Основные данные генераторов переменного тока

Синхронные авиационные генераторы выполняются с независимым возбуждением от бортовой сети постоянного тока или от собственного возбуждения. Обмотка возбуждения располагается на роторе или статоре.

При расположении обмотки возбуждения на статоре генераторы выполняются с явно выраженными полюсами. При расположении обмотки возбуждения на роторе магнитная система может быть как с явно, так и с неявно выраженными полюсами.

Выбор той или иной магнитной системы в основном определяется мощностью и частотой вращения генератора.

У мощных генераторов якорная обмотка располагается на статоре, так как при расположении ее на роторе требуются контактные кольца больших размеров и возрастает площадь щеток для съема больших токов, что усложняет конструкцию, уменьшает надежность и увеличивает размеры генераторов. При размещении обмотки возбуждения на роторе требуются только два контактных кольца. При размещении обмотки якоря на статоре улучшаются условия охлаждения.

В генераторах с обмоткой возбуждения, расположенной на статоре, имеющих явно выраженные полюсы (СГО-8, ГО-4ПЧ4), конструктивные материалы статора используются лучше, т.к. корпус генератора выполняет функции магнитопровода. Такие генераторы мощностью до 30 кВ*А имеют массу примерно на 15% меньше, чем масса генераторов с обмоткой возбуждения на роторе. У более мощных генераторов это преимущество исчезает из-за увеличенной контактной системы якоря (кольца и щеточный узел становятся достаточно громоздкими).

Для получения формы кривой напряжения генератора переменного тока близкой к синусоидальной полюса якоря выполняются скошенными по продольной оси электрической машины.

 

ЗАНЯТИЕ № 2.

"АВИАЦИОННЫЕ БЕСКОНТАКТНЫЕ И

КОМБИНИРОВАННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ."

 

Содержание:

1. Типы, ТТД, бесконтактных и комбинированных генераторов.

2. Принцип работы бесконтактных и комбинированных генераторов.

3. Электрические схемы бесконтактных и комбинированных генераторов.

Литература:

1. А.А.Лебедев "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов", стр. 63-88.

 

1. ТИПЫ, ОСНОВНЫЕ ТТД БЕСКОНТАКТНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ

ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

 

В последнее время н летательных аппаратах все большее применение находят бесконтактные, в том числе и комбинированные генераторы переменного тока, обладающие рядом существенных преимуществ, а именно:

- высокая надежность работы, особенно в разряженной атмосфере на больших высотах, и меньше нагрев из-за отсутствия контактных колец и щеточных узлов;

- возможность применения статических магнитных регуляторов напряжения, вместо малонадежных угольных регуляторов;

- отсутствие радиопомех;

- простота обслуживания и др.

В РФ разработаны и находятся в серийном производстве бесконтактные авиационные генераторы переменного тока мощностью от 8 до 120 кВ*А типов ГТ и СГК.

Основные ТТД генераторов:

Тип	Мощность, кВА	Количество фаз	Напряжение, В	Номинальный ток, А	Частота тока, Гц	Частота вращения, об/мин.	Масса, кг	Примечания
ГТ-40ПЧ8
ГТ-60ПЧ8
ГТ-120ПЧ8
СГК-11/1,5КИС	11/1,5	1/3		92/23,4
СГК-30/1,5	30/1,5	3/1		48/12,5			37,5
ГТ-120НЖ412								ГП-22
ГТ-30НЖ412				83,3			12,5	ГП-21
ПГЛ-40								Интегрального исполнения

 

 

Бесконтактные генераторы постоянного тока:

Тип	Мощность, кВт	Напряжение, В	Номинальный ток, А	Частота вращения, об/мин.	Масса, кг
ГСБ-18П		28,5		6900-12000
ГСР-20БК		28,5		4500-7600
ГСР-12КИС БК		28,5		4000-9000

 

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ БЕСКОНТАКТНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ.

