразования одного вида тока в другой и в качестве автономных или аварийных источников питания отдельных групп оборудования. Мощность АП на полупроводниковых приборах может быть от нескольких ватт до нескольких десятков киловатт.

По сравнению с электромашинными АП статические имеют большую надежность и срок службы, повышенный КПД, достигающий 70 - 90%, меньшую массу, большую устойчивость к вибрациям, они обеспечивают стабильность выходного напряжения в пределах от 1 до 10%.

Высокие показатели статических АП обусловлены большими возможностями полупроводниковых приборов. Допустимая плотность тока кремниевых диодов составляет 100-500 А/см*см, допустимое напряжение - до 3 кВ, номинальная мощность одного диода - до 300 кВТ, удельная масса - 0,001-0.50 кг. (кв*А), КПД " 98-99%. Транзисторы позволяют управлять токами до 50 А. при напряжениях до 400 В. Тиристоры работают при напряжениях до 2 кВ и токах до 2 кА. Однако большинство полупроводниковых приборов имеют сравнительно низкие допустимые рабочие температуры. Максимально допустимая температура р-п ~ перехода кремниевых полупроводников составляет 140-200 С, а германиевых 70 - 80 С. Поэтому статические АП уступают электромашинным по диапазону допустимых рабочих температур окружающей среды на 15" 20%, что сдерживает их широкое использование в системах электроснабжения. Этот недостаток стремятся устранить применением систем охлаждения, резервированием полупроводниковых приборов по мощности. Резервирование является характерным для большинства устройств, где используются полупроводниковые приборы.

В авиационном оборудовании применяются полупроводниковые АП:

• постоянного тока в переменный - статические АП однофазной серии СПО; ПТС - трехфазные, ПТО.

• переменного тока в постоянный, выполняемые в виде трансформаторно-выпрямительных блоков (ТВБ) или выпрямительных установок (ВУ).

Выпрямительные устройства одновременно изменяют и уровень напряжения. При дополнении АП постоянного тока в переменный выпрямительными схемами получают статические АП постоянного тока в постоянный с другим, более высоким уровнем напряжения на выходе.

2. Преобразователи постоянного тока в переменный серии пос и птс.

А. СПО

АП постоянного тока низкого напряжения в переменный ток частотой 400 Гц мощностью до 500 Вт выполняются преимущественно на транзисторах, работающих в ключевом режиме.

Под ключевым режимом работы, или режимом переключения, понимают такой режим, когда транзистор попеременно находится либо в открытом состоянии и его сопротивление мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, либо в закрытом, когда сопротивление его коллекторно-эмиттерного перехода велико по сравнению с сопротивлением нагрузки. Сопротивление перехода при открытом состоянии не равно нулю, а при закрытом состоянии не равно бесконечности, поэтому на нем выделяется мощность, нагревающая транзистор.

В схеме мультивибратора на транзисторах с магнитной связью используются два транзистора: Т1 и Т2 - и трансформатор Тр.

Трансформатор выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и имеет коллекторные обмотки W_Kl и W_K2, обмотки обратной связи (базовые) Woс1 и Woc2 и выходную обмотку Wвых, к которой подключается нагрузка или последующий каскад усиления. Транзисторы в схеме выполняют роль управляемых переключателей, попеременно подключающих коллекторные обмотки к источнику литания U постоянного тока. Рассмотрим работу схемы более подробно, так как на ее основе работают статические АП постоянного тока в переменный.

Предположим, что сердечник трансформатора имеет остаточную индукцию - Вs (т1, рис.___).

При включении источника питания U за счет асимметрии схемы и разброса параметров один из транзисторов, пусть Т1, откроется больше, чем Т2, т.е. по обмотке W_Kl будет протекать больший ток, чем по обмотке W_K2. Под действием разности намагничивающих сил обмоток сердечник будет намагничиваться в направлении +В5.

При изменении индукции в сердечнике в обмотках трансформатора будут наводиться Э.Д.С. Обмотки соединены так, что появляющаяся ЭДС на обмотке Woс1 будет увеличивать ток транзистора Т1 (на базу подается "минус"), а вход ЭДС обмотки Woc2 будет запирать Т2 (на базу подается "плюс", а на эмиттер "минус").

Напряжение U за вычетом падения напряжения на переходе эмиттер-коллектор окажется приложенным к обмотке W_Kl и индукция в сердечнике будет изменяться от - Bs до +Bs.

Когда индукция в сердечнике достигнет значения насыщения +Bs, т.е изменение индукции во времени прекратится, ЭДС в обмотках трансформатора станет равным нулю, так как .

здесь S - сечение сердечника трансформатора Тр.

