RU2788965C1

RU2788965C1 - Brushless synchronous generator with advanced emergency control

Info

Publication number: RU2788965C1
Application number: RU2022114190A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Голота; Андрей Ярославович Дерех; Олег Игоревич Дунст; Валерий Николаевич Захаренков
Original assignee: Акционерное общество "Аэроэлектромаш"
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2023-01-27

Abstract

FIELD: brushless synchronous generators.

SUBSTANCE: invention relates to brushless synchronous generators, mainly intended for use in aircraft. The electric current generator contains the main generating machine, the exciter and the exciter control unit. The armature of the main machine and the exciter inductor are fixed on the generator body, and the main machine inductor and the exciter armature are fixed on the generator shaft. The exciter control unit is able to regulate the voltage at the ends of the exciter coil so that when the generator output current is less than the threshold current, the voltage at the ends of the exciter coil is adjusted so that the generator output voltage tends to a predetermined voltage. When the generator output current equals or exceeds the threshold current, the voltage at the ends of the exciter coil winding is adjusted so that the generator output current tends to the threshold current.

EFFECT: ensuring the possibility of maintaining the generator's own performance under conditions of a short circuit in the on-board network and providing voltage supply to restore the on-board network.

5 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

[1] Изобретение относится к бесщеточным синхронным генераторам, главным образом предназначенным для использования на летательных аппаратах.[1] The invention relates to brushless synchronous generators, primarily for use in aircraft.

Предпосылки к созданию изобретенияPrerequisites for the invention

[2] Традиционный бесщеточный синхронный генератор (далее - бесщеточный генератор), предназначенный для использования на летательном аппарате совместно с газотурбинным двигателем, содержит три последовательно соединенных друг с другом синхронных генератора, а именно: подвозбудитель, возбудитель и основную генерирующую машину. Индуктор подвозбудителя, якорь возбудителя и индуктор основной генерирующей машины закреплены на приводном валу бесщеточного генератора, и соответственно, являются роторами. Одновременно с этим в качестве статоров выступают якорь подвозбудителя, индуктор возбудителя и якорь основной генерирующей машины, которые расположены на корпусе бесщеточного генератора.[2] A conventional brushless synchronous generator (hereinafter referred to as a brushless generator) for use in an aircraft in conjunction with a gas turbine engine contains three synchronous generators connected in series with each other, namely: a subexciter, an exciter, and a main generating machine. The sub-exciter inductor, the exciter armature and the main generating machine inductor are fixed on the drive shaft of the brushless generator, and respectively, are rotors. At the same time, the sub-exciter armature, the exciter inductor and the armature of the main generating machine, which are located on the body of the brushless generator, act as stators.

[3] Индуктор подвозбудителя содержит постоянные магниты, поэтому для создания ЭДС в обмотке якоря подвозбудителя достаточно самого факта вращения приводного вала, что обеспечивает автономность работы подвозбудителя и бесщеточного генератора в целом. Закрепленный на корпусе первичный выпрямитель преобразует переменный ток, протекающий в обмотке якоря подвозбудителя, в постоянный ток, который подается на обмотку индуктора возбудителя, в результате чего в обмотке якоря возбудителя также индуцируется переменная ЭДС и протекает переменный ток.[3] The subexciter inductor contains permanent magnets, therefore, to create an EMF in the armature winding of the subexciter, the very fact of rotation of the drive shaft is sufficient, which ensures the autonomy of the subexciter and the brushless generator as a whole. The primary rectifier fixed on the case converts the alternating current flowing in the sub-exciter armature winding into direct current, which is fed to the exciter inductor winding, as a result of which an alternating EMF is also induced in the exciter armature winding and alternating current flows.

[4] Обмотка якоря возбудителя, в свою очередь, соединена с обмоткой индуктора основной генерирующей машины через основной выпрямитель, поэтому в обмотке индуктора основной генерирующей машины протекает постоянный ток. Индуцируемая в обмотке якоря основной генерирующей машины переменная ЭДС создает на концах данной обмотки переменное напряжение, которое является выходным напряжением бесщеточного генератора, и которое поступает в бортовую электрическую сеть летательного аппарата (далее - бортовая сеть). Следует отметить, что основной выпрямитель расположен на приводном валу, что позволяет избежать использования щеток для передачи электрического тока на основной выпрямитель и от него, или другими словами, реализовать концепцию бесщеточного генератора.[4] The armature winding of the exciter is in turn connected to the inductor winding of the main generating machine through the main rectifier, so that a direct current flows in the inductor winding of the main generating machine. The variable EMF induced in the armature winding of the main generating machine creates an alternating voltage at the ends of this winding, which is the output voltage of the brushless generator, and which enters the on-board electrical network of the aircraft (hereinafter referred to as the on-board network). It should be noted that the main rectifier is located on the drive shaft, which avoids the use of brushes to transfer electric current to and from the main rectifier, or in other words, to realize the concept of a brushless generator.

[5] Специфика эксплуатации на летательном аппарате накладывает на бесщеточный генератор требование по стабилизации напряжения в бортовой сети, что осложняется широкими диапазонами изменения как частоты вращения приводного вала, так и мощности, потребляемой бортовой сетью (далее - нагрузка). Традиционно данная проблема решается посредством соответствующего регулирования напряжения на концах обмотки индуктора возбудителя, для чего между первичным выпрямителем и обмоткой индуктора возбудителя включают блок управления возбудителем. Управление напряжением возбуждения позволяет поддерживать выходное напряжение на заданной величине при таком изменении нагрузки, которое соответствует нормальному режиму эксплуатации бесщеточного генератора, т.е. при подключении к бортовой сети или отключении от нее отдельных потребителей электроэнергии (далее - потребители), не оказывающих существенного влияния на нагрузку.[5] The specifics of operation on an aircraft imposes a requirement on a brushless generator to stabilize the voltage in the on-board network, which is complicated by wide ranges of change in both the speed of the drive shaft and the power consumed by the on-board network (hereinafter referred to as the load). Traditionally, this problem is solved by appropriate regulation of the voltage at the ends of the exciter inductor winding, for which an exciter control unit is connected between the primary rectifier and the exciter inductor winding. The excitation voltage control allows the output voltage to be maintained at a given value with such a change in load that corresponds to the normal operation of a brushless generator, i.e. when connecting to the on-board network or disconnecting from it individual consumers of electricity (hereinafter referred to as consumers) that do not significantly affect the load.

[6] Одновременно с этим блок управления возбудителем должен обеспечивать защиту бесщеточного генератора при работе в аварийном режиме, который задействуется в случае возникновения в бортовой сети короткого замыкания. Данная аварийная ситуация характеризуется тем, что нагрузка на бесщеточном генераторе исчезает, а ток в короткозамкнутой цепи, включающей в себя обмотку основной генерирующей машины и участок бортовой сети, на котором произошло короткое замыкание (далее - поврежденный участок), многократно увеличивается, что в свою очередь, может привести к выходу бесщеточного генератора из строя.[6] At the same time, the exciter control unit must protect the brushless generator during emergency operation, which is activated in the event of a short circuit in the on-board network. This emergency situation is characterized by the fact that the load on the brushless generator disappears, and the current in the short-circuited circuit, which includes the winding of the main generating machine and the section of the on-board network where the short circuit occurred (hereinafter referred to as the damaged section), increases many times, which in turn , may damage the brushless alternator.