 

Для того чтобы генератор был бесконтактным требуется якорную обмотку разместить на неподвижной части машины, а поток возбуждения создавать без применения электрических контактов (обмотка возбуждения или магнитный поток возбуждения на роторе).

Вращающееся (переменное Е = - dФ/dt) магнитное поле возбуждения в бесконтактных генераторах можно получить:

-путем применения возбудителя с возбуждением от постоянного тока (синхронные генераторы независимого возбуждения) с обмоткой якоря на роторе, питающей обмотку возбуждения генератора, также расположенную на роторе, через выпрямитель (Рис.___).

-от неподвижных обмоток возбуждения, коммутацией магнитного потока и применением специальных магнитных систем (индукторные генераторы, генераторы типа "сексин").

-от вращающихся постоянных магнитов.

Показать замыкание магнитного потока в генераторах СГК-11/1,5 КИС (индуктор + полюса) и СГК -30/15 ("сексин").

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ БЕСКОНТАКТНЫХ

И КОМБИНИРОВАННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ.

 

Генератор переменного тока ГТ- 40ПЧ8 (рис.___) представляет собой трехфазную шестиполюсную синхронную машину бесконтактного исполнения со встроенным возбудителем переменного тока и блоком вращающихся выпрямителей (диоды типа Д- 232А).

Трехфазная обмотка переменного тока расположена на статоре и соединена в звезду с выведенной силовой нейтралью.

Для питания цепей регулирования частоты, защиты регулирования напряжения, а также для осуществления автономности возбуждения, на одном валу с генератором и возбудителем размещен подвозбудитель с возбуждением от постоянных магнитов.

Вал ротора заканчивается хвостовиком со шлицами эвольвентного профиля, который служит для стыковки генератора с приводом.

Подвозбудитель представляет собой трехфазную синхронную машину с явно выраженными полюсами (постоянные магниты 2Р = 12).

Наведение ЭДС в обмотках подвозбудителя осуществляется при пересечении вращающегося магнитного поля постоянных магнитов, расположенных на роторе, витков обмотки, расположенной на неподвижном статоре. Напряжение подвозбудителя через исполнительный орган блока регулирования напряжения (БРН) и предварительно выпрямленное, подводится к обмотке возбудителя расположенной на статоре.

Возбудитель представляет собой шестифазную синхронную машину индукторного типа с встроенной в ротор системой выпрямления. Индуктор возбудителя представляет собой кольцевую обмотку возбуждения, заключенную в магнитную систему, состоящую из двух литых магнитопроводов. Такая система со стороны ротора имеет зигзагообразную прорезь, которая образует зубцы на каждой половине магнитопровода. Эти зубцы и образуют многополюсную систему возбуждения. Рабочая обмотка возбудителя вложена в пазы его ротора и представляет собой шестифазную систему. Выбор шестифазной системы обусловлен требованием получения после выпрямления меньшей амплитуды пульсации выпрямленного напряжения или, повышения частоты пульсации.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения fn равна произведению частоты генератора f и числа выпрямленных полуватт за один период m fn = f * m .

Основой генератор машины представляет собой трехфазную синхронную машину с шестью явно выраженными полюсами, расположенными на роторе и несущими обмотку возбуждения.

Обмотка переменного тока расположена на статоре.

Электрическая схема генератора показывает, что трехфазное напряжение основного генератора подводится к измерительному органу блока регулирования. Трехфазное напряжение подвозбудителя частотой 800 гц через регулирующий орган РО БРН и выпрямительное устройство питает обмотку возбудителя.

Измерительный орган ИО БРН, воздействуя на регулирующий орган, изменяет его сопротивление таким образом, чтобы при любых возможных режимах работы генератора напряжение на его выходе оставалось постоянным. Обмотка возбуждения основного генератора получает питание от шестифазной обмотки возбудителя через блок вращающихся вентилей.

Электромашинный агрегат СКГ-11/1,5 представляет собой бесконтактный комбинированный генератор, состоящий из двух синхронных генераторов переменного тока: однофазного с электромагнитным возбуждением и 3-х фазного с возбуждением от постоянных магнитов.