При отсутствии напряжения на базе Т1 начнет закрываться и ток в обмотке W_Kl будет уменьшаться. Это изменит полярность Э.Д.С., наводимых в обмотках трансформатора. Т1 закрывается, а Т2 открывается. Напряжение питания будет приложено к обмотке W_K2, намагничивающая сила которой изменит индукцию от +Bs до -Bs (ТЗ, 4 на рис.___ ). Процесс переключения транзисторов происходит практически мгновенно, поскольку в этот момент сердечники насыщены и индуктивность обмоток мала.

Для обеспечения надежного запуска мультивибратора включается R6. Частота АП данного типа находится в пределах от 200 до 2000 Гц.

Б. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СПО - 4

мощностью 35 ВА предназначен для преобразования напряжения 27 В ± 10% постоянного тока или 22 ± 2 В в аварийном режиме в однофазное напряжение 36 ± 5В переменного тока частотой 400 Гц ± 2%; напряжение переменного тока имеет прямоугольную форму. АП служит для питания датчиков индукционных манометров (ДИМ). Для повышения надежности он имеет два идентичных канала: основной и резервный. Резервный канал включается при исчезновении напряжения основного канала блоком переключения БП. Каждый из каналов содержит задающий генератор (ЗГ) - мультивибратор, усилитель мощности УМ. Для снижения уровня радиопомех в сети переменного тока возможна установка специального сетевого фильтра.

ЗГ выполнен на Т1, Т2 и ТР1. Для стабилизации частоты ЗГ в цепь обмотки обратной связи W6 включен последовательный резонансный Lc -контур, состоящий из дросселя Др1 и конденсатора С1, Стабилитроны Д1 - Д4 обеспечивают четкую коммутацию транзисторов ЗГ. Надежный запуск обеспечивается регистром R18. УМ выполнен на транзисторах Т5 - Т8. Одна пара транзисторов УМ управляется сигналами с ЗГ с обмоток W3 и W4 Тр1, а другая - с обмоток положительной обратной связи Woc1 и Woc2 ТрЗ.

БП и реле Р автоматически включают резервный канал при отказе основного. При нормальной работе основного канала на В1 подается сумма напряжении с обмоток W5 и W7 Тр1 и ТрЗ. Этим напряжением через R15 и С8 Т13 и Т14 будут закрыты, а обмотка реле Р обесточена. ТрЗ через размыкающие контакты реле Р будет подключен к УМ основного канала.

При авариях в основном канале значительно уменьшается или полностью исчезает напряжение на выходе В1. Напряжение на R15 уменьшается, и Т13 и Т14 откроются. Сработает реле Р и переключит напряжение питания на ЗГ резервного канала, и его УМ через контакты 2 - 3 подключит к резервному каналу выходной ТрЗ. Одновременно контактами 14 - 15 реле самоблокируется и находится во включенном состоянии до снятия напряжения питания. Этим предотвращается запирающее напряжение Т13 и Т14 обеспечивается цепочкой R14, С9. Высокочастотный фильтр Дрф, С11 защищает цели питания от радиопомех, создаваемых АП. Конденсатор С10 сглаживает пульсации питающего напряжения, обеспечивая защиту транзисторов от пробоя высоковольтными импульсами.

Проверка работоспособности АП в наземных условиях осуществляется съемным блоком контроля АП БКП - 2

В. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ СЕРИИ ПТС.

Назначение и основные данные ПТС и ПТО.

Предназначены для преобразования эл. энергии постоянного тока U=27B в эл. энергию трехфазного переменного тока f=400 Гц и U=36 В.

Наименование параметра	Тип преобразователя
	ПТС - 800АМ	ПТС - 800БМ
Напряжение источника питания, В	27 - 18	27 -18
Потребляемый ток при номин. нагрузке, А	34 расч.(36-54)	34 расч.(36"54)
Напряжение на выходе, В (в нормальных климатических условиях)	36±0.9	115±3
Частота, Гц (в нормальных климатических условиях)	400±6	400±6
Частота, Гц (в нормальных климатических условиях)	400±6	400±6
cos  нагрузки	0.8	0.8
Мощность, ВА	800	800
Коэффициент полезного действия (не менее)	0.7	0.7
Масса с рамой, кг	14.0	14.0
без рамы, кг	13.0	13.0

По принципу построения силовой части, систем регулирования напряжения и защиты ПТС аналогичны и представляют собой каждый каскадное соединение нерегулируемого автономного инвертора напряжения и статического умформера, регулируемого по методу ГИМ выходного напряжения.

Устройство и принцип работы рассмотрен на примере ПТС, для ПОС указываются особенности.