Электрические характеристики авиационных генераторов

1) Внешняя характеристика возбуждения – зависимость напряжения генератора от тока возбуждения U = f(I_в), при n=const, R _н = const (рис.6).

В частном случае, когда R _н = ∞, эта характеристика называется характеристикой холостого хода – Е= f(I_в)

E = K_enФ U = E-IR

IR – падение напряжения во внутренней цепи генератора.

Рис.6

1 – режим холостого хода при n _max – напряжение на зажимах генератора будет максимальным: U = E.

2 – режим максимальной нагрузки при n _min – напряжение на зажимах будет минимальным.

Фактически же из-за наличия остаточного магнетизма при I _в=0 уже имеется некоторое напряжение, но оно настолько мало, что им можно пренебречь.

Одна из характерных особенностей авиационных генераторов, работающих в широком диапазоне частоты вращения, заключается в том, что начиная со средней частоты и выше генераторы работают при слабом магнитном насыщении или совсем в ненасыщенном состоянии. Как видно из графика точка номинального напряжения находится примерно на колене кривой, т.е. при n = n _min наступает насыщение средней величины.

2 ) Внешняя характеристика – U = f(I _н), при n = const, R _в = const (рис. 7)

Рис. 7

U = E - ↑IR, 1)I_н↑ U↓, 2)Ф↓ Е↓ U↓, 3)U↓ I_в↓ Ф↓ Е↓ U↓.

На рисунке приведены внешние характеристики генератора для трех частот вращения.

Уменьшение напряжения генератора при увеличении тока нагрузки происходит по 3 причинам:

1) из-за падения напряжения в якорной обмотке и в щеточном контакте;

2) из-за реакции якоря;

3) из-за уменьшения тока (соответственно потока) возбуждения, являющегося следствием понижения напряжения на зажимах генератора.

Для каждой частоты вращения генератора существует две характерные величины тока: предельного I _пр (максимальный ток при U_ном), критического I_кр (максимальный ток генератора при данной n).

Значения I_пр и I_кр – характеризуют его перегрузочную способность.

У авиационных генераторов постоянного тока предельный и критический ток при n _min и n_max имеет значения:

I_{пр min}= 1,7I_ном; I_{кр min}=1,8I_ном;

I_{пр max}≈ 2,7I_ном; I_{кр max}≈ 2,8I_ном.

I_кз= 1,5I_ном при n_max – это установившийся ток короткого замыкания.

I_удар – ударное значение тока короткого замыкания может быть в несколько раз больше I_ном.

3) Внешние характеристики генератора при наличии регулятора напряжения (рис. 8)

Регулятор напряжения, начиная с холостого хода до предельной нагрузки

I_пр, поддерживает напряжение генератора практически неизменным.

Рис.8

При I > I_пр регулятор напряжения перестает поддерживать U= const и генератор работает по естественной части характеристики. До точки А – устойчивый характер работы и неустойчивый от точки А до точки В.

4) Регулировочные характеристики – I_в= f(I_н)

при U_ном= const, n= const (рис. 9)

Рис. 9

Эти характеристики дают представление о диапазоне изменения тока возбуждения I_в и о степени насыщения магнитной системы. Чем больше крутизна регулировочной характеристики, тем больше насыщение генератора и больше размагничивающее действие реакции якоря.

При малой частоте вращения характеристика идет значительно круче, чем при большой.

По регулировочной характеристике можно определить кратность регулирования тока возбуждения I_в:

К_в= I_{в max}/ I_{в min}, где

I_{в max} – ток возбуждения при I_н и n_min;

I_{в min} – ток возбуждения при I_н = 0 и n_max.

Для авиационных генераторов при n= 4000 – 9000 об/мин и I_нагр – от 0 до I_ном K_в= 6,0-10,0.

Бесконтактные генераторы постоянного тока

При сверхзвуковых скоростных полетах и на высотах больше 18 км охлаждать генератор обычного типа затруднительно главным образом из-за наличия коллектора и щеток. Несмотря на ряд конструктивных мер и применение специальных материалов коллекторно-щеточный узел остается самым ненадежным элементом генератора постоянного тока в этих условиях полета. Этот недостаток плюс большая масса и меньший к.п.д. машин являются существенными недостатками генераторов постоянного тока.

Коренным решением задачи устранения этих недостатков является замена коллектора (механического коммутатора) бесконтактным, полупроводниковым коммутатором, т.е. применение бесконтактных генераторов постоянного тока.