[7] Патентная публикация US2016141988A1, 19.05.2016 раскрывает бесщеточный синхронный генератор, блок управления которого при возникновении в бортовой сети короткого замыкания прекращает подачу напряжения на индуктор основной генерирующей машины. Таким образом, данный бесщеточный генератор, являющийся прототипом изобретения, способен в указанной аварийной ситуации по существу незамедлительно обесточивать бортовую сеть и тем самым сохранять свою работоспособность. Однако прототипу изобретения свойственен существенный недостаток, связанный с тем, что незамедлительное прекращение подачи напряжения со стороны бесщеточного генератора оставляет поврежденную бортовую сеть в законсервированном виде, лишая ее возможности к восстановлению. При последующем включении бесщеточного генератора аварийная ситуация с большой вероятностью повториться вновь.[7] Patent publication US2016141988A1, 05/19/2016 discloses a brushless synchronous generator, the control unit of which, when a short circuit occurs in the on-board network, stops supplying voltage to the inductor of the main generating machine. Thus, this brushless generator, which is the prototype of the invention, is capable of essentially immediately de-energizing the on-board network in this emergency situation and thereby maintaining its operability. However, the prototype of the invention has a significant drawback due to the fact that the immediate interruption of the voltage supply from the brushless generator leaves the damaged on-board network in a mothballed form, depriving it of the possibility of recovery. The next time you turn on the brushless generator, the emergency is likely to happen again.

[8] В то же время представляется целесообразным, чтобы поврежденный участок был изолирован от бортовой сети, например путем срабатывания предохранителя, расположенного на данном участке. В случае успешного отключения поврежденного участка от бортовой сети бесщеточный генератор может продолжить работу в нормальном режиме, обеспечивая питание для тех потребителей, которые сохранили свое соединение с бортовой сетью. Тем не менее для срабатывания предохранителя требуется время, в течение которого поврежденный участок должен находиться под напряжением даже в условиях короткого замыкания, а бесщеточный генератор при этом должен сохранять свою работоспособность. С учетом того, что число одновременно появившихся поврежденных участков может быть больше одного, бесщеточный генератор должен быть способен к эксплуатации в данном аварийном режиме в течение достаточно продолжительного времени.[8] At the same time, it seems appropriate that the damaged area be isolated from the on-board network, for example, by actuating a fuse located in this area. In case of successful disconnection of the damaged section from the on-board network, the brushless generator can continue to operate normally, providing power to those consumers that have retained their connection to the on-board network. However, it takes time for the fuse to operate, during which the damaged area must be energized even under short circuit conditions, and the brushless generator must remain operational. Considering that the number of simultaneously appearing damaged areas can be more than one, the brushless generator must be able to operate in this emergency mode for a sufficiently long time.

[9] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании бесщеточного генератора, способного сохранять собственную работоспособность в условиях короткого замыкания в бортовой сети и при этом обеспечивать подачу напряжения для восстановления бортовой сети.[9] The technical problem to be solved by the invention is to create a brushless generator capable of maintaining its own performance under conditions of a short circuit in the on-board network and at the same time providing voltage to restore the on-board network.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[10] Для решения указанной технической проблемы в качестве изобретения предложен генератор электрического тока, содержащий основную генерирующую машину, возбудитель и блок управления возбудителем. Якорь основной генерирующей машины и индуктор возбудителя закреплены на корпусе генератора, а индуктор основной генерирующей машины и якорь возбудителя закреплены на валу генератора. Блок управления возбудителем способен регулировать напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя в двух режимах. Когда сила выходного тока генератора меньше пороговой силы тока, блок управления возбудителем регулирует напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя так, чтобы выходное напряжение генератора стремилось к заданному напряжению. Когда сила выходного тока генератора равна или превышает пороговую силу тока, блок управления возбудителем регулирует напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя так, чтобы сила выходного тока генератора стремилась к пороговой силе тока.[10] To solve this technical problem, an electric current generator is proposed as an invention, containing a main generating machine, an exciter, and an exciter control unit. The armature of the main generating machine and the exciter inductor are fixed on the generator housing, and the inductor of the main generating machine and the exciter armature are fixed on the generator shaft. The exciter control unit is able to regulate the voltage at the ends of the exciter inductor winding in two modes. When the generator output current is less than the threshold current, the exciter control unit regulates the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output voltage tends to the set voltage. When the generator output current equals or exceeds the threshold current, the exciter control unit adjusts the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output current tends to the threshold current.

[11] Технический результат изобретения состоит в том, что при возникновении в бортовой сети короткого замыкания блок управления возбудителем не отключает генератор от бортовой сети, а снижает выходное напряжение до безопасного уровня, создавая условия для срабатывания предохранителей на поврежденных участках, и обеспечивая тем самым изолирование этих участков от бортовой сети. Благодаря этому удается предотвратить выход генератора из строя и восстановить работу бортовой сети.[11] The technical result of the invention is that in the event of a short circuit in the on-board network, the exciter control unit does not disconnect the generator from the on-board network, but reduces the output voltage to a safe level, creating conditions for the fuses to operate in damaged areas, and thereby ensuring isolation these sections from the onboard network. Thanks to this, it is possible to prevent the failure of the generator and restore the operation of the on-board network.

[12] Причинно-следственная связь между признаками изобретения и техническим результатом заключается в следующем. Если сила выходного тока генератора меньше пороговой силы тока, то условия эксплуатации генератора соответствуют нормальному режиму, и блок управления возбудителем регулирует напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя так, чтобы выходное напряжение генератора стремилось к заданному напряжению. Если же сила выходного тока генератора равна или превышает пороговую силу тока, то это свидетельствует о возникновении короткого замыкания в бортовой сети, или другими словами, о необходимости перевода генератора в аварийный режим эксплуатации. В этом случае блок управления возбудителем регулирует напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя так, чтобы сила выходного тока генератора стремилась к пороговой силе тока, которая является безопасной для генератора и способна обеспечить срабатывание предохранителей на поврежденных участках бортовой сети.[12] The causal relationship between the features of the invention and the technical result is as follows. If the generator output current is less than the threshold current, then the generator operating conditions correspond to the normal mode, and the exciter control unit regulates the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output voltage tends to the specified voltage. If the generator output current is equal to or exceeds the threshold current, then this indicates a short circuit in the on-board network, or in other words, the need to transfer the generator to emergency operation. In this case, the exciter control unit regulates the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output current tends to the threshold current strength, which is safe for the generator and is capable of blowing the fuses in damaged sections of the on-board network.

[13] В частном случае изобретения обмотка якоря основной машины содержит несколько фаз, соединенных «звездой», при этом выходное напряжение генератора представляет собой фазное напряжение, а выходной ток генератора является током, протекающим в фазе. Данное исполнение позволяет использовать изобретение в летательном аппарате, бортовая сеть которого выполнена с нейтральным проводом.[13] In a particular case of the invention, the armature winding of the main machine contains several phases connected by a "star", while the output voltage of the generator is a phase voltage, and the output current of the generator is the current flowing in the phase. This design allows the invention to be used in an aircraft, the onboard network of which is made with a neutral wire.

[14] В другом частном случае изобретения обмотка индуктора возбудителя включена в мостовую схему, образованную четырьмя транзисторами и соединенную с источником постоянного напряжения. Блок управления возбудителем при этом способен управлять транзисторами так, чтобы регулировать напряжение на концах обмотки индуктора возбудителя посредством широтно-импульсной модуляции напряжения. Данное исполнение обеспечивает два канала управления возбуждением, что повышает надежность генератора при выходе из строя транзисторов одного канала. Кроме того, мостовая схема на основе транзисторов обеспечивает более точную и быструю регулировку напряжения, а также выделяет меньше тепла по сравнению, например, с электрической цепью возбуждения, в которой напряжение регулируется посредством резистора с изменяемым сопротивлением.[14] In another particular case of the invention, the winding of the exciter inductor is included in a bridge circuit formed by four transistors and connected to a constant voltage source. The exciter control unit is then able to control the transistors in such a way as to regulate the voltage at the ends of the exciter inductor winding by means of pulse-width modulation of the voltage. This design provides two excitation control channels, which increases the reliability of the generator in case of failure of the transistors of one channel. In addition, the transistor-based bridge circuit provides more accurate and faster voltage regulation and also generates less heat compared to, for example, an electrical drive circuit in which the voltage is controlled by a variable resistance resistor.

