Электрическая схема ГСР-СТ-12/40

Содержание группового занятия

 

Введение

 

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

е_пр = 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

е_в = 2 B _δ lV.

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

е_в = 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 R_н, то возникнет электрический ток i_я, 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 i_я 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 е_я. 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 F_Р (реактивная сила), направленную по радиусу к центру коллектора и представляющую собой истинное давление щетки на коллектор, и силу F_К, направленную по касательной к коллектору. При работе генератора между щёткой и коллектором возникает сила трения F_Т, направленная по касательной к коллектору в сторону, противоположную силе F_К.

Благодаря силам F_К 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

 

Коллекторный щит

Коллекторный щит 4 выполнен из стали и крепится к корпусу аналогично фланцевому щиту. В центре щита установлен подшипник 18. В горловине щита смонтированы три клеммы 3, к нижним торцам которых крепятся выводы, идущие из СТГ, к верхним торцам болтами 5 прикрепляются наконечники внешних присоединений «+», «–» и «С».

Защитная лента

Лента 6 закрывает окна в корпусе над щетками. С внутренней стороны к ленте приклепана прокладка из текстолита для изоляции щеточных канатиков от ленты. На краях ленты имеются валики, которые стягиваются двумя винтами с отверстиями для контровки.

 

ГЕНЕРАТОР ГСР-20БК

Маркировка ГСР-20БК обозначает:

Г – генератор;

С – самолетный;

Р – расширенный диапазон частоты вращения;

20 – мощность в киловаттах;

БК – бесколлекторный.

Генератор ГСР-20 БК (рис. 9) предназначен для питания бортовых приемников электроэнергии постоянным током стабилизированного напряжения.

На объекте генератор работает с блоком регулирования, защиты и управления БРЗУ-4В, токовым телеметрическим датчиком ТТД-800, датчиком направления тока ДТН-1, блоком защиты и управления БЗУ-6ВМ.

Генератор приводится во вращение от авиадвигателя. Направление вращения генератора – против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода. Рабочее положение – горизонтальное.

Генератор ГСР-20 БК – бесколлекторная машина, выполненная на базе бесконтактного синхронного генератора с вращающимися диодами (8).

Продольный разрез конструкции генератора представлен на рис. 11.

Генератор конструктивно состоит из четырех каскадов: подвозбудителя (19); возбудителя (6); основного генератора (10); силового выпрямительного блока (3).

Подвозбудитель представляет собой нерегулируемый однофазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов ПМ. ОЯП – обмотка якоря подвозбудителя расположена на статоре.

Возбудитель – синхронный генератор обращенного исполнения, т.е. индуктор с обмоткой возбуждения возбудителя ОВВ расположен на статоре, а якорь с обмоткой переменного тока ОЯВ – на роторе. Обмотка якоря возбудителя (ОЯВ) через роторное выпрямительное устройство (шесть диодов В4-25 с номинальным током 25 А) подключена к обмотке возбуждения основного генератора ОВГ. Соединение нейтрали ОЯВ со средней точкой ОВГ улучшает работу схемы.

Рис. 11. Конструктивная схема генератора ГСР-20БК:

1 – кронштейн; 2 – крышка; 3 – выпрямительный блок; 4 – элемент чувствительный; 5 – обмотка якоря возбудителя (ОЯВ); 6 – возбудитель; 7 – обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ); 8 – вращающиеся диоды; 9 – обмотка возбуждения генератора (ОВГ); 10 – статор основного генератора; 11 – обмотка якоря основного генератора (ОЯГ); 12 – электромагнит; 13 – шток электромагнита; 14 – петля; 15 – шток расцепителя; 16 – упор; 17 – собачка; 18 – пружина; 19 – подвозбудитель; 20 – обмотка якоря подвозбудителя (ОЯП); 21 – ведомая муфта; 22 – ведущая муфта

Основной генератор – синхронная машина c ОВГ на роторе и ОЯГ на статоре. Его особенность заключается в том, что для усиления демпфирования явно полюсный индуктор снаружи покрыт слоем неферромагнитного металла. Якорная обмотка ОЯГ шестифазная, из двух трехфазных обмоток, уложенных в пазах статора со взаимным сдвигом в 30 электрических градусов. Каждая трехфазная ОЯГ через свое мостовое выпрямительное устройство (схема выпрямления Ларионова на диодах В7-200 с номинальным током 200 А) подключена на выходные клеммы генератора. Взаимный сдвиг трехфазных ОЯГ обеспечивает снижение пульсаций выходного (выпрямленного) напряжения.

Расцепитель приводится в действие электромагнитом с обмоткой ОР (обмотка расцепителя).

