Основные параметры и характеристики авиационных электрических сетей переменного тока

По числу фаз m возможны 2 варианта системы переменного тока: однофазная (m=1) и трехфазная (m=3). Несмотря на простоту однофазной сети однопроводного исполнения и отсутствие проблемы равномерного распределения нагрузки по фазам, авиационные СЭС за исключением маломощных аварийных систем выполняются трехфазными вследствие более высоких технико-экономических показателей потребителей и более широких функциональных возможностей трехфазных электромеханических преобразователей ЭЭ. Из-за наличия на борту большого количества электрических машин принята трехфазная система переменного тока со схемой соединения фаз «звезда с глухозаземленной нейтралью», что позволяет обеспечить возможность одновременного получения фазного и линейного напряжения, меньший небаланс напряжений при несимметричной нагрузке и более высокую надежность работы электродвигателей.

Как и в СЭС постоянного тока, от значения номинального напряжения прежде всего зависит масса сети: с повышением напряжения она уменьшается тем заметнее, чем больше мощность СЭС и протяженность сети.

Важнейшим параметром, определяющим массу и эффективность работы элементов электрооборудования является частота переменного тока (ее стабильность и номинальное значение).

Канал генерирования переменного тока нестабильной частоты можно сформировать, объединив привод (маршевый двигатель) и генератор непосредственно или через согласующий редуктор. Потребителями энергии такого качества являются устройства, работа которых не зависит от стабильности частоты, например противообледенительная аппаратура, системы обогрева и освещения и т.п. Потребители, функционирование которых зависит от стабильности частоты, можно разбить на группы:

· допускающие грубую стабилизацию частоты в пределах ±(5-10)% (радиосвязное и радиолокационное оборудование);

· требующие точной стабилизации частоты ±(1-2)% (автоматические, регулирующие, счетно-решающие устройства, навигационные приборы);

· работоспособные при прецизионной точности стабилизации частоты ±(0,005-0,05)% (устройства синхронизации вращения, интегрирования и дифференцирования).

Основными элементами, масса которых зависит от частоты, являются электрические машины, силовые трансформаторы, радиооборудование и провода бортсети. Частота переменного тока f электромеханических преобразователей определяется числом пар полюсов p и частотой вращения n: При увеличении частоты от 400 до 2000 Гц масса маломощных трансформаторов снижается в 2 раза, а силовых – в 1,3 раза и на 10% увеличивается КПД, т.к. несмотря на увеличение удельных потерь в стали, снижаются потери в меди, индуктивность рассеяния и повышается стабильность выходных напряжений. В радиосвязном и радиолокационном оборудовании изменение частоты влияет на электродвигатели, потенциометры, вращающиеся и силовые трансформаторы, реле, конденсаторы, дроссели фильтров, масса и габаритов которых с ростом f незначительно уменьшаются. У вращающихся трансформаторов увеличение частоты с 400 до 2000 Гц увеличивает погрешность в воспроизведении синусно-косинусного закона и вызывает изменение сдвига фаз. В коммутационных аппаратах изменение частоты влияет на процесс гашения дуги на контактах, причем при частоте 400-600 Гц это время минимально. В проводах бортсети с увеличением частоты из-за эффекта вытеснения тока наблюдается рост их активного сопротивления, что увеличивает потери напряжения в линии и массу сети.

Системы электроснабжения переменного тока выгодно характеризуются следующими качествами:

• меньшей массой системы из-за меньшей массы сети (повышенное напряжение), электрических машин (большие допустимые частоты вращения и отсутствие коллектора) и коммутационных аппа­ратов (меньше ток и более легкие условия гашения дуги). Удельная масса первичной СЭС переменного тока составляет 6—7,5 кг/(кВ • А), удельная масса вторичной СЭС постоянного тока 20—26 кг/кВт;

• простотой преобразования переменного тока в постоянный и переменный ток другого уровня напряжения;

• высокой надежностью при работе в высотных условиях;

• отсутствием коррозии мест крепления про­водников к корпусу.

К недостаткам системы переменного тока посто­янной частоты относятся:

• трудности получения постоянной частоты — требуется или привод постоянной частоты враще­ния генератора, или статический преобразователь частоты для питания потребителей переменного тока постоянной частоты. И то, и другое сложно реализовать в производстве и при эксплуатации;

• более сложная организация параллельной работы (требуется регулирующая аппаратура повы­шенной точности и как следствие повышенной сложности);

• более сложные системы передачи и распреде­ления электроэнергии, аппаратура регулирования, защиты и управления;

при аварийной ситуации вспомогательная силовая установка не обладает способностью, свой­ственной аккумуляторной батарее, мгновенно обес­печивать электроснабжение и запускается только на определенной высоте, а для осуществления процедуры пуска самолет должен сню сотности ВСУ.