RU155970U1 - Выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения - Google Patents

Abstract

Выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения, содержащее трехфазную группу входных выводов, включая заземляющий, для подключения якорной обмотки генератора, зашунтированную трехфазным емкостным фильтром, трехфазный индуктивный входной фильтр трехфазный диодно-мостовой выпрямитель, зашунтированный по входу заземленным трехфазным управляемым электронным коммутатором, а по выходу двухконденсаторной фильтровой стойкой с заземленным средним выводом и подключенный своими входными выводами через дроссели входного фильтра к фазным выводам группы входных выводов устройства, группу основных выходных выводов, включая разнополярные и заземленный, для подключения нагрузки постоянного тока, подключенную к выводам фильтровой стойки, а также блок управления с импульсно-модуляторными выходными выводами, подключенными к управляющим выводам электронного коммутатора, и цепями обратных связей с датчиками входных и выходных токов и напряжений, отличающееся тем, что в него введены трехфазный индуктивный и трехфазный емкостный выходные фильтры с заземленными конденсаторами и трехфазная группа дополнительных выходных выводов для подключения нагрузки переменного тока со стабилизированным питающим напряжением, фазные выводы которой подключены через дроссели выходного фильтра к входным выводам выпрямителя.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в бортовых системах электроснабжения полностью электрифицированных самолетов.

Известно выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения (аналог), содержащее входные балластные дроссели, «m»-фазный диодно-мостовой выпрямитель, зашунтированный по входу импульсным корректором коэффициента мощности - электронным коммутатором, а по выходу - основной двухконденсаторной фильтровой стойкой с заземленным средним выводом, основной импульсно-модуляторный полярно-инвертирующий конвертор с дополнительной двухконденсаторной фильтровой стойкой, трансреакторный обратно-ходовой дополнительный конвертор с гальванической развязкой и блок управления (Патент на полезную модель №125426. Импульсный преобразователь частоты. Резников СБ., Бочаров В.В., Харченко И.А., Ермилов Ю.В. Бюл. №6 от 27.02.2013 г.)

К недостаткам указанного известного устройства (аналога) относятся: ухудшение качества электроэнергии источника электропитания переменного тока из-за отсутствия входного конденсаторного фильтра, сниженная надежность из-за сложности схемы преобразования выпрямленного напряжения и узкие функциональные возможности из-за неспособности стабилизации питающего переменного напряжения.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения (прототип), содержащее емкостно-индуктивный входной фильтр, диодно-мостовой выпрямитель, зашунтированный по входу корректором коэффициента мощности - электронным коммутатором, а по выходу - двухконденсаторной выходной фильтровой стойкой, и блок управления. Недостатком указанного выпрямительного устройства для самолетной системы электроснабжения (прототипа) являются узкие функциональные возможности из-за неспособности стабилизации переменного напряжения.

Техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет стабилизации переменного напряжения.

1

Указанные технические результаты обеспечиваются благодаря тому, что в выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения, содержащее трехфазную группу входных выводов, для подключения якорной обмотки генератора, зашунтированную трехфазным емкостным входным фильтром, трехфазный индуктивный входной фильтр, трехфазный диодно-мостовой выпрямитель, трехфазный управляемый электронный коммутатор, двухконденсаторную фильтровую стойку, группу основных выходных выводов для подключения нагрузки постоянного тока, а также блок управления с импульсно-модуляторными выходными выводами и цепями обратных связей с датчиками входных и выходных токов и напряжений, ВВЕДЕНЫ трехфазные индуктивный и емкостный выходные фильтры и трехфазная группа выходных выводов для подключения нагрузки переменного тока со стабилизированным напряжением, подключенная через дроссели выходного фильтра к входным выводам выпрямителя.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого выпрямительного устройства для самолетной системы электроснабжения подтвердили ее работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.

На чертеже (Фиг. ) представлены структурно-принципиальная схема силовой части и каналы управления предлагаемого выпрямительного устройства для самолетной системы электроснабжения.

Выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения содержит: трехфазную группу 1 выходных выводов, включая заземляющий, для подключения якорной обмотки генератора, зашунтированную конденсаторами трехфазного емкостного фильтра 2, трехфазный индуктивный входной фильтр 3, трехфазный диодно-мостовой выпрямитель 4, зашунтированный по входу заземленным трехфазным управляемым электронным конденсатором 5, а по выходу - двухконденсаторной фильтровой стойкой 6-7 с заземленным средним выводом. А также группу 8 основных выходных выводов, включая разнополярные и заземленный, для подключения нагрузки постоянного тока, а также блок управления 9 с импульсно-модуляторными выходными выводами 10 и цепями 11, 12 обратных связей с датчиками 13, 14, и 15, 16, 17 входных и выходных токов и напряжений. Кроме этого устройство содержит «m»-фазный Г-образный индуктивно-емкостный выходной фильтр 18-19 с заземленными конденсаторами и трехфазную группу 20 дополнительных выходных выводов для подключения нагрузки переменного тока со стабилизированным питающим напряжением. Помимо перечисленного на чертеже (Фиг.) показаны также: уравнительный делитель напряжений 21, состоящий из двухсекционного реактора 22-23 и двух диодно-ключевых

2

электронных стоек 24-25 и 26-27. Блок управления снабжен также дополнительными импульсно-модуляторными выходными выводами 29.

Диодно-мостовой выпрямитель 4 подключен своими входными выводами через дроссели 3 входного фильтра к фазным выводам группы 1 входных выводов устройства. Группа 8 основных выходных выводов устройства подключена к выводам фильтровой стойки 6-7. Импульсно-модуляторные выходные выводы 10 блока управления 9 подключены к управляющим выводам электронного коммутатора 5, а его дополнительные выходные выводы 29 к управляющим выводам ключей 25 и 27. Фазные выводы группы 20 дополнительных выходных выводов устройства подключены через дроссели 18 выходного фильтра к входным выводам выпрямителя 4.

В качестве управляемого электронного коммутатора 5 могут использоваться встречно-параллельно соединенные пары транзисторов с обратно-блокирующими внутренними диодами, например RB-IGBT-транзисторы (показанные на чертеже) или встречно-последовательно соединенные пары MOSFET-транзисторов, зашунтированных внутренними диодами, а также однофазные диодные мосты, зашунтированные по выходу транзисторами. В качестве основного узла блока управления 9 может использоваться широко выпускаемая промышленностью микросхема "Корректор коэффициента мощности" с прилагаемыми к ней датчиками тока и напряжения (например, датчиками Холла).

Выпрямительные устройство для самолетной системы электроснабжения работает следующим образом.

Группу 1 входных выводов подключают к трехфазному источнику электропитания переменного тока, например - к фазным якорным обмоткам магистрального самолетного генератора с постоянными магнитами на роторе, индуцирующего э.д.с. с изменяющимися частотой и амплитудой, пропорциональными частоте вращения приводной силовой установки (например, в пределах 360…800 Гц и 115/200…250/440 В). Группу 8 основных выходных выводов подключают к нагрузке постоянного тока с заземленным среднепотенциальным (нулевым) выводом и со стабилизированным напряжением питания, например, 0±270 В. Группу 20 дополнительных выходных выводов устройства подключают к трехфазной нагрузке переменного тока со стабилизированным напряжением питания, например, 115/200 В. Указанная э.д.с. вызывает протекание фазных токов по цепям дросселей 3 входного фильтра и выпрямителя 4, заряжающих конденсаторы 6 и 7 фильтровой стойки до минимальных напряжений U_1MIN, равных амплитуде фазных напряжений генератора: U₀. Блок управления 9 формирует на своих основных и дополнительных импульсно-модуляторных выходных выводах 10 и 28 высокочастотные импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции Т_ШИМ и

3

коэффициентами заполнения у (относительными длительностями), регулируемыми в зависимости от отклонения сигналов в цепях 11, 12 обратных связей по сравнению с эталонными сигналами.

При очередном включении любого двунаправленного ключа коммутатора 5 происходит нарастание величины тока соответствующего дросселя 3, в течение длительности импульса: t_И=γ_ИТ_ШИМ. Затем указанный ключ выключается, а ток дросселя 3 частично (или полностью) спадает по цепи: 1-3-4-6-"земля" или по цепи: "земля"-7-4-3-1, в зависимости от его направления в дросселе в течение оставшегося от периода Т_ШИМ времени: Т_ШИМ-t_И=(1-γ)Т_ШИМ, заряжая соответствующие конденсаторы 6 или 7. Далее указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются. При этом блок управления 9 с помощью регулирования параметра γ обеспечивает:

- синусоидальность формы среднеимпульсных значений фазных токов источника питания (генератора), совпадающих по временной фазе с формами соответствующих фазных напряжений генератора (т.е. приближение коэффициента потребляемой мощности единице);

- стабилизацию среднего значения выпрямленного напряжения на фильтровой стойке 5-6 и выводах 8 на заданном уровне (например, + и - 270 В относительно заземленного среднего вывода).