Статоры однофазного и трехфазного генераторов расположены соответственно в корпусе и в щите машины, а их роторы смонтированы на одном валу.

Однофазный генератор выполнен в виде бесконтактной синхронной машины с внутризамкнутым магнитным потоком. Рабочая и дополнительные обмотки однофазного генератора находятся на неподвижных частях машин, поэтому у генератора отсутствуют скользящие контакты.

Особенностью такой машины является конструктивное выполнение магнитопровода, позволяющего создавать вращающееся поле от неподвижного индуктора. Ротор однофазного генератора имеет шесть полюсов: три полюса северной полярности (радиальные) объединены ступицей напрессованной на вал.

Полюса южной полярности (аксиальные) объединены в систему в виде полого цилиндра с тремя полюсными наконечниками и шестигранными отверстиями между ними, в которые соосно входят полюсные наконечники радиальных полюсов. Цилиндр закреплен на ступицах радиальных полюсов через диамагнитные ребра.

Неподвижные кольцевые индукторы через воздушные зазоры своей внутренней стороной охватывают ступицу северных (радиальных) полюсов, а внешней входят в расточку цилиндра южных (аксиальных) полюсов.

Через эти воздушные зазоры замыкается магнитный поток индуктора, обеспечивая возбуждение машины.

Обмотка возбуждения машины имеет одну шунтовую и две последовательно соединенные обмотки управления на каждом индукторе.

Результирующий магнитный поток одного индуктора будет:

Фрез = Фшо + Фуо , сумма Ф = 2 Фрез

Магнитный поток, создаваемый ампервитками шунтовой и управляющей обмоток, проходит из индуктора через ступенчатый воздушный зазоры, радиальные полюса, рабочий зазор в статоре, аксиальные полюса, воздушный зазор индуктора, индуктор.

Путь магнитного потока в магнитопроводе однофазного генератора показан на Рис.___ в трех проекциях (альбом схем стр.___ ).

При вращении ротора обмотка статора поочередно пересекается магнитным потоком северных и южных полюсов, при этом в ней наводится электродвижущая сила.

Радиальные и аксиальные полюса по длине активной зоны имеют эффективную успокоительную обмотку.

Эта обмотка выполняется короткозамкнутой в виде беличей клетки из медных стержней. Она компенсирует обратное синхронное поле, вращающееся относительно полюсной системы с двойной скоростью. Обратное синхронное поле реакции якоря наводит в обмотке возбуждения и в стали полюсов э.д.с. и токи двойной частоты, которые разогревают железо полюсов и искажают форму поля возбуждения. Следовательно, наличие успокоительной обмотки уменьшает потери в машине и улучшает форму э.д.с. рабочей обмотки.

Трехфазный генератор СГК представляет собой шестиполюсную машину с возбуждением от постоянных магнитов, размещенных на гранях втулки, посаженной на вал. В собранном виде магниты удерживаются обоймой, которая состоит из чередующихся между собой магнитных и диамагнитных частей. Магнитные части выполняют функцию полюсных наконечников и расположены над магнитами.

Для предотвращения размагничивания постоянных магнитов при коротком трехфазном замыкании, на роторе имеется внутренняя демпферная клетка, выполненная из меди.

Демпферная клетка состоит из двух замыкающих колец, к которым приварены шесть фасонных пластин. Замыкающие кольца расположены по торцам обоймы, а пластины между магнитами.

Статор трехфазного генератора размещен в цилиндрической части щита со стороны патрубка охлаждения. На статоре размещены две обмотки: рабочая и управляющая. рабочая обмотка выполнена по схеме " Звезда" с выводом нулевого провода. Управляющая обмотка занимает наружную поверхность спинки статора и часть всех ее внутренних пазов.

При вращении ротора магнитный поток полюсов, пересекая витки рабочей обмотки статора, индуцирует в них ЭДС.

