Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Введение






Содержание группового занятия

 

 

Для нормальной работы всех систем современного летательного аппарата необходимо бесперебойное питание бортовой системы ВС электрической энергией.

Электрическая энергия на летательных аппаратах (ЛА) необходима для приведения в действие системы запуска авиадвигателя, органов управления ЛА и специального оборудования, питания электрических цепей авиационного вооружения, радио и радиотехнических устройств, вычислительных и счётно-решающих машин, электрических пилотажно-навигационных систем и приборов, для наружного и внутреннего освещения, обогрева и прочего в зависимости от назначения воздушного судна (ВС).

Основными источниками электрической энергии на ЛА являются авиационные генераторы (преобразующие механическую энергию вращения в электрическую). Для правильной эксплуатации генераторов необходимо знать их конструкцию и принцип действия.

На сегодняшнем занятии мы рассмотрим устройство, принцип работы генераторов постоянного тока.

 

Вопрос № 1. Основные типы генераторов постоянного тока и их конструктивные особенности.

 

На рис. 1 приведена принципиальная схема простейшего генератора постоянного тока. Здесь N и S – неподвижные полюсы, соединенные внешним магнитопроводом, который на рисунке не показан. Эта часть машины создает магнитный поток и называется индуктором. Для создания потока могут использоваться постоянные магниты или электромагниты.

Рис. 1. Простейший генератор постоянного тока Рис. 2. Правило правой

руки

В пространстве между полюсами вращается стальной цилиндр. На цилиндре расположен виток abсd из проводникового материала. Концы витка присоединяются к коллектору, который в простейшем виде представляет собой две изолированные друг от друга медные пластины 1 и 4. Эта часть машины называется якорем. На пластины наложены неподвижные щетки 2 и 3, к которым присоединяется электрическая нагрузка Rн.

Полюсы создают постоянный магнитный поток, линии которого направлены от северного полюса к южному и радиально к поверхности цилиндра.

Если якорь привести во вращение (например, против вращения часовой стрелки), то в активных сторонах витка ab и сd будут индуцироваться электродвижущие силы ЭДС. Воспользовавшись правилом правой руки (рис. 2), можно определить направление этих электродвижущих сил (ЭДС), а значит, и тока в проводниках ab и сd для момента времени, показанного на рис. 1. Это направление указано стрелками.

При повороте якоря на 180º направление ЭДС в сторонах витка изменится на противоположное, так как они окажутся под полюсами обратной полярности. Следовательно, при вращении в витке будет действовать переменная ЭДС, период изменения которой соответствует одному обороту якоря. Согласно закону электромагнитной индукции, мгновенное значение ЭДС, наводимой в проводнике

епр = B δ lV,

где B δ – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами, в месте расположения проводника;

l – активная длина проводника в зоне действия магнитной индукции;

V – скорость движения проводника.

Виток рассматриваемой машины состоит из двух проводников(ab и cd), расположенных в диаметральной плоскости, поэтому ЭДС витка

ев = 2 B δ lV.

Так как величина l – постоянная, а V можно считать неизменной, то ЭДСвитка можно записать в виде

ев = кB δ ,

где к – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, в рассматриваемых условиях величина и характер изменения ЭДС, индуцируемой в проводнике (витке) во времени, определяется величиной и характером распределения магнитной индукции в пространстве.

Условимся называть линию q-q 1, проходящую через ось вращения якоря и посередине между полюсами, геометрической нейтралью, а часть окружности якоря (в нашем случае половина), соответствующую одному полюсу, – полюсным делением τ, определяемым через диаметр якоря D и число пар полюсов p по формуле

.

В данном случае машина имеет одну пару полюсов, т.е. два полюсных деления. Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре реальной машины вдоль полюсного деления при холостом ходе обычно имеет трапецеидальный характер, достигая максимального значения под полюсами и нулевого на геометрической нейтрали, а знак ее соответствует полярности полюсов N и S (рис. 3, а). Следовательно, такую же форму имеет кривая ЭДС в витке якоря машины (рис. 3, б).

Время Т, в течение которого происходит полное изменение ЭДС, называется периодом. Число периодов в одну секунду называется частотой и имеет размерность Гц. В случае, когда машина имеет р пар полюсов, частота индуцируемой ЭДС определяется

F = pn/ 60 ,

где n – частота вращения якоря машины, об/мин.