[15] В развитии этого частного случая изобретения блок управления возбудителем способен изменять полярность напряжения на концах обмотки индуктора возбудителя на противоположную. В этом исполнении при возникновении в бортовой сети короткого замыкания напряжение на концах обмотки якоря возбудителя, а вместе с ним и выходное напряжение бесщеточного генератора может быть снижено за меньшее время. Соответственно, уменьшается время работы генератора с высоким выходным током, а значит уменьшается риск повреждения генератора и бортовой сети.[15] In the development of this particular case of the invention, the exciter control unit is able to reverse the polarity of the voltage at the ends of the exciter inductor winding. In this version, if a short circuit occurs in the on-board network, the voltage at the ends of the exciter armature winding, and with it the output voltage of the brushless generator, can be reduced in less time. Accordingly, the operating time of the generator with a high output current is reduced, which means that the risk of damage to the generator and the on-board network is reduced.

[16] В еще одном частном случае изобретения источником постоянного напряжения является подвозбудитель в паре с выпрямителем, причем индуктор подвозбудителя, содержащий постоянный магнит, закреплен на валу генератора, а якорь подвозбудителя закреплен на корпусе генератора. В данном исполнении бесщеточный генератор является полностью автономным, что позволяет использовать его на летательном аппарате. Здесь обратим внимание, что в контексте настоящего изложения понятие «постоянное напряжение» включает в себя также и выпрямленное напряжение, характеризующееся неизменной полярностью, но некоторой амплитудой изменения величины.[16] In another particular case of the invention, a source of constant voltage is a subexciter paired with a rectifier, and the subexciter inductor containing a permanent magnet is fixed on the generator shaft, and the subexciter armature is fixed on the generator housing. In this version, the brushless generator is completely autonomous, which allows it to be used on an aircraft. Here we note that in the context of this presentation, the concept of "constant voltage" also includes a rectified voltage, characterized by a constant polarity, but a certain amplitude of change in magnitude.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[17] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:[17] The implementation of the invention will be explained with reference to the figures:

Фиг. 1 - схематическое изображение бесщеточного генератора, выполненного согласно изобретению;Fig. 1 is a schematic representation of a brushless generator according to the invention;

Фиг. 2 - функциональная блок-схема модуля возбуждения;Fig. 2 is a functional block diagram of the excitation module;

Фиг. 3 - схема соединения бесщеточного генератора с бортовой сетью;Fig. 3 - connection diagram of the brushless generator with the onboard network;

Фиг. 4 - блок схема, иллюстрирующая алгоритм работы блока управления возбудителем.Fig. 4 is a block diagram illustrating the operation algorithm of the exciter control unit.

Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов бесщеточного генератора и бортовой сети, а также их причинно-следственную связь с техническим результатом.It should be noted that the shape and dimensions of the individual elements shown in the figures can be conditional and can be shown in such a way as to most clearly illustrate the relative position of the elements of the brushless generator and the on-board network, as well as their causal relationship with the technical result.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[18] Осуществление изобретения будет показано на наилучших примерах реализации изобретения, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[18] The implementation of the invention will be shown on the best examples of the implementation of the invention, which are not restrictions on the scope of protected rights.

[19] Бесщеточный генератор 1 (Фиг. 1) содержит корпус 10, в первом и втором торцевых щитах 11 и 12 которого установлены соответственно первый и второй подшипники 21 и 22, удерживающие приводной вал 20 с возможностью его вращения. Первый торцевой щит 11 снабжен фланцевым участком (не показан), предназначенным для вхождения в контакт с опорным элементом летательного аппарата, что позволяет осуществить консольное закрепление бесщеточного генератора 1 на летательном аппарате. На свободном конце приводного вала 20, расположенном со стороны первого подшипника 21, выполнена приводная шестерня 23, которая предназначена для вхождения в зацепление с шестерней редуктора, передающего крутящий момент от двигателя летательного аппарата на приводной вал 20.[19] Brushless generator 1 (Fig. 1) includes a housing 10, in the first and second end shields 11 and 12 of which are installed, respectively, the first and second bearings 21 and 22, holding the drive shaft 20 with the possibility of its rotation. The first end shield 11 is provided with a flange section (not shown) intended to come into contact with the supporting element of the aircraft, which allows the brushless generator 1 to be cantilevered on the aircraft. At the free end of the drive shaft 20, located on the side of the first bearing 21, there is a drive gear 23, which is designed to engage with the gear of the gearbox that transmits torque from the aircraft engine to the drive shaft 20.

[20] Бесщеточный генератор 1 включает в себя три синхронных генератора: основную генерирующую машину 40, возбудитель 50 и подвозбудитель 60. Индуктор 41 основной генерирующей машины, якорь 52 возбудителя и индуктор 61 подвозбудителя закреплены на приводном валу 20 и являются роторами в своих генераторах 40, 50, 60 соответственно. Одновременно с этим, в качестве статоров генераторов 40, 50, 60 выступают соответственно якорь 42 основной генерирующей машины, индуктор 51 возбудителя и якорь 62 подвозбудителя, которые закреплены на корпусе 10.[20] The brushless generator 1 includes three synchronous generators: a main generating machine 40, an exciter 50, and a sub-exciter 60. The main generating machine inductor 41, the exciter armature 52, and the sub-exciter inductor 61 are fixed on the drive shaft 20 and are rotors in their generators 40, 50, 60 respectively. At the same time, the armature 42 of the main generating machine, the exciter inductor 51 and the subexciter armature 62, which are fixed on the housing 10, act as stators of the generators 40, 50, 60, respectively.

[21] Индуктор 61 подвозбудителя снабжен тангенциально намагниченными постоянными магнитами 63, которые размещены в теле сердечника, выполненного, как и другие сердечники генераторов 40, 50, 60, в виде пакета листов из электротехнической стали. Якорь 62 подвозбудителя имеет трехфазную обмотку 64, на концах которой при вращении индуктора 61 возникает трехфазное переменное напряжение. Обмотка 64 соединена с однофазной обмоткой 53 индуктора 51 возбудителя через модуль 70 возбуждения.[21] The sub-exciter inductor 61 is provided with tangentially magnetized permanent magnets 63, which are housed in a core body made, like the other cores of the generators 40, 50, 60, in the form of a stack of electrical steel sheets. The armature 62 of the sub-exciter has a three-phase winding 64, at the ends of which, when the inductor 61 rotates, a three-phase alternating voltage occurs. The winding 64 is connected to the single-phase winding 53 of the exciter inductor 51 via the excitation module 70.

[22] Модуль 70 возбуждения предназначен для выпрямления переменного трехфазного напряжения, выдаваемого обмоткой 64, и такого изменения полученного постоянного напряжения, чтобы постоянное напряжение U₅₃ на концах обмотки 53 было равным целевому постоянному напряжению U₁, величина которого определяется согласно сигналу 79 обратной связи. Поскольку модуль 70 возбуждения соединен с неподвижными обмотками 64 и 53, то он может быть закреплен, например на корпусе 10, или может быть вынесен за пределы бесщеточного генератора 1.[22] The drive module 70 is designed to rectify the three-phase AC voltage output from the winding 64 and change the resulting DC voltage so that the DC voltage U ₅₃ at the ends of the winding 53 is equal to the target DC voltage U ₁ , the value of which is determined according to the feedback signal 79. Since the excitation module 70 is connected to the fixed windings 64 and 53, it can be fixed, for example, on the housing 10, or can be placed outside the brushless generator 1.