Регулирование ЭДС выходного напряжения трехфазного генератора осуществляется путем изменения магнитного сопротивления магнитопровода - спинки статора. Это достигается путем изменения тока в управляющей обмотке.

Электрическая схема генератора СГК-11/1,5 КИС изображена на Рис.___. Генератор работает в комплекте с регулятором напряжения РНМ-154 К, имеющим отдельные регуляторы для однофазного и трехфазного тока.

Шунтовая обмотка возбуждения однофазного генератора получает питание от бортсети постоянного тока и создает нерегулируемую часть потока возбуждения.

Потребители получают питание от рабочей обмотки РООГ, кроме того напряжения с РООГ подается к измерительному органу однофазного генератора (ОГ).

Управляющая обмотка УООГ, создающая регулируемую часть потока возбуждения, получает питание через реагирующий орган регулятора от точек 2 и 3 дополнительной обмотки однофазного генератора ДООГ. От точек 1,2 и 3 ДООГ через регулирующий орган своего регулятора получает питание управляющая обмотка трехфазного генератора УОТГ. Измерительный орган трехфазного генератора подключен на выходное напряжение обмотки РОТГ.

Первоначальный магнитный поток однофазного генератора создается шунтовой обмоткой возбуждения.

Напряжение, возникающее при этом в дополнительной обмотке, через регулятор напряжения подается в управляющую обмотку. Появление тока в управляющей обмотке приводит к дальнейшему увеличению общего потока возбуждения и прогрессивному возрастанию напряжения до номинального значения.

Частота переменного тока для обоих генераторов равна:

f = P * n / 60 ,

где P - число пар полюсов системы возбуждения; n - число оборотов в минуту.

Электрическая машина СГК-30/1,5 представляет собой бесконтактный комбинированный генератор, состоящий из двух синхронных генераторов переменного тока однофазного и трехфазного, конструктивно объединенных в одном агрегате. В отличие от генератора СГК-11/1,5 КИС, у агрегатов СГК-30/1,5 основным является трехфазный генератор напряжения 208 В.

Оба генератора машины представляют собой генераторы с комбинированной системой возбуждения. Основная, неизменяющаяся часть магнитного потока возбуждения как в трехфазном, так и в однофазном генераторе создается постоянными магнитами роторов (Рис.___).

Другая, управляемая часть магнитного потока, предназначенная для регулирования напряжения генераторов, создается током, протекающим по катушкам индукторов бесконтактной системы возбуждения типа "сексин".

Эта система состоит из неподвижных индукторов - втулок (9 и 4), на которых укрепляются кольцевые катушки управляющей обмотки трехфазного генератора УОТГ (7) и вращающихся втулок, посаженных на магнитный вал, с полюсами "сексинами" (10).

Эти втулки выполняются из магнитного материала, расположенными под 120 градусов относительно друг друга. Втулки являются составной частью ротора машины.

Ротор трехфазного генератора состоит из обоймы, представляющий собой цилиндрическую трубку (3) из стали зигзагообразной замкнутой прорезью, заполненной немагнитным сплавом типа марганцевого мельхиора (8).

В обойму запрессованы шесть постоянных магнитов (2) прямоугольной формы, смонтированных на шестигранной стальной втулке. Кроме магнитов в обойму с двух сторон запрессованы втулки - полюсы бесконтактной управляемой системы возбуждения "сексин".

При работе генератора суммарное магнитное поле постоянных магнитов и системы "сексин" образует шестиполюсную систему с неизменной полярностью. Изменение суммарного магнитного потока с целью регулирования напряжения производится за счет изменения тока в управляющих обмотках.

Статор генератора (1) несет трехфазную обмотку, соединенную "звездой".

Магнитный поток системы "сексин" замыкается по следующему пути: втулка индуктора - нижний зазор индуктора - полюс "сексин"- обойма статора - обойма в аксиальном направлении - верхний зазор индуктора - втулка индуктора (для северного полюса).