Силовой выпрямительный блок размещен на статоре и служит для выпрямления переменного напряжения основного генератора. Конструкция блока силового выпрямителя генератора ГСР-20БК представлена на рис. 12. Он выполнен конструктивно совместно с задним щитом 10 и расположен непосредственно у входного воздушного патрубка 4.

Блок силового выпрямителя состоит из шести идентичных групп, каждая из которых включает в себя два вентиля 6 типа В-7-200 с номинальным током 200 А, рассчитанных на работу при температуре окружающей среды до 180°С и трех радиаторов 7.

К средним радиаторам подключаются выводы 8 трехфазных обмоток якоря синхронного генератора.

Радиаторы, расположенные со стороны входного воздушного патрубка, объединяются кольцевой медной шиной 5, соединенной с положительной клеммой генератора.

Рис. 12. Конструкция блока силового выпрямителя

 

Радиаторы, расположенные непосредственно у заднего щита также объединяются кольцевой шиной 11 и связаны с отрицательной клеммой генератора.

Пружинные шайбы 5 обеспечивают необходимое контактное давление в группе вентилей.

Каждая группа вентилей с помощью накладки из изоляционного материала 12 и шпилек 13 прикреплена к специальной кольцевой поддержке 9, отлитой совместно с крестовиной заднего щита.

Со стороны входного воздушного патрубка все группы вентилей объединяются специальной кольцевой поддержкой 14.

Вентили вращающегося трехфазного мостового выпрямителя 7 укреплены попарно на трех специальных радиаторах 8. На рис. 13 показано расположение на радиаторах одной группы вентилей. Каждый радиатор соединен с соответствующей фазой обмотки якоря возбудителя.

Радиаторы устанавливаются вдоль оси полого вала 1 и изолиро-ваны от него специальной втулкой из изоляционного материала 6. Между радиаторами расположены изоляционные прокладки 9.

Рис. 13. Конструкция блока вращающихся выпрямителей

 

Радиаторы с укрепленными вентилями и изоляционными прокладками соединены в единый конструктивный узел с помощью шпилек 2 и изоляционных фланцев 4 и 10. Шпильки 2 одновременно являются выводными клеммами вращающегося выпрямителя, к которым подключаются выводы 3 обмотки возбуждения синхронного генератора.

Фланец 4 (см. рис. 13) имеет центральное вентиляционное отверстие, связанное с распределительной втулкой 1 комбинированной испарительной системы охлаждения (КИС).

В центральную часть изоляционного фланца 10 запрессован стальной сердечник 11, который совместно с болтом 12 и пружиной 13 удерживает гибкий валик 15 в шлицевом соединении с внутренней частью составного полого вала 14. Изоляционный фланец 10 образует между собой и изоляционной втулкой 6 вентиляционные каналы (на рис13 не показаны) для прохождения охлаждающего потока воздуха или жидкости.

Радиаторы 8 имеют развитую поверхность и выполнены таким образом, что образуют продольные вентиляционные каналы, наличие которых обеспечивает интенсивное охлаждение вентилей.

Соединение генератора с блоком регулирования, защиты и управления БРЗУ-4В и другими элементами системы электропитания осуществляется через штепсельный разъем, а генератора с приводом – посредством стяжного хомута.

В генераторе применены шарикоподшипники закрытого исполнения с консистентной смазкой, обеспечивающие работоспособность генератора без дополнительного обслуживания до первого планового ремонта.

Для обеспечения развозбуждения генератора в аварийном режиме, а также сигнализации о включении и выключении генератора от бортовой сети на выводах обмотки якоря основного генератора установлены два чувствительных элемента 4, представляющих собой токовые насыщающиеся трансформаторы.

Для автоматического отсоединения вала генератора от вала привода при разрушении шарикоподшипника генератора в конструкции генератора предусмотрена расцепная муфта. Отказ шарикоподшипника вызывает смещение ротора относительно статора. При зацеплении ротора о статор и последующем закорачивании обмотки якоря основного генератора срабатывает блок БРЗУ-4В и формирует сигнал на включение расцепной муфты.

Расцепная муфта состоит из ведущей 22 и ведомой 21 муфт. В рабочем состоянии с ведущей муфтой. При этом на штоке расцепителя 15 видна кольцевая проточка, окрашенная в желтый цвет.

После поступления на электромагнит 12 электрического сигнала о расцеплении шток электромагнита 13 сталкивает собачку 17 с упора 16 и сектор штока 15 под действием пружины 18 входит в зацепление с упорной резьбой, вращающейся ведомой муфты 21.