[23] Якорь 52 возбудителя имеет трехфазную обмотку 54, на концах которой при вращении якоря 52 возникает трехфазное переменное напряжение. Обмотка 54 соединена с однофазной обмоткой 43 индуктора 41 основной генерирующей машины через основной выпрямитель 30, который будучи закрепленным на приводном валу 20, вращается вместе с обмотками 54, 43 и обеспечивает подачу на концы обмотки 43 постоянного напряжения. Постоянный ток, протекающий во вращающейся обмотке 43, создает магнитное поле, под действием которого на концах трехфазной обмотки 44 якоря 42 основной генерирующей машины возникает трехфазное переменное напряжение, являющееся выходным напряжением U₄₄ бесщеточного генератора 1.[23] The armature 52 of the exciter has a three-phase winding 54, at the ends of which, when the armature 52 rotates, a three-phase alternating voltage is generated. The winding 54 is connected to the single-phase winding 43 of the inductor 41 of the main generating machine through the main rectifier 30, which, being mounted on the drive shaft 20, rotates together with the windings 54, 43 and provides a DC voltage to the ends of the winding 43. The direct current flowing in the rotating winding 43 creates a magnetic field, under the action of which a three-phase alternating voltage arises at the ends of the three-phase winding 44 of the armature 42 of the main generating machine, which is the output voltage U ₄₄ of the brushless generator 1.

[24] Следует отметить, что трехфазная обмотка 44, также как упомянутые выше трехфазные обмотки 64 и 54, имеет соединение по типу «звезда», и под трехфазным переменным напряжением понимается совокупность напряжений между каждой отдельной фазой u, v, w (Фиг. 3) и нейтральным проводом N (далее - фазное напряжение). В контексте настоящего изложения выходное напряжение U₄₄ приравнивается к максимальному фазному напряжению обмотки 44. В частности, на фазе w фазное напряжение U_w определяется измерительным устройством 230, и аналогичные измерительные устройства могут быть подключены к фазам u и v.[24] It should be noted that the three-phase winding 44, as well as the three-phase windings 64 and 54 mentioned above, has a star connection, and three-phase alternating voltage is understood to be the combination of voltages between each individual phase u, v, w (Fig. 3 ) and neutral wire N (hereinafter - phase voltage). In the context of this presentation, the output voltage U ₄₄ is equated to the maximum phase voltage of the winding 44. In particular, on phase w, the phase voltage U _w is determined by the measuring device 230, and similar measuring devices can be connected to the phases u and v.

[25] Далее, каждая фаза u, v, w бесщеточного генератора 1 соединена с одноименной силовой шиной бортовой сети 2, а нейтральный провод N бесщеточного генератора 1 соединен с нейтральной шиной бортовой сети, как это показано на Фиг. 3. Подключение какого-либо потребителя к бортовой сети 2 осуществляется путем его соединения с одной из силовых шин u, v, w с одной стороны и с нейтральной шиной N с другой стороны. Например, агрегаты 201, 202, 203 и 204, представляющие собой первую группу потребителей, соединены одной своей стороной с силовой шиной w, а другой своей стороной - с нейтральной шиной N. Аналогично этому, вторая группа потребителей имеет соединение с силовой шиной v и нейтральной шиной N, а третья группа потребителей имеет соединение с шинами u и N. Для специалиста в данной области техники очевидно, что потребители должны быть распределены по силовым шинам так, чтобы на каждой из силовых шин обеспечивалась симметричная нагрузка по отношению к другим.[25] Further, each phase u, v, w of the brushless generator 1 is connected to the same name of the power bus of the on-board network 2, and the neutral wire N of the brushless generator 1 is connected to the neutral bus of the on-board network, as shown in FIG. 3. Connecting a consumer to the on-board network 2 is carried out by connecting it to one of the power buses u, v, w on one side and to the neutral bus N on the other side. For example, the units 201, 202, 203 and 204, representing the first group of consumers, are connected on one side to the power bus w, and on the other side to the neutral bus N. Similarly, the second group of consumers is connected to the power bus v and the neutral bus N, and the third group of consumers has a connection to buses u and N. For a person skilled in the art, it is obvious that consumers must be distributed over the power buses so that each of the power buses provides a symmetrical load with respect to the others.

[26] Когда бесщеточный генератор 1 подключен к бортовой сети 2, через фазы u, v, w обмотки 44 протекают фазные токи с силами I_u, I_v, I_w соответственно, при этом сила I₄₄ выходного тока бесщеточного генератора 1 приравнивается к максимальной силе фазного тока. Как видно на Фиг. 3, на фазе w сила I_w фазного тока определяется измерительным устройством 240, при этом аналогичные измерительные устройства могут быть подключены к фазам u и v. [26] When the brushless generator 1 is connected to the on-board network 2, phase currents with the forces I _u , I _v , I _w respectively flow through the phases u, v, w of the winding 44, while the force I ₄₄ of the output current of the brushless generator 1 is equated to the maximum phase current strength. As seen in FIG. 3, on the w phase, the phase current strength I _w is determined by the measuring device 240, and similar measuring devices can be connected to the u and v phases.

[27] Как было отмечено выше, для обеспечения надежного функционирования электрооборудования летательного аппарата и самого бесщеточного генератора 1 выходное напряжение U₄₄ следует поддерживать на заданной величине U₀ как во всем диапазоне изменения нагрузки со стороны бортовой сети 2, так и во всем диапазоне изменения частоты вращения приводного вала 20. Поскольку выходное напряжение U₄₄ зависит также от величины напряжения на концах обмотки 54, то посредством соответствующего регулирования постоянного напряжения U₅₃, подаваемого на концы обмотки 53, можно компенсировать влияние как со стороны нагрузки, так и со стороны источника крутящего момента с тем, чтобы обеспечить стабильность выходного напряжения U₄₄.[27] As noted above, to ensure the reliable operation of the electrical equipment of the aircraft and the brushless generator 1 itself, the output voltage U ₄₄ should be maintained at a given value U ₀ both in the entire range of load changes from the on-board network 2, and in the entire range of frequency changes rotation of the drive shaft 20. Since the output voltage U ₄₄ also depends on the magnitude of the voltage at the ends of the winding 54, by appropriate regulation of the constant voltage U ₅₃ supplied to the ends of the winding 53, it is possible to compensate for the influence of both the load side and the torque source in order to ensure the stability of the output voltage U ₄₄ .

[28] Модуль 70 возбуждения содержит выпрямитель 71, мостовую схему 80 и блок 72 управления возбудителем. Обратим внимание на то, что в контексте настоящего изложения такие понятия как «модуль 70 возбуждения», «блок управления 72 возбудителем» и т.п. отражают прежде всего описанное здесь функциональное содержание обозначаемых ими блоков, при этом техническая реализация этих блоков является очевидной для специалиста в данной области техники и может иметь различную конфигурацию. Например, каждый из указанных блоков может быть выполнен в виде отдельного физически обособленного устройства или может быть выполнен без физического обособления в составе более сложного устройства. Одновременно с этим возможно исполнение, когда компоненты какого-либо из указанных блоков могут быть распределены по разным устройствам.[28] The excitation module 70 includes a rectifier 71, a bridge circuit 80, and an exciter control unit 72. Let us pay attention to the fact that in the context of this presentation, such concepts as “excitation module 70”, “exciter control unit 72”, etc. reflect primarily the functional content of the blocks they designate described here, while the technical implementation of these blocks is obvious to a person skilled in the art and can have a different configuration. For example, each of these blocks can be made as a separate physically separate device or can be made without physical separation as part of a more complex device. At the same time, execution is possible when the components of any of these blocks can be distributed among different devices.

[29] Выпрямитель 71 представляет собой известную специалисту в данной области техники трехфазную мостовую схему, дополненную сглаживающим емкостным фильтром. Тем не менее, выпрямитель 71 может иметь любую другую конфигурацию, подходящую для использования в модуле 70 возбуждения.[29] The rectifier 71 is a three-phase bridge circuit known to those skilled in the art, supplemented with a smoothing capacitance filter. However, the rectifier 71 may have any other configuration suitable for use in the excitation module 70.