Рис. 3. Кривые изменения:

а) – магнитной индукции в воздушном зазоре; б) – ЭДС и тока в витке

якоря; в) – ЭДС и тока во внешней цепи

 

Если виток якоря при помощи щеток замкнуть на внешнее активное сопротивление Rн, то возникнет электрический ток iя, в витке якоря он будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой ЭДС витка якоря (рис. 3, б). Однако во внешней цепи направление тока iя будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Щетки на коллекторе устанавливаются так, чтобы они переходили с одной коллекторной пластины на другую в тот момент, когда ЭДС, индуцируемая в витке abсd равна нулю. В результате к каждой щетке подводится ЭДС одного направления. Например, щетка 2 соединяется всегда с коллекторной пластиной, связанной с проводником витка, находящимся под северным полюсом, щетка 3 – с проводником под южным полюсом (рис.1). Таким образом, при помощи коллектора происходит выпрямление наводимой в витке abсd переменной ЭДС и, соответственно, переменного тока в пульсирующую ЭДС и пульсирующий ток на щетках, и, стало быть, во внешнем участке цепи, но постоянных по своему направлению (рис. 3, в).

В реальных генераторах для уменьшения пульсаций укладывают на якоре обмотку, состоящую из большого количества витков (секций), равномерно распределенных по его окружности, что также увеличивает и результирующую ЭДС якоря ея. Если машина работает в режиме генератора, то щетка 2, от которой ток отводится во внешнюю цепь, считается положительной и обозначается знаком «+»", а щетка 3, через которую ток поступает обратно в машину, считается отрицательной и обозначается знаком «–». Для электродвигателя наоборот.

 

В настоящее время на борту ЛА применяются:

- коллекторные авиационные генераторы постоянного тока;

- бесколлекторные авиационные генераторы постоянного тока.

В коллекторных генераторах постоянного тока снятие напряжения происходит с помощью щёточно-коллекторного узла коллекторного (щёточного) узла, они считаются устаревшими и в настоящее время их можно встретить на старых типах самолетов и вертолетов, а также в составе вспомогательных силовых установок, благодаря простоте их обратимости. То есть на первом этапе такие генераторы обеспечивают запуск вспомогательной силовой установки (работают стартер – генератором), после запуска переходят в генераторный режим и запитывают бортовую сеть постоянным током. Такой подход, позволяет уменьшить массу оборудования, объединяя в одной машине функции генератора и электродвигателя (стартера).

Для удобства эксплуатации все авиационные генераторы постоянного тока имеют условное обозначение из букв и цифр (таблица№1).

Расшифровка условных обозначений: Г – генератор; С – самолетный; В – вертолетный; К – комбинированный; СТ – стартер; Н – пониженный диапазон частоты вращения; Р – расширенный диапазон вращения; М – модернизированный; группа цифр – номинальная емкость в Вт (кВт).

В обозначении типа стартер-генераторов после мощности в киловаттах буквы означают: Т – теплостойкое исполнение изоляции обмоток; М – малое передаточное число редуктора при работе в стартерном режиме; О – отсутствует патрубок; П – патрубок прямой; цифры обозначают мощность и другие номинальные данные.

Генераторы постоянного тока применяются на малых и средних летательных аппаратах. На больших Л.А. они, как правило, используются только для питания потребителей постоянного тока. В авиации широкое распространение получили генераторы постоянного тока серий ГСР, ГС, ГСК, СТГ. Основные данные генераторов постоянного тока приведены в таблице № 1.

 

Таблица № 1. Основные данные генераторов постоянного тока

Тип Мощность   Номинальный ток Удельная мощность Скорость вращения Масса, кг
  кВт А Вт/кг об/мин.  
ГСР-3000       4000-9000  
ГСР-6000       4000-9000  
ГСР-18000       4000-9000  
ГСР-12КИС       4000-9000  
ГС-12Т       4000-9000  
ГС-18ТО       4000-9000  
ГСК-1500 1/1, 5 36/54 3800-5900  
ГСР-СТ-12/40 12/40     4000-9000  

 

Стартер-генераторы типа ГСР-СТ выполняются с неполным комплектом дополнительных полюсов (с целью некоторого уменьшения габаритных размеров и массы), имеют несимметричные полюсные наконечники основных полюсов и две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную. В стартерном режиме в начале машина работает электродвигателем со смешанным возбуждением, а в конце пуска – с последовательным возбуждением. В генераторном режиме машина имеет параллельное возбуждение. Для увеличения момента, развиваемого машиной в стартерном режиме, имеется специальный редуктор, который располагается на авиадвигателе.