Благодаря продолжающемуся вращению ведомой муфты, ее торцевые зубья выходят из зацепления с торцевыми зубьями ведущей муфты 22. Ведущая муфта продолжает вращаться вместе с приводом, а вал генератора останавливается. Включить ведомую муфту можно лишь при неподвижной ведущей муфте. Для этого шток 15 следует вывести в исходное положение до отказа, в котором его снова будет удерживать защелкивающий механизм. Эта операция выполняется вручную путем приложения осевого усилия к штоку через петлю 14.

Рис. 14. Принципиальная электрическая схема ГСР-20БК

 

Принцип действия ГСР-20БК

Принцип действия рассмотрим по принципиальной электрической схеме, представленной на рис. 14. При вращении генератора под действием магнитного поля постоянных магнитов ПМ в обмотке якоря подвозбудителя (ОЯП) 20 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯП, выпрямляется блоком регулирования, защиты и управления и подается в обмотку возбуждения возбудителя (ОВВ) 7.

Под действием магнитного поля, возбужденного током ОВВ, в обмотке якоря возбудителя (ОЯВ) 5 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯВ, выпрямляется блоком вращающихся диодов 8 (VD1…VD6) и подается в обмотку возбуждения основного генератора (ОВГ) 9. Под действием магнитного поля индуктора основного генератора в обмотке якоря генератора (ОЯГ) 11 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯГ, выпрямляется блоком силовых диодов 3 (VD7…VD18). Когда напряжение генератора достигает 15…17 В, рабочая обмотка подвозбудителя ОЯП отключается, и генератор продолжает работать в режиме самовозбуждения.

Чувствительные элементы (Э1, Э2) 4 служат для выдачи сигнала в блок БРЗУ-4В для обеспечения развозбуждения генератора в аварийном режиме, а также сигнализации о включении и выключении от бортовой сети. Работа генератора с блоком БРЗУ-4В описана в руководстве по технической эксплуатации БРЗУ-4В.

Вывод: генераторы постоянного тока являются основными источниками тока на летательном аппарате, стартеры-генераторы служат для запуска двигателя ВС. В настоящее время коллекторные генераторы постоянного тока заменяются бесколлекторными.

Заключение

 

В настоящее время применяются:

- коллекторные авиационные генераторы постоянного тока

- бесколлекторные авиационные генераторы постоянного тока

Коллекторные генераторы постоянного тока уже не используются в качестве основных источников систем электроснабжения на современных летательных аппаратах. В настоящее время их можно встретить на старых типах самолетов и вертолетов, а также в составе вспомогательных силовых установок. Во вспомогательных силовых установках эти генераторы до сих пор применяются благодаря простоте их обратимости. То есть такие генераторы обеспечивают запуск вспомогательной силовой установки, работая стартером (электродвигателем), а затем вырабатывают электрическую энергию, переключаясь в генераторный режим. Такой подход позволяет уменьшить массу оборудования, объединяя в одной машине функции генератора и электродвигателя (стартера).

Отечественной промышленностью выпускаются два типа таких машин: ГСР-СТ (генератор-стартер) и СТГ (стартер-генератор).

Знания устройства и принципов работы генераторов постоянного тока, а также грамотная их эксплуатация гарантия безотказной работы генераторов.

Вопросы для самоконтроля.

 

1. Какие конструктивные особенности генераторов постоянного тока необходимо учитывать при эксплуатации.

2. Назовите электрические характеристики генераторов постоянного тока.

3. Основные характеристики генератора постоянного тока ГСР-12/40Б

4. Конструктивные особенности генераторов постоянного тока ГСР-20БК

5. Расшифровка букв и цифр в наименовании генераторов постоянного тока.

6. Особенности авиационных генераторов постоянного тока применяемых на вертолёте Ми-8.

7. Особенности авиационных генераторов постоянного тока применяемых на самолёте Ан-26.

 

Литература

 

1. В.Д. Константинов, И.Г. Уфимцев, Н.В. Козлов. «Авиационное оборудование самолётов», М., Воениздат МО СССР, 1970г. стр. 22…54

2. А.П. Барвинский, Ф.Г. Козлова «Электрооборудование самолётов» М. Транспорт, 1981г. стр. 3…58, 44…50.

3. М.М. Красношапка «Электроснабжение ЛА»,М., Воениздат, 1973г. стр. 142…156.

4. Техническое описание самолёта Ан-26 книга 3 «авиационное оборудование», стр. 3…18.

5. Техническое описание вертолёта Ми-8 книга 3 «авиационное оборудование», стр. 1…20.

6. А.С. Тыртычко «Авиационное оборудование вертолётов», Издательство МО 1981г. стр. 49…52, 63…69.

 

Содержание группового занятия

 

Введение

 

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

е_пр = 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

е_в = 2 B _δ lV.

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

е_в = 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 R_н, то возникнет электрический ток i_я, 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 i_я 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 е_я. 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