МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПОВІТРЯНИХ СУДЕН

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ І ЗАХИСТУ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Виконала: Романець Софія Сергіївна

Перевірив: Захарченко Віктор Панасович

Київ 2022

Лабораторна робота 3

ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ І ЗАХИСТУ АВІАЦІЙНИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Мета роботи

1. Вивчення електричних схем і конструкцій диференціально-мінімального реле (ДМР), автоматів захисту мережі (АЗП) від перенапруги.

2. Дослідження ДМР і АЗП при різних режимах роботи з метою визначення придатності їх до подальшої експлуатації.

Завдання

1. Вивчити електричні схеми та конструкції ДМР і АЗП.

2. Вивчити зміст роботи, лабораторну установку та порядок виконання роботи.

3. Перевірити роботу ДМР і АЗП у різних режимах.

Основні теоретичні відомості

Система керування генератора – це пристрої, призначені для автоматичного ввімкнення та вимкнення його від бортової мережі. Генератор вмикають до бортової мережі тільки тоді, коли напруга на його клемах дорівнює або більша напруги мережі, коли генератор здатний забезпечити навантаження. Якщо ж ЕРС генератора менша за напругу бортової мережі, генератор треба відключити, інакше він стане споживачем електричної енергії.

Пристрої, призначені для захисту генератора і електричної мережі від можливих аварійних режимів, називають апаратурою захисту.

На сучасних ПС для керування генераторами постійного струму великої потужності застосовують ДМР, яке виконує такі функції:

• автоматично вмикає генератор у бортову мережу, коли його напруга перевищує напругу мережі на 0,2…1 В;

• автоматично вимикає генератор від мережі при зворотних струмах, коли з мережі в генератор надходить струм 15…50 А;

• виключає можливість підключення генератора в мережу зі зворотною полярністю;

• автоматично вимикає генератор від мережі при обриві фідера генератора (провід, що з'єднує плюсовий затиск генератора з клемою «генератор» ДМР).

На ПС цивільної авіації переважно застосовують ДМР двох типів: ДМР-400Д і ДМР-600Т. Цифри, що стоять після букв, вказують номінальну величину струму, на яку розраховані контакти головного контактора, букви після цифр означають серію.

ДМР-400Д складається з таких елементів (рис. 3.1):

• допоміжного реле 1Р, що має дві пари нормально розімкнених контактів 1Р1 і 1Р2;

• диференціального реле 2Р з нормально замкненими контактами;

• поляризованого реле (ПР) з нормально розімкненими контактами ПР1. Реле поляризоване за допомогою постійного магніту;

• контактора K з подвійним розривом ланцюга.

Рис. 3.1

Для підключення генератора до мережі необхідно ввімкнути двополюсний вимикач В₁, розташований на щитку енергетика, при цьому коло реле 1Р і зрівноважувальної обмотки буде замкнене. Коли напруга на клемах генератора досягне 14 В, реле 1Р спрацює і замкне свої нормально розімкнені контакти 1Р1 і 1Р2, які увімкнені у коло обмотки контактора, обмотки реле 2Р і диференціальної обмотки ПР.

Обмотка реле 2Р вимірює різницю напруг мережі U_C і генератора U_Г (U = U_C – U_Г). Коли ця різниця досягне 14 В, реле спрацює і розімкне свої нормально замкнені контакти 2Р1, що приведе до розриву кола диференціальної обмотки W_д ПР. З підвищенням напруги на затискачах генератора різниця U = U_C – U_Г меншає. Коли вона стає рівною або меншою 4 В, реле 2Р вимикається і його нормально замкнені контакти 2Р, замикають коло диференціальної обмотки ПР. У цей момент напруга генератора нижча напруги мережі, тому по диференціальній обмотці W_д ПР буде протікати струм від мережі до генератора.

У такому випадку правий кінець якоря реле буде мати південну полярність, а лівий – північну (рис. 3.2). Якщо в цей момент контакти ПР були замкнені, то вони розімкнуться, а якщо були розімкнені, то положення якоря залишиться незмінним.

а б

Рис. 3.2.

На рис.3.2 показано схему магнітного кола ПР (а –розімкнені контакти; б –замкнені контакти): 1 – упорний гвинт; 2 – верхня плата; 3 – опорна скоба; 4 – полюс; 5 – контактний гвинт; 6 – якір; 7 – стойка; 8 – нижня плата.

Коли напруга генератора перевищить напругу мережі на 0,3…0,7 В струм в обмотці W_д ПР перемагнітить якір і контакти ПР1 замкнуться (рис. 3.2). У момент замикання контактів ПР1 контактор К спрацює, оскільки до його обмотки прикладена напруга генератора, і генератор вмикається до бортової мережі. При замиканні контактів К контактора обмотки реле 2Р і диференціальної W_д будуть зашунтовані, але якір ПР залишиться у попередьному положенні через вплив на нього МРС постійних магнітів і послідовної обмотки W_п ПР.