При вращении ротора вращается и суммарное магнитное поле, вследствие чего в неподвижных обмотках статора индуцируется переменная ЭДС.

Ротор однофазного генератора построен аналогично ротору трехфазного генератора, но в отличии от последнего, имеет одностороннюю систему возбуждения "сексин". Ротор посажен на правую консоль вала по скользящей посадке на шпонке, что позволяет разбирать генератор.

В пазы статора однофазного генератора вложены рабочая обмотка РООГ и дополнительная обмотка ДООГ, питающая через регулятор напряжения управляющие обмотки обоих генераторов.

Электрическая схема генератора СГК-30/1,5 представлена на Рис.___. Напряжения трехфазного и однофазного генераторов подается к измерительным органам соответствующих регуляторов напряжения (ИОТГ и ИООГ).

Регулирующее устройство, в соответствии с сигналами измерительных органов, будут изменять токи в управляющих обмотках в таких пределах, чтобы выходное напряжение генераторов оставалось постоянным, при изменении режимов их работы.

Управляющие обмотки трехфазного генератора УОТГ получают питание через регулятор напряжения РУТГ от точек 1,2 и 3 дополнительной обмотки однофазного генератора ДООГ, управляющие обмотки УООГ - от точек 2,3 и 4 ДООГ.

 

ЗАНЯТИЕ N 3

"Привод и охлаждение авиационных генераторов"

Содержание:

1. Приводы авиационных генераторов.

2. Системы охлаждения авиационных генераторов.

3. Особенности эксплуатации авиационных генераторов.

 

Литература

1 А.А. Лебедев "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов", с. 73-89.

1. ПРИВОДЫ АВИАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

 

Для приведения во вращение авиационных генераторов постоянного и переменного тока наибольшее распространение получил привод от газовой турбины.

Автономный привод применяется лишь в качестве аварийного на тяжелых самолетах, а также как источник питания для запуска авиадвигателей на транспортных самолетах.

Привод от авиационного двигателя является наиболее выгодным с точки зрения надежности и обеспечения минимального веса системы электроснабжения.

Диапазон рабочих скоростей вращения современных самолетных генераторов составляет 4000-9000 об/мин., а максимальная скорость вала турбокомпрессора реактивных двигателей выше верхнего предела скорости вращения генератора. Поэтому сочленение вала генератора с валом двигателя осуществляется через понижающий регулятор коробки приводов агрегатов с передаточным числом 0,65-0,8.

К недостаткам непосредственно привода генераторов от авиационных двигателей относится непостоянство скорости вращения ротора генератора.

При изменении режима полета ЛА скорость вращения авиационного двигателя меняется в диапазоне 1:2.5, а иногда и больше.

Для генератора постоянного тока это больших неприятностей не приносит, так как регулятор напряжения обеспечивает поддержание постоянного напряжения на зажимах генератора при изменении скорости вращения его ротора.

Однако вес генератора получается большим (по сравнению с весом генераторов, приводимых с постоянной скоростью вращения), так как расчет генератора приходится вести по нижнему пределу возможной скорости его вращения.

Что же касается генераторов переменного тока, то здесь помимо увеличения веса, переменная скорость вращения ротора генератора приводит к изменению частоты генерируемого им тока в широких пределах (от 300 до 900)гц.

При столь широком диапазоне изменения частоты тока электрической энергии можно обеспечить лишь весьма ограниченное число потребителей переменного тока. Основные потребители переменного тока на летательных аппаратах требуется для своего питания стабилизированной в узких пределах (+)1%) частоты тока.

При переменной скорости вращения авиационных двигателей получить постоянную скорость вращения генератора можно лишь при помощи специальных промежуточных устройств между валами авиационного двигателя и генератора. Такие устройства носят названия приводов постоянной скорости (ППС) или приводов постоянных оборотов (ППО).

Наиболее широкое применение нашли гидравлические и пневматические приводы с дифференциальными механизмами.