Схема бесконтактного генератора постоянного тока приведена на рис. 10.

Статор

Ротор

Генератор Выпрямитель Главный Выпрямитель

возбудителя возбуждения генератор на выходе

генератора

Рис.10

Бесконтактный генератор включает четыре основных элемента:

1) возбудитель переменного тока,

2) выпрямитель возбуждения главного генератора,

3) главный генератор,

4) выпрямитель на выходе главного генератора.

Выход с рабочей обмотки возбудителя переменного тока подается через выпрямитель возбуждения на обмотку возбуждения главного генератора (ОВГ). Все эти элементы смонтированы на вращающемся роторе, что исключает необходимость применения между ними скользящих контактов (коллектора и щеток).

Напряжение с рабочих обмоток главного генератора подается на выходной выпрямитель, с которого выпрямленный ток поступает в питательную сеть и одновременно через регулятор напряжения на ОВ возбудителя. Эти элементы расположены в статоре и для связи между собой не требуют применения скользящих контактов.

Возбудитель является усилителем большой мощности и работает при незначительном токе возбуждения в сравнении с током возбуждения главного генератора. Это позволяет применять для возбудителя автоматический регулятор напряжения малой мощности, что приводит к уменьшению его размеров, веса количества отводимого тепла.

Бесконтактные генераторы постоянного тока могут применяться для сверхзвуковых и высотных ЛА.

Генераторы переменного тока

Наибольшее широкое распространение в авиации в качестве генераторов переменного тока получили синхронные генераторы переменного тока. Мощность выпускаемых генераторов от 7,5 до 120 кВА, линейным напряжением 115, 120 и 208 В.

Авиационные генераторы более чем в 10 раз легче наземных генераторов, на 20 – 25% легче авиационных генераторов постоянного тока и имеют значительно более высокий к.п.д.

Рассмотрим в качестве генераторов переменного тока бесконтактные генераторы переменного тока серии ГТ (рис. 11).

Подвозбудитель представляет собой машину с возбуждением от постоянных магнитов, которые расположены на роторе. Подвозбудитель генерирует небольшую однофазную (или трехфазную) мощность, которая используется для питания аппаратуры управления, регулирования и защиты.

Обмотка возбуждения возбудителя расположена в статоре и получает питание от подвозбудителя через выпрямитель.

Ротор возбудителя имеет многофазную обмотку, соединенную через выпрямитель с ОВ главного генератора.

Энергия переменного тока частотой 400 Гц снимается с обмоток главного генератора, расположенных в статоре, и подается в бортовую сеть ЛА. Этот генератор не имеет контактных колец и щеток.

Описанная система возбуждения придает характеристикам генераторов исключительно высокую стабильность.

Рис.11

Схема бесконтактного синхронного генератора с самовозбуждением

Химические источники электроэнергии (ХИЭ )

ХИЭ – название устройства, в которых химическая энергия активных веществ во время реакции превращается в электрическую энергию. На ЛА в качестве ХИЭ применяются: гальванические элементы, аккумуляторные батареи и топливные элементы.

Гальванические элементы допускают однократное использование заключенных в них активных химических веществ, используются главным образом на ЛА одноразового действия для питания слаботочных цепей (метеорологические ракеты, зонды).

Топливные элементы – это такие устройства на электродах которых химические вещества – топлива, подводимые непрерывно к ним, преобразуются в электроэнергию.

Аккумуляторные батареи (АБ) допускают многократное использование заключенных в них активных химических веществ, которые после разряда АБ восстанавливаются путем заряда, т.е. пропускания через них постоянного тока в направлении, противоположном разрядному току.

АБ применяются на ЛА в качестве основных и вспомогательных источников электроэнергии. На самолетах и вертолетах применяют свинцовые, серебрянно-цинковые и кадмий-никелевые бортовые АБ. Для аэродромного обслуживания применяют свинцовые АБ.

Бортовые АБ предназначены:

а) для питания электрических стартеров и др. аппаратуры при автономном запуске авиадвигателей;

б) для питания основных потребителей в полете при выходе из строя генераторов;

в) для питания электрических установок перед взлетом, при посадке, а также при рулежке самолета, когда генераторы могут быть отключены;

г) для кратковременной проверки работы ЭО (электрооборудования) на земле при отсутствии аэродромных АБ.

Аэродромные АБ предназначены:

а) для питания потребителей электроэнергии ЛА на земле при проверках при предполетной подготовке;

б) для запуска авиадвигателей.

Дата добавления: 2014-01-11