[30] С учетом сделанного выше допущения, что выпрямленное напряжение приравнивается к постоянному напряжению, в бесщеточном генераторе 1 подвозбудитель 60 в паре с выпрямителем 71 рассматриваются в качестве источника постоянного напряжения. Следует, однако, отметить, что в отдельных исполнениях бесщеточный генератор 1 может не содержать подвозбудителя 60 и выпрямителя 71, и тогда в качестве источника постоянного напряжения выступает внешний источник питания.[30] Based on the assumption made above that the rectified voltage is equal to the DC voltage, in the brushless generator 1, the subexciter 60 paired with the rectifier 71 is considered as a DC voltage source. However, it should be noted that in some versions, the brushless generator 1 may not contain a sub-exciter 60 and a rectifier 71, and then an external power supply acts as a constant voltage source.

[31] Мостовая схема 80 образована четырьмя транзисторными ключами 81, 82, 83, 84 (далее - транзисторы), которые в указанном порядке последовательно соединены друг с другом с образованием замкнутого контура, причем одна диагональ данного контура подключена к выпрямителю 71, а другая - к обмотке 53. Обмотка 53 может быть соединена с выпрямителем 71 либо через пару транзисторов 81 и 83, либо через пару транзисторов 82 и 84. Транзисторы неработающей пары остаются закрытыми, т.е. не проводящими электрический ток. В работающей паре один транзистор находится в открытом состоянии, а другой способен чередовать свои открытое и закрытое состояния, что позволяет соответственно замыкать и размыкать электрическую цепь между обмоткой 53 и выпрямителем 71.[31] The bridge circuit 80 is formed by four transistor switches 81, 82, 83, 84 (hereinafter referred to as transistors), which are connected in series with each other in this order to form a closed circuit, with one diagonal of this circuit connected to the rectifier 71, and the other to to winding 53. Winding 53 may be connected to rectifier 71 either through a pair of transistors 81 and 83 or through a pair of transistors 82 and 84. non-conductive electrical current. In a working pair, one transistor is in the open state, and the other is able to alternate its open and closed states, which allows you to respectively close and open the electrical circuit between the winding 53 and the rectifier 71.

[32] Блок 72 управления возбудителем способен получать сигнал 79 обратной связи, содержащий информацию о текущих, а опционально и о прогнозируемых значениях выходного напряжения U₄₄ и частоты вращения приводного вала 20. На основе сигнала 79 обратной связи блок 72 управления возбудителем способен рассчитывать целевое постоянное напряжение U₁, которое в качестве постоянного напряжения U₅₃ должно быть подано на концы обмотки 53 для того, чтобы выходное напряжение U₄₄ стало равным заданному напряжению U₀.[32] The exciter control unit 72 is able to receive a feedback signal 79 containing information about the current, and optionally predicted values of the output voltage U ₄₄ and the speed of the drive shaft 20. Based on the feedback signal 79, the exciter control unit 72 is able to calculate the target constant voltage U ₁ , which as a constant voltage U ₅₃ must be applied to the ends of the winding 53 so that the output voltage U ₄₄ becomes equal to the specified voltage U ₀ .

[33] Кроме того, блок 72 управления возбудителем выполнен с возможностью такого управления работающей парой транзисторов мостовой схемы 80, чтобы в результате чередования периодов замыкания и размыкания электрической цепи между обмоткой 53 и выпрямителем 71 усредненное по времени постоянное напряжение U₅₃ на концах обмотки 53 было равно целевому постоянному напряжению U₁. Другими словами, блок 72 управления возбудителем регулирует постоянное напряжение U₅₃ посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения.[33] In addition, the exciter control unit 72 is configured to control the operating pair of transistors of the bridge circuit 80 so that, as a result of alternating periods of closing and opening of the electrical circuit between the winding 53 and the rectifier 71, the time-averaged DC voltage U ₅₃ at the ends of the winding 53 is equal to the target DC voltage U ₁ . In other words, the exciter control unit 72 regulates the DC voltage U ₅₃ by pulse width modulation (PWM) of the voltage.

[34] Например, транзисторы 81 и 83 представляют собой транзисторы неработающей пары и потому остаются закрытыми. В этом случае ток от выпрямителя 71 течет через транзистор 82, обмотку 53 и транзистор 84, т.е. в направлении стрелки 2. Если, например, транзистор 82 постоянно находится в открытом состоянии, а транзистор 84 под управлением блока 72 управления возбудителем чередует свои открытое и закрытое состояния, то при определенном соотношении периодов открытого и закрытого состояний транзистора 84 усредненное по времени постоянное напряжение U₅₃ на концах обмотки 53 станет равным целевому постоянному напряжению U₁, а выходное напряжение U₄₄ станет равным заданному напряжению U₀. Следует отметить, что возможны и другие алгоритмы управления транзисторами 82 и 84 для осуществления ШИМ напряжения.[34] For example, transistors 81 and 83 are inactive pair transistors and therefore remain off. In this case, current from rectifier 71 flows through transistor 82, winding 53, and transistor 84, i. in the direction of arrow 2. If, for example, the transistor 82 is constantly in the open state, and the transistor 84, under the control of the exciter control unit 72, alternates its open and closed states, then at a certain ratio of the periods of the open and closed states of the transistor 84, the time-averaged constant voltage U ₅₃ at the ends of the winding 53 will become equal to the target DC voltage U ₁ and the output voltage U ₄₄ will become equal to the specified voltage U ₀ . It should be noted that other algorithms for driving transistors 82 and 84 to implement the PWM voltage are possible.

[35] Описанное выше регулирование постоянного напряжения U₅₃, выполняемое так, чтобы выходное напряжение U₄₄ генератора стремилось к заданному напряжению U₀, соответствует нормальному режиму эксплуатации бесщеточного генератора 1, при котором каждый подключенный к бортовой сети 2 потребитель получает заданное напряжение U₀ или близкое к нему. Однако в случае наступления аварийной ситуации, связанной с возникновением короткого замыкания в бортовой сети 2, эксплуатация бесщеточного генератора 1 в нормальном режиме становится невозможной. В контексте настоящего изложения под коротким замыканием понимается такое соединение между силовой и нейтральной шинами бортовой сети 2, которое характеризуется чрезвычайно малым сопротивлением. Данная аварийная ситуация приводит к тому, что получаемое потребителями напряжение снижается практически до нуля, при этом увеличение постоянного напряжения U₅₃способно лишь увеличить силу тока в короткозамкнутой цепи, что только усиливает опасные последствия короткого замыкания.[35] The above-described regulation of the constant voltage U ₅₃ , performed so that the output voltage U ₄₄ of the generator tends to a given voltage U ₀ corresponds to the normal operation of the brushless generator 1, in which each consumer connected to the on-board network 2 receives a given voltage U ₀ or close to him. However, in the event of an emergency situation associated with the occurrence of a short circuit in the on-board network 2, the operation of the brushless generator 1 in normal mode becomes impossible. In the context of this presentation, a short circuit is understood to mean a connection between the power and neutral buses of the on-board network 2, which is characterized by an extremely low resistance. This emergency situation leads to the fact that the voltage received by the consumers is reduced to almost zero, while an increase in the constant voltage U ₅₃ can only increase the current in the short-circuited circuit, which only enhances the dangerous consequences of a short circuit.