Стартер-генераторы типа СТГ представляют собой машину с компенсационной обмоткой и полным комплектом дополнительных полюсов. Возбуждение ее в режиме генератора – параллельное, в режиме стартера – независимое, для этого используется одна и та же обмотка. Для увеличения момента в стартерном режиме машина имеет встроенный редуктор и роликовую обгонную муфту сцепления-расцепления (кроме СТГ-3).

Концы обмоток генератора постоянного тока выводят на клеммную колодку генератора, находящуюся на коллекторном щите. Они обозначаются:

- обмотка якоря Я1 и Я2;

- параллельная обмотка возбуждения Ш1 и Ш2;

- последовательная обмотка возбуждения С1 и С2;

- независимая обмотка возбуждения H1 и Н2;

- обмотка добавочных полюсов D1 и D2;

- компенсационная обмотка К1 и К2.

Клеммы В и П используются при работе генератора с аппаратурой включения и регулирования напряжения, а клемма У – при параллельной работе генераторов.

Современные генераторы постоянного тока имеют схему внутренних соединений с общим минусом, т.е. такую, в которой один из концов параллельной обмотки возбуждения наглухо присоединен к минусу генератора, а другой конец через регулируемое сопротивление соединяется с плюсом генератора.

Применение схемы с общим минусом связано с устройством бортовой сети. Если генератор будет иметь схему внутренних соединений с общим плюсом, то при замыкании провода, идущего от зажима " Ш" до регулируемого сопротивления на корпусе, возможны чрезмерные повышения напряжения бортовой сети, что приведет к нарушению работы отдельных потребителей и перегоранию ламп накаливания.

Рассмотрим подробнее устройство коллектора генератора, при помощи которого происходит процесс снятия ЭДС (напряжения) с клемм генератора. При этом большое значение имеет площадь соприкосновения (прилегания) щёток к коллектору. Чтобы избежать ослабления контакта между щётками и поверхностью коллектора используются щеткодержатели реактивного типа (Рис. 4.), их число равно числу основных полюсов.

Щётка устанавливается наклонно по отношению к коллектору. Силу нажатия пружины F0 на щётку можно разложить на две составляющие: силу F (по оси щётки) и силу F1 (перпендикулярно к оси щётки).

Рис. 4. Схема расположения реактивных щёток.

 

Силу F давления щётки на коллектор можно также разложить на две составляющие: силу FР (реактивная сила), направленную по радиусу к центру коллектора и представляющую собой истинное давление щетки на коллектор, и силу FК, направленную по касательной к коллектору. При работе генератора между щёткой и коллектором возникает сила трения FТ, направленная по касательной к коллектору в сторону, противоположную силе FК.

Благодаря силам FК и F1 оба конца щётки прижаты к стенке щёткодержателя. Щётка не может ни опрокидываться, ни перекашиваться, поэтому работает устойчиво при больших зазорах между ней и щёткодержателем, при большой частоте вращения якоря, в условиях вибрации и тряски.

Рассмотрим унифицированный стартер-генератор ГСР-СТ-12/40.

Стартер-генератор ГСР-СТ-12/40 предназначен для запуска авиадвигателя и для последующей работы в качестве генератора, т.е. для питания бортовой сети ЛА электроэнергией постоянного тока, либо для работы только в качестве генератора (при отсутствии электростартерного запуска на данном ЛА). Разрез стартера-генератора представлена на рисунке 5, а чертеж общего вида изображен на рисунке 6.

Рис. 5 Разрез стартер-генератора ГСР-СТ-12/40Б

 

Маркировка ГСР-СТ-12/40 обозначает:

ГСР – генератор самолетный с расширенным диапазоном частоты вращения;

СТ – стартер;

12 – мощность в киловаттах в генераторном режиме;

40 – мощность в киловаттах в стартерном режиме.

 

 

Рис. 6. Общий вид стартера-генератора ГСР-СТ-12/40

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.