В дифференциальном пневмомеханическом приводе (___) управляемым является не весь поток энергии, подводимой к генератору через турбину. Воздушная турбина использует энергию сжатого воздуха, отбираемого от компрессора авиационного двигателя.

Вал синхронного генератора (ВСГ) связан с валом авиационного двигателя (АД) через редуктор, причем коренная шестерня жестко связана с валом синхронного генератора через систему передач, с валом двигателя, а солнечная шестерня с валом турбины.

Механическая неуправляемая энергия, отбираемая от вала двигателя по каналу "А", подается на водило дифференциального механизма (ДМ), пневматическая энергия управляемая, отбирается по каналу "В" от компрессора авиационного двигателя, передается через дроссельную заслонку (ДЗ) к турбине, на которой преобразуется в механическую энергию. Эта энергия подводится в солнечной шестерне (ДМ). На выходе ДМ образуется момент с постоянной скоростью вращения (___), т.е. соблюдается условие:

 

 

где "А" и "В" - соответствующие коэффициенты редукции планетарного редуктора.

Дифференциальный пневмомеханический привод выполняется так, чтобы при максимальной скорости вращения вала авиадвигателя турбина осуществляла небольшую докрутку генератора.

Регулирование скорости вращения гидравлических и пневматических приводов авиационных синхронных генераторов осуществляется при помощи регулятора скорости (РС), имеющего два канала: грубого регулирования и точного.

В грубом канале регулирования на валик 1 регулятора, связанном с валом авиадвигателя через редуктор, находится центробежный тахометр 2, муфта которого жестко связана с поршнями золотника 3.

Пружина центробежного тахометра (П1), пружина обратной связи (П2) стремятся стеснить поршни золотника справа налево, этому препятствует центробежная сила, развиваемая тахометром и действующая на поршни золотника слева на право.

При смещении поршней золотника со своего нейтрального положения влево или вправо правая или левая плоскости гидроцилиндра (Г) сообщаются с плоскостями высокого давления гидрожидкости, в результате чего гидропоршень движется влево или вправо. Гидропоршень (Г) связан с рычагом управления дросселей заслонкой (Р1) турбоагрегата.

Жесткая обратная связь в системе осуществляется с помощью усеченного конуса (К), укрепленного на противоположной стороне штока гидропоршня. С помощью конуса осуществляется воздействие на затяжку пружины обратной связи (П) в зависимости от перемещения гидропоршня.

Подобная кинематическая связь представляет большие конструкционные удобства, конусность конца штока гидропоршня легко менять, изменяя этим коэффициент жесткости обратной связи. Точный канал регулирования скорости вращения включает в себя разностный измерительный элемент (РИЭ), на входе которого появляется сигнал постоянного тока при отключении частоты от заданного значения (400гц), магнитный усилитель (МУ) и отрабатывающий двигатель (Д). Этот канал воздействует на орган настройки регулятора грубого канала, снимая остаточную неравномерность регулирования, обусловленную наличием обратной связи у регулятора грубого канала.

Поэтому регулятор точного канала называют также корректором частоты.

Выходной вал через редуктор (Р2) и винтовую передачу в корпусе (К) может перемещать этот конус, изменяя затяжку пружины обратной связи (П2).

Двигатель будет перемещать конус до тех пор, пока регулятор скорости не возвратит скорость вращения турбоагрегата сигнал на выходе (РИЭ), т.е. пока частота не станет равной точно 400 гц.

Большим достоинством такой схемы выполнения регулятора является то, что грубый канал регулирования не связан жестко с точным и последний может не применятся для одиночно работающих генераторов, для которых изменение частоты допустимо в пределах (+2-5%).

С помощью грубого канала осуществляется стабилизация частоты с точностью (+2-5%) точный канал позволяет поднять точность стабилизации частоты до (0.25-0.5%).

 

ПРИВОД ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ПГЛ-30М

САМОЛЕТА МиГ-23

 

Предназначен для стабилизации частоты вращения ротора комбинированного генератора переменного тока при изменении частоты вращения вала (АД). Структурная схема такого привода