[36] Тем не менее для восстановления работоспособности бортовой сети 2 ее поврежденные участки должны быть изолированы, что достигается при срабатывании предохранителей, расположенных на поврежденных участках. Действие используемых для данных целей предохранителей обычно основано на тепловом эффекте, который проявляется при протекании тока с заранее установленной пороговой силой или выше нее через чувствительный элемент предохранителя, а значит для срабатывания предохранителя подачу напряжения в бортовую сеть 2 необходимо продолжать. Именно поэтому при возникновении короткого замыкания в бортовой сети 2 блок 72 управления возбудителем переводит бесщеточный генератор 1 в аварийный режим эксплуатации, в котором в отличие от прототипа подача напряжения на обмотку 43 не прекращается, а продолжается с изменением принципа регулирования постоянного напряжения U₅₃.[36] However, to restore the on-board network 2, its damaged sections must be isolated, which is achieved by actuating the fuses located in the damaged sections. The action of the fuses used for this purpose is usually based on the thermal effect, which manifests itself when a current flows at or above a predetermined threshold strength through the sensing element of the fuse, which means that for the fuse to operate, the voltage supply to the on-board network 2 must continue. That is why, in the event of a short circuit in the on-board network 2, the exciter control unit 72 switches the brushless generator 1 into emergency operation, in which, unlike the prototype, the voltage supply to the winding 43 does not stop, but continues with a change in the principle of regulation of the constant voltage U ₅₃ .

[37] Возвращаясь к Фиг. 3, обратим внимание, что агрегаты 201-204 соединены с бортовой сетью 2 через предохранители 211-214, которые представляют собой плавкие предохранители, срабатывающие при расплавлении их чувствительных элементов. Как было отмечено ранее, разогрев чувствительного элемента какого-либо из предохранителей 211-214 до момента его расплавления требует некоторого времени, в течение которого через данный предохранитель должен протекать ток, имеющий силу тока, равную заранее установленной пороговой силе I₀ тока или выше нее.[37] Returning to FIG. 3, we note that the units 201-204 are connected to the on-board network 2 through fuses 211-214, which are fuses that operate when their sensitive elements are melted. As noted earlier, heating the sensitive element of any of the fuses 211-214 until it melts requires some time, during which a current must flow through this fuse, having a current equal to or higher than a predetermined threshold current I ₀ .

[38] Далее, на Фиг. 3 отображен случай, когда короткое замыкание произошло одновременно в агрегатах 201 и 202, что например, может быть следствием механического повреждения отсека, в котором они расположены. Агрегаты 203 и 204 идентичны агрегатам 201 и 202 соответственно, и представляют собой резервные агрегаты, которые подлежат включению, когда система управления летательного аппарата определяет, что основные агрегаты 201 и 202 вышли из строя. Однако для включения резервных агрегатов 203 и 204 следует подать на них напряжение, что невозможно осуществить до тех пор, пока от бортовой сети 2 не отключены поврежденные агрегаты 201 и 202. Следует отметить, что указанная функция агрегатов 203 и 204 приведена в качестве примера, при этом агрегаты 203 и 204 могут представлять собой любые другие агрегаты, не связанные с агрегатами 201, 202 и имеющие постоянное подключение к шинам w и N.[38] Next, in FIG. 3 shows the case when a short circuit occurred simultaneously in the units 201 and 202, which, for example, may be due to mechanical damage to the compartment in which they are located. Units 203 and 204 are identical to units 201 and 202, respectively, and are standby units to be turned on when the aircraft's control system determines that the main units 201 and 202 have failed. However, to turn on the standby units 203 and 204, they must be energized, which cannot be done until the damaged units 201 and 202 are disconnected from the on-board network 2. It should be noted that the indicated function of the units 203 and 204 is given as an example, with In this case, the units 203 and 204 can be any other units not associated with the units 201, 202 and permanently connected to the w and N buses.

[39] На Фиг. 4 представлен алгоритм работы блока 72 управления возбудителем, который будет пояснен на примере бортовой сети 2 с Фиг.3. Алгоритм с Фиг. 4 представляет собой функционально обособленный фрагмент полного процесса работы блока 72 управления возбудителем, при этом указанный полный процесс включает в себя множество повторений алгоритма с Фиг. 4, выполняемых незамедлительно друг за другом. Другими словами, на следующем повторении алгоритма с Фиг. 4 операция «Запуск» выполняется сразу после операции «Конец» предыдущего повторения алгоритма.[39] FIG. 4 shows the algorithm of the exciter control unit 72, which will be explained on the example of the on-board network 2 from Fig.3. The algorithm from Fig. 4 is a functionally separate fragment of the complete process of the exciter control unit 72, while the specified complete process includes many repetitions of the algorithm from FIG. 4, performed immediately one after the other. In other words, on the next iteration of the algorithm of FIG. 4, the “Start” operation is performed immediately after the “End” operation of the previous repetition of the algorithm.

[40] На Этапе 1 алгоритма с Фиг. 4 блок 72 управления возбудителем получает от измерительных устройств 240 данные о силе I₄₄ выходного тока, после чего переходит к Этапу 2.[40] In Step 1 of the algorithm of FIG. 4, the driver control unit 72 receives the output current I ₄₄ from the measuring devices 240 and then proceeds to Step 2.

[41] На Этапе 2 блок 72 управления возбудителем сравнивает силу I₄₄ выходного тока с пороговой силой I₀ тока. Если сила I₄₄ выходного тока меньше пороговой силы I₀ тока, то блок 72 управления возбудителем определяет, что короткое замыкание в бортовой сети 2 отсутствует, а бесщеточный генератор 1 должен эксплуатироваться в нормальном режиме.[41] In Step 2, the driver control unit 72 compares the output current I ₄₄ with the threshold current I ₀ . If the output current I ₄₄ is less than the threshold current I ₀ , then the exciter control unit 72 determines that there is no short circuit in the on-board network 2, and the brushless generator 1 should be operated normally.

[42] Таким образом, при получении на Этапе 2 результата сравнения «Да», блок 72 управления возбудителем переходит к Этапу 3, на котором блок 72 управления возбудителем получает от измерительных устройств 230 данные о выходном напряжении U₄₄. После выполнения Этапа 3 блок 72 управления возбудителем переходит к Этапу 4.[42] Thus, when the comparison result "Yes" is obtained in Step 2, the exciter control unit 72 proceeds to Step 3, in which the exciter control unit 72 obtains output voltage U ₄₄ from the measuring devices 230 . After Step 3 is completed, the exciter control unit 72 proceeds to Step 4.

[43] На Этапе 4 блок 72 управления возбудителем сравнивает выходное напряжение U₄₄ с заданным напряжением U₀. Если выходное напряжение U₄₄ отличается от заданного напряжения U₀, что соответствует результату сравнения «Нет», то блок 72 управления возбудителем переходит к Этапу 5. Данная ситуация является ситуацией, когда агрегаты 201-204 не получают напряжение, равное заданному напряжению U₀, причиной чему могло послужить, например, изменение частоты вращения приводного вала или изменение нагрузки.[43] In Step 4, the exciter control unit 72 compares the output voltage U ₄₄ with a predetermined voltage U ₀ . If the output voltage U ₄₄ differs from the set voltage U ₀ , which corresponds to the comparison result "No", then the exciter control unit 72 proceeds to Step 5. This situation is a situation where the units 201-204 do not receive a voltage equal to the set voltage U ₀ , the cause of which could be, for example, a change in the speed of the drive shaft or a change in load.

[44] На Этапе 5 блок 72 управления возбудителем последовательно выполняет две операции, первая из которых состоит в определении целевого постоянного напряжения U₁, а вторая - в подаче на концы обмотки 53 обновленного постоянного напряжения U₅₃, равного целевому постоянному напряжению U₁. Целевое постоянное напряжение U₁ при этом определяется исходя из того, чтобы при подаче на концы обмотки 53 обновленного постоянного напряжения U₅₃, равного целевому постоянному напряжению U₁, выходное напряжение U₄₄ стало равно заданному напряжению U₀. Расчет целевого постоянного напряжения U₁ при известных параметрах бесщеточного генератора 1 является очевидным специалисту в данной области техники.[44] In Step 5, the driver control unit 72 sequentially performs two operations, the first of which is to determine the target DC voltage U ₁ , and the second is to apply to the ends of the winding 53 a renewed DC voltage U ₅₃ equal to the target DC voltage U ₁ . The target DC voltage U ₁ is then determined on the basis that when the ends of the winding 53 are supplied with an updated DC voltage U ₅₃ equal to the target DC voltage U ₁ , the output voltage U ₄₄ becomes equal to the specified voltage U ₀ . The calculation of the target DC voltage U ₁ with known parameters of the brushless generator 1 is obvious to a person skilled in the art.