Одновременно с указанными процессами с помощью уравнительного делителя напряжений 21 производится деление стабилизированного выпрямленного напряжения ровно пополам на каждом из конденсаторов 6 и 7 (например, по 270 В). Это осуществляется следующим образом. При очередном синхронном включении ключей 25 и 27 полное (суммарное) потокосцепление реактора 22-23 нарастает вместе с током в цепи: 6-25-22-23-27-7-6 в течение длительности импульса: t_И=γ_ИТ_ШИМ. При этом благодаря электромагнитной связи секций 22 и 23 реактора (т.е. параллельному автотрансформаторному подключению конденсаторов 6 и 7 друг к другу через обратно-шунтирующие диоды ключей 25 и 27) происходит начальное (прямоходовое) самовыравнивание напряжений на конденсаторах.

Затем ключи 25 и 27 выключаются, и полное потокосцепление реактора 22-23 частично (или полностью) спадает вместе с токами в цепях: 22-7-27-22 и 23-27-7-23, поддерживаемыми за счет э.д.с. обмоток секций в течение оставшегося от периода Т_ШИМ времени: Т_ШИМ-t_И=(1-γ)Т_ШИМ, где γ - относительная длительность (коэффициент заполнения) импульса. При этом происходит дальнейшее (обратноходовое) самовыравнивание напряжений на конденсаторах 6 и 7 (благодаря вышеуказанному их автотрансформаторному параллельному подключению друг к другу).

Таким образом напряжения на конденсаторах 5 и 6 стабилизируются на заданных уровнях (например, 270 В). При этом на входных выводах выпрямителя 4 формируются

4

фазные переменные напряжения прямоугольной формы ("меандр") со стабильным амплитудным значением (270 В), которое определяет также среднее и приблизительно действующее значения за полупериод основной (первой) гармонической составляющей. Указанное трехфазное прямоугольное напряжение, приложенное к индуктивно-емкостному Г-образному низкочастотному выходному фильтру, образованному дросселями 18 и конденсаторами 19, формирует на его выходе, т.е. на группе выходных выводов 20 синусоидальное трехфазное напряжение с нестабильной частотой, но со стабильным действующим значением (например, 115 В между фазным выводом и землей и 200 В между двумя фазными выводами).

При этом нагрузка переменного тока, подключенная к группе 20 выходных выводов и нагрузка постоянного тока, подключенная к выходным выводам 8 могут иметь заземленные выводы, общие с нейтрально-нулевым выводом якорной обмотки питающего генератора, имеющего синусоидальную форму якорных токов и напряжений и высокий (близкий к единице) коэффициент мощности.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом выпрямительном устройстве для самолетной системы электроснабжения обеспечивается технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет стабилизации переменного напряжения для питания нагрузки переменного тока.

5

Claims (1)

1. Выпрямительное устройство для самолетной системы электроснабжения, содержащее трехфазную группу входных выводов, включая заземляющий, для подключения якорной обмотки генератора, зашунтированную трехфазным емкостным фильтром, трехфазный индуктивный входной фильтр трехфазный диодно-мостовой выпрямитель, зашунтированный по входу заземленным трехфазным управляемым электронным коммутатором, а по выходу двухконденсаторной фильтровой стойкой с заземленным средним выводом и подключенный своими входными выводами через дроссели входного фильтра к фазным выводам группы входных выводов устройства, группу основных выходных выводов, включая разнополярные и заземленный, для подключения нагрузки постоянного тока, подключенную к выводам фильтровой стойки, а также блок управления с импульсно-модуляторными выходными выводами, подключенными к управляющим выводам электронного коммутатора, и цепями обратных связей с датчиками входных и выходных токов и напряжений, отличающееся тем, что в него введены трехфазный индуктивный и трехфазный емкостный выходные фильтры с заземленными конденсаторами и трехфазная группа дополнительных выходных выводов для подключения нагрузки переменного тока со стабилизированным питающим напряжением, фазные выводы которой подключены через дроссели выходного фильтра к входным выводам выпрямителя.

   

Images