Генератор автоматично відключається від бортової мережі, якщо його напруга нижча за напругу мережі. У цьому випадку по послідовній обмотці W_д ПР протікає струм зворотного напрямку. Коли він досягне 15 А, якір перемагнітиться (рис. 3.2), повернеться за годинниковою стрілкою і розімкне контакти поляризованого реле ПР1. У результаті контакти К контактора розімкнуться, а генератор відімкнеться від бортової мережі. Величина зворотного струму I_зв вибирається з таким розрахунком, щоб струм не був аварійним для генератора і акумуляторна батарея АБ (рис.3.1) не розряджалася на генератор при їх спільній роботі.

Якщо генератор при увімкненні до бортової мережі має зворотну полярність, то напруга на обмотці реле 2Р буде дорівнювати сумі напруг генератора і мережі. Ця сума буде більшою напруги спрацювання реле 2Р (U_СР = 14 В), тому його контакти 2Р1 розімкнуться і коло диференціальної обмотки W_д ПР буде розімкнене. Генератор не буде увімкнений до мережі. Таким чином, реле 2Р виключає можливість увімкнення до мережі генератора при зворотній полярності на його затискачах і захищає диференціальну обмотку W_д ПР від перегріву, коли різниця напруг U = U_C – U_Г буде рівною або більшою 14 В.

Клема К (рис. 3.1) використовується для сигналізації роботи генератора або для ввімкнення яких-небудь споживачів електричної енергії. Клема А призначена для управління контактором К, крім реле 1Р, 2Р і ПР. У цьому випадку можна використати генератор як електростартер для запуску авіаційного двигуна. Принципова електрична схема ДМР-600Т (рис. 3.3) відрізняється від схеми ДМР-400Д наявністю двох додаткового реле 3Р і 4Р. Реле 3Р призначене для увімкнення у коло обмотки контактора К струмообмежуючого опору R. Реле 4Р має три пари контактів: 4Р1, 4Р2, 4Р3.

Рис. 3.3

Дві пари контактів 4Р1 і 4Р3 нормально замкнені. Контакти 4Р3 керують сигнальною лампою СЛ. У випадку вимкнення генератора від мережі, через нормально замкнені контакти 4Р3 подається живлення від бортової мережі на сигнальну лампу СЛ, яка забезпечена червоним світлофільтром і має напис «Генератор вимкнений».

При спрацюванні контактора К (генератор вмикається до мережі) з його пересувної шинки поступає живлення на обмотку реле 4Р. Реле 4Р спрацьовує, при цьому розмикається коло СЛ і вона гасне. Одночасно спрацьовують контакти 4Р1 і 4Р2, які підключають диференційну обмотку ПР на «плюс» генератора. Це дозволяє вимикати генератор від мережі у разі обриву фідера генератора на ділянці «плюс» генератора до клеми «Ген.» (ДМР). При цьому по диференціальній обмотці W_д буде протікати струм з мережі до генератора.

Для захисту електричної мережі від перенапруги через несправність системи регулювання використовують різного роду автоматичні пристрої.

На ПС застосовуються два типи автоматів захисту:

1) з використанням обмотки ЕМ у якості вимірювального елементу;

2) з мостовою схемою вимірювального елемента, який виготовляється з використанням напівпровідникових елементів.

П редставник автоматів першого типу – АЗП-8М, електричну схему якого показано на рис. 3.4. Автомат вимикає генератор від мережі з одночасним гасінням поля збудження при підвищенні напруги на затисках понад 31…32 В і складається з трьох реле і одного контактора. Рис. 3.4

Реле 1Р і 2Р мають по одній парі нормально розімкнених контактів 1Р1 і 2Р1, реле 3Р нормально замкнені контакти 3Р1. Контактор К має три пари нормально замкнених контактів: 1К1, 1К3, 1К4 і одну пару нормально розімкнених контактів 1К2.

Обмотка реле 1Р через регулювальний опір R_р вмикається паралельно обмотці збудження генератора і є чутливим елементом автомата. Реле 1Р1 типу РЗД-П має витримку часу на спрацювання, що виключає помилкове спрацювання захисту при короткочасних підвищеннях напруги. Час спрацювання реле при раптовому підвищенні напруги від 15 до 31 В не повинен перевищувати 1,5 с, а при підвищенні напруги – від 15 до 50 В тривалістю не менше за 0,06 с. Коли напруга генератора досягає величини 31…32 В, реле 1Р спрацьовує і замикає свої контакти 1Р1. При цьому спрацьовує реле 2Р і своїми контактами 2Р1 замикає ланцюг контактора К. Контактор спрацьовує і контактами 1К1 вимикає обмотку збудження ОЗ від ВС, а контактами 1К2 вмикає її до додаткового опору R_д. При цьому обмотка збудження вмикається до бортової мережі через додатковий опір, що спричиняє різке зменшення струму збудження, а отже, і напруги на затисках генератора. Контактами 1К3 відключається генератор від мережі, оскільки розривається ланцюг 1Р ДМР. Контактами 1К4 розривається коло реле 3Р, за допомогою якого відключається зрівноважувальна обмотка регулятора напруги аварійного генератора.