[45] Далее алгоритм возвращается к Этапу 1 и при сохранении нормального режима эксплуатации бесщеточного генератора 1 проходит Этапы 1-3, как было описано выше. Если обновление постоянного напряжения U₅₃, выполненное на Этапе 5 предыдущего цикла, привело к тому, что выходное напряжение U₄₄ стало равно заданному напряжению U₀, то на Этапе 4 результатом сравнения становится «Да», и алгоритм завершается. Таким образом, согласно алгоритму, если блок 72 управления возбудителем определяет, что сила I₄₄ выходного тока генератора меньше пороговой силы I₀ тока, то блок 72 управления возбудителем регулирует постоянное напряжение U₅₃ так, чтобы выходное напряжение U₄₄ стремилось к заданному напряжению U₀.[45] Next, the algorithm returns to Step 1 and, while maintaining the normal operation of the brushless generator 1, goes through Steps 1-3, as described above. If the update of the constant voltage U ₅₃ performed in Step 5 of the previous cycle causes the output voltage U ₄₄ to equal the set voltage U ₀ , then the result of the comparison becomes "Yes" in Step 4 and the algorithm ends. Thus, according to the algorithm, if the exciter control unit 72 determines that the strength I ₄₄ of the generator output current is less than the threshold current strength I ₀ , then the exciter control unit 72 regulates the constant voltage U ₅₃ so that the output voltage U ₄₄ tends to the specified voltage U ₀ .

[46] Если же на Этапе 2 выясняется, что сила выходного тока I₄₄ превышает пороговую силу тока I₀, то блок 72 управления возбудителем определяет, что в бортовой сети 2 произошло короткое замыкание, и бесщеточный генератор 1 должен эксплуатироваться в аварийном режиме эксплуатации. Таким образом, при получении на Этапе 2 результата сравнения «Нет», блок 72 управления возбудителем переходит к Этапу 6.[46] If, however, in Step 2 it is found that the output current I ₄₄ exceeds the threshold current I ₀ , then the exciter control unit 72 determines that the on-board network 2 has a short circuit, and the brushless generator 1 must be operated in emergency operation. Thus, when the comparison result "No" is obtained in Step 2, the exciter control unit 72 proceeds to Step 6.

[47] На Этапе 6 блок 72 управления возбудителем последовательно выполняет две операции, первая из которых состоит в определении целевого постоянного напряжения U₂, а вторая - в подаче на концы обмотки 53 обновленного постоянного напряжения U₅₃, равного целевому постоянному напряжению U₂. Целевое постоянное напряжение U₂ при этом определяется исходя из того, чтобы при подаче на концы обмотки 53 обновленного постоянного напряжения U₅₃, равного целевому постоянному напряжению U₂, сила I₄₄ выходного тока стала равной пороговой силе I₀ тока.[47] In Step 6, the driver control unit 72 sequentially performs two operations, the first of which is to determine the target DC voltage U ₂ , and the second of which is to apply to the ends of the winding 53 an updated DC voltage U ₅₃ equal to the target DC voltage U ₂ . The target DC voltage U ₂ is then determined on the basis that when the ends of the winding 53 are supplied with an updated DC voltage U ₅₃ equal to the target DC voltage U ₂ , the output current I ₄₄ becomes equal to the threshold current I ₀ .

[48] Следует отметить, что пороговая сила I₀ тока значительно превышает максимальную силу I₄₄ выходного тока, которая возможна в нормальном режиме эксплуатации бесщеточного генератора 1. Тем не менее пороговая сила I₀ тока установлена так, чтобы эксплуатация бесщеточного генератора 1 в аварийном режиме, когда сила I₄₄ выходного тока становится равна пороговой силе I₀ тока или слегка выше нее, не приводила к повреждению бесщеточного генератора 1 или агрегатов 201-204, подключенных к бортовой сети 2. Например, пороговая сила I₀ тока может превышать максимальную силу I₄₄ выходного тока, которая возможна в нормальном режиме эксплуатации бесщеточного генератора 1, в три раза. Данная величина пороговой силы I₀ тока позволяет достоверно определить возникновение короткого замыкания, а также обеспечить надежное срабатывание предохранителей 211-214.[48] It should be noted that the threshold current I ₀ is much higher than the maximum output current I ₄₄ that is possible in the normal operation of the brushless generator 1. However, the threshold current I ₀ is set so that the emergency operation of the brushless generator 1 , when the output current I ₄₄ becomes equal to or slightly higher than the threshold current I ₀ does not damage the brushless generator 1 or the units 201-204 connected to the on-board network 2. For example, the threshold current I ₀ can exceed the maximum current I ₄₄ output current, which is possible in the normal operation of the brushless generator 1, three times. This value of the threshold current I ₀ allows you to reliably determine the occurrence of a short circuit, as well as to ensure reliable operation of the fuses 211-214.

[49] В случае, показанном на Фиг. 3, когда короткое замыкание произошло на агрегатах 201 и 202, а резервные агрегаты 203 и 204 не могут быть задействованы по причине отсутствия подаваемого на них напряжения, блок 72 управления возбудителем поддерживает такое выходное напряжение U₄₄, при котором через бортовую сеть 2 протекает ток с пороговой силой I₀ тока. Данная ситуация может продолжаться в течение нескольких циклов, включающих Этапы 6-1-2, и по прошествии определенного времени, требуемого на разогрев чувствительных элементов предохранителей 211 и 212, предохранители 211 и 212 срабатывают последовательно друг за другом, при этом первым из них срабатывает предохранитель, включенный в короткозамкнутую цепь с меньшим сопротивлением. Таким образом, согласно алгоритму, если блок 72 управления возбудителем определяет, что сила I₄₄ выходного тока равна или превышает пороговую силу I₀ тока, то блок 72 управления возбудителем регулирует постоянное напряжение U₅₃ так, чтобы сила I₄₄ выходного тока генератора стремилась к пороговой силе тока I₀.[49] In the case shown in FIG. 3, when a short circuit has occurred on the units 201 and 202, and the standby units 203 and 204 cannot be used due to the lack of voltage supplied to them, the exciter control unit 72 maintains an output voltage U ₄₄ at which a current flows through the on-board network 2 with threshold current I ₀ . This situation can continue for several cycles, including Steps 6-1-2, and after a certain time required for the sensing elements of fuses 211 and 212 to warm up, fuses 211 and 212 blow in succession, with the fuse blowing first. included in a short-circuited circuit with less resistance. Thus, according to the algorithm, if the exciter control unit 72 determines that the output current I ₄₄ is equal to or exceeds the threshold current I ₀ , then the exciter control unit 72 adjusts the constant voltage U ₅₃ so that the generator output current I ₄₄ tends to the threshold current strength I ₀ .

[50] Срабатывание предохранителей 211 и 212 изолирует от бортовой сети 2 поврежденные агрегаты 201 и 202, в результате чего сила I₄₄ выходного тока становится ниже пороговой силы I₀ тока, и при следующем выполнении Этапа 2 блок 72 управления возбудителем переходит к Этапу 3, т.е. переводит бесщеточный генератор 1 в нормальный режим эксплуатации. Поскольку выходное напряжение U₄₄ возрастает до заданного напряжения U₀ или близко к нему, то к бортовой сети 2 могут быть подключены резервные агрегаты 203 и 204, после чего нормальное функционирование бортовой сети 2 можно считать полностью восстановленным.[50] The operation of the fuses 211 and 212 isolates the damaged units 201 and 202 from the on-board network 2, as a result of which the output current I ₄₄ falls below the threshold current I ₀ , and the next time Step 2 is executed, the exciter control unit 72 proceeds to Step 3, those. puts the brushless generator 1 into normal operation. Since the output voltage U ₄₄ rises to the set voltage U ₀ or close to it, the stand-by units 203 and 204 can be connected to the on-board network 2, after which the normal functioning of the on-board network 2 can be considered fully restored.

[51] Далее, хотя в аварийном режиме сила I₄₄ выходного тока значительно превышает таковую, характерную для нормального режима, ввиду чрезвычайно низкого сопротивления короткозамкнутой цепи выходное напряжение U₄₄ в аварийном режиме поддерживается достаточно низким. Более того, когда блок 72 управления возбудителем определяет, что в бортовой сети 2 произошло короткое замыкание, т.е. при первом переходе от Этапа 2 к Этапу 6, во избежание повреждения бесщеточного генератора 1 и функционирующих потребителей, снижение выходного напряжения U₄₄ от заданного напряжения U₀ до величины аварийного режима должно быть произведено достаточно быстро.[51] Further, although the output current I ₄₄ in emergency mode is much higher than in normal mode, due to the extremely low resistance of the short circuit, the output voltage U ₄₄ in emergency mode is kept quite low. Moreover, when the exciter control unit 72 determines that a short circuit has occurred in the on-board network 2, i. at the first transition from Stage 2 to Stage 6, in order to avoid damage to the brushless generator 1 and the operating consumers, the decrease in the output voltage U ₄₄ from the set voltage U ₀ to the value of the emergency mode must be done fairly quickly.

[52] Однако быстрому снижению выходного напряжения U₄₄ препятствует сравнительно медленное снижение остаточной намагниченности сердечников индуктора 51 и якоря 52 возбудителя, в результате чего даже очень быстрая подача на концы обмотки 53 обновленного постоянного напряжения U₅₃ не приводит к такому же быстрому изменению напряжения на концах обмотки 54, а значит и на концах обмотки 43.[52] However, the rapid decrease in the output voltage U ₄₄ is prevented by a relatively slow decrease in the remanent magnetization of the cores of the inductor 51 and armature 52 of the exciter, as a result of which even a very fast supply of a renewed constant voltage U ₅₃ to the ends of the winding 53 does not lead to the same rapid change in the voltage at the ends winding 54, and hence at the ends of the winding 43.

[53] Тем не менее, когда блок 72 управления возбудителем определяет, что в бортовой сети 2 произошло короткое замыкание, одновременно с подачей обновленного постоянного напряжения U₅₃ он изменяет полярность постоянного напряжения на концах обмотки 53 на противоположную. Для этого блок 72 управления возбудителем переводит прежде работающую пару транзисторов мостовой схемы 80 в неработающую пару и наоборот. В рассматриваемом примере блок 72 управления возбудителем закрывает транзисторы 82, 84 и отрывает транзисторы 81 и 83 (Фиг. 2). Аналогично описанному выше, блок 72 управления возбудителем поддерживает транзистор 83 в открытом состоянии постоянно, а посредством транзистора 81 осуществляет ШИМ напряжения так, чтобы постоянное напряжение U₅₃ было равно целевому постоянному напряжению U₁.[53] However, when the exciter control unit 72 determines that a short circuit has occurred in the on-board network 2, it reverses the polarity of the DC voltage at the ends of the winding 53 at the same time as applying the renewed DC voltage U ₅₃ . To do this, the exciter control unit 72 converts the previously working pair of transistors of the bridge circuit 80 to a non-working pair and vice versa. In this example, the driver control unit 72 closes transistors 82, 84 and opens transistors 81 and 83 (FIG. 2). As described above, the driver control unit 72 keeps the transistor 83 on all the time, and through the transistor 81, PWMs the voltage so that the DC voltage U ₅₃ is equal to the target DC voltage U ₁ .

[54] В результате этого ток от выпрямителя 71 течет теперь через транзистор 83, обмотку 53 и транзистор 81, т.е. в направлении стрелки 3, которое противоположно прежнему направлению тока, обозначенному стрелкой 2. Изменение направления тока в обмотке 53 на противоположное вызывает такое же изменение направления магнитного потока, охватывающего индуктор 51 и якорь 52, благодаря чему остаточная намагниченность сердечников индуктора 51 и якоря 52 быстро снимается, а снижение выходного напряжения U₄₄ существенно ускоряется. В то же время поскольку в обмотке 54 индуцируется переменная ЭДС, то изменение направления тока в обмотке 53 не оказывает влияния на напряжение на концах обмотки 54.[54] As a result, current from rectifier 71 now flows through transistor 83, winding 53, and transistor 81, i. in the direction of arrow 3, which is opposite to the previous direction of current indicated by arrow 2. Reversing the direction of current in winding 53 causes the same change in the direction of the magnetic flux covering the inductor 51 and armature 52, due to which the residual magnetization of the cores of the inductor 51 and armature 52 is quickly removed , and the decrease in the output voltage U ₄₄ is significantly accelerated. At the same time, since an alternating EMF is induced in winding 54, a change in the direction of current in winding 53 does not affect the voltage at the ends of winding 54.

[55] Следует также отметить, что включенная в модуль 70 возбуждения мостовая схема 80, состоящей из четырех транзисторов, значительно повышает надежность бесщеточного генератора 1, поскольку даже в случае выхода из строя одного транзистора, сохраняется второй рабочий контур управления постоянным напряжением на концах обмотки 53. Данный контур проходит через пару транзисторов, не включающую в себя поврежденный транзистор, благодаря чему предоставляется возможность осуществления полноценной стабилизации выходного напряжения U₄₄ в нормальном режиме эксплуатации бесщеточного генератора 1.[55] It should also be noted that the four-transistor bridge circuit 80 included in the drive module 70 greatly improves the reliability of the brushless generator 1, because even if one transistor fails, the second operating circuit for controlling the constant voltage at the ends of the winding 53 is maintained. This circuit passes through a pair of transistors, which does not include a damaged transistor, which makes it possible to fully stabilize the output voltage U ₄₄ in normal operation of the brushless generator 1.

Claims

1. An electric current generator containing a main machine, an exciter and an exciter control unit, moreover

the armature of the main machine and the exciter inductor are fixed on the generator body, and the main machine inductor and the exciter armature are fixed on the generator shaft, while

the exciter control unit is able to regulate the voltage at the ends of the exciter inductor winding, and

when the generator output current is less than the threshold current, the exciter control unit regulates the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output voltage tends to the specified voltage, and

when the generator output current equals or exceeds the threshold current, the exciter control unit adjusts the voltage at the ends of the exciter inductor winding so that the generator output current tends to the threshold current.

2. The generator according to claim 1, in which the armature winding of the main machine contains several phases connected by a "star", while the output voltage of the generator is a phase voltage, and the output current of the generator is the current flowing in the phase.

3. The generator according to claim 1, in which the exciter inductor winding is included in a bridge circuit formed by four transistors and connected to a constant voltage source, and

the exciter control unit is able to control the transistors so as to regulate the voltage at the ends of the exciter inductor winding by means of pulse-width modulation of the voltage.

4. The generator according to claim 3, in which the exciter control unit is able to reverse the polarity of the voltage at the ends of the exciter inductor winding.

5. The generator according to claim 1, in which the source of constant voltage is a sub-exciter paired with a rectifier, and

the exciter inductor containing a permanent magnet is fixed on the generator shaft, and the exciter armature is fixed on the generator housing.