Контактор К застосовують з клямкою. У момент спрацювання контактор стає на клямку і залишається в такому стані доти, допоки під дією механічного зусилля не буде висмикнена клямка (для запобігання ввімкнення несправного генератора).

Опис лабораторної установки

Дослідження ДМР проводиться на лабораторній установці (рис.3.5), що являє собою панель, на якій змонтовано ДМР, апаратуру контролю і керування.

Рис. 3.5

У комплект вимірювальної апаратури входять три вольтметри і амперметр. Вольтметр V1 вимірює напругу на вході схеми ДМР. Вольтметр V2 – напругу на навантаженні; вольтметр V3 – різницю напруг між генератором і навантаженням; амперметр А1 – силу струму в навантаженні. Дослідження АЗП проводиться на лабораторній установці, що являє собою панель, на якій змонтовано автомат АЗП, комутаційна та вимірювальна апаратура: вольтметр або для вимірювання напругу генератора; вольтметр, який вимірює напругу на обмотці збудження; амперметр, який вимірює струм генератора.

На панелі лабораторної установки зображено електричну схему з’єднань генератора, регулятора напруги, ДМР і бортової мережі.

Робота схеми супроводжується світловою сигналізацією. Лампи вмикаються, коли реле і контактори спрацьовують.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Підготовка стенда до роботи.

1.1. Включити тумблер П8.

1.2. За допомогою вольтметра «U_C» пересвідчитися в тому, що на схему стенда подається напруга, яка дорівнює 30 В.

2. Режим «Увімкнення генератора на мережу».

2.1. Встановити тумблери у такі положення: П2 – «Вимк.», П3 – «Нейтр.», П4 – «Стоп». Повзунок реостата R₀ повинен знаходитися у крайньому нижньому положенні. При цьому горить лампа «Ген. вимк.», і напруга генератора U_Г = 0 В (за вольтметром "U_Г").

2.2. Підіймаючи вгору повзунок реостата, плавно збільшувати напругу U_Г і зафіксувати значення напруг:

а) спрацювання Р1 і Р4 ДМР;

б) вимкнення Р4 ДМР;

в) спрацювання поляризованого реле ДМР;

г) увімкнення генераторів на навантаження.

2.3. Пересвідчитися, що після включення контактора до ДМР увімкнулися допоміжні реле Р2 і Р3 і згасла лампа «Ген. вимк.».

2.4. Зафіксувати у звіті отримані результати вимірювання і порядок спрацювання елементів у ДМР.

3. Режим «Зниження напруги генератора».

3.1. Повзунок реостата R₀ залишити в крайньому верхньому положенні; пересвідчитися, що генератор увімкнено до бортової мережі контактами ДМР.

3.2. Встановити перемикачі у такі положення: П-2 – «Зворот. Струм»; П3 – «U_Г < U_C».

3.3. Перемиканням тумблера П4 в положення «Вимк.» запустити кроковий шукач.

3.4. Зафіксувати порядок відключення елементів ДМР і АЗП у даному режимі і записати результати до протоколу.

3.5. Після ввімкнення лампи «Ген. вимк.» перевести тумблери П4, ПЗ, П2 у початкове положення.

4. Режим «Перенапруга на генераторі».

4.1. Виконати підготовчі операції (див. п. 3.1).

4.2. Перемкнути тумблери у такі положення: П1 – «Увімк.», П3 – «U_Г > U_C».

4.3. Перемкнути тумблер П4 у положення «Вимк.»

4.4. Відобразити порядок спрацювання елементів АЗП і ДМР, у звіті.

4.5. Після ввімкнення лампи «Ген. вимк.» перемкнути тумблер П4 у положення «Стоп», а тумблери П1 і П3 – у первинне положення.

4.6. Натиснути кнопку на верхній кришці АЗП.

5. Імітація відмови Р1 ДМР.

5.1. Реостат R₀ вивести в нижнє крайнє положення.

5.2. Увімкнути тумблер П6.

5.3. Поступово збільшуючи U_Г за допомогою R₀, пересвідчитися в тому, що генератор до навантаження не вмикається.

5.4. Зафіксувати у звіті елементи АЗП і ДМР, які спрацювали у цьому режимі. Вимкнути тумблер П6.

6. Імітація відмови реле Р2 АЗП.

6.1. Підготувати схему згідно з пп. 3.1, 4.2.

6.2. Увімкнути тумблер П5. Запустити кроковий шукач за допомогою перемикання тумблера П4 у положення «Вимк.».

6.3. Пересвідчитися, що генератор у цьому випадку від мережі не вимикається. Зафіксувати у звіті елементи АЗП і ДМР, які спрацювали у цьому режимі.

6.4. Перемкнути тумблери в такі положення: П1, П5, П8 – «Вимк.», П3 – «Нейтр.», П4 – «Стоп»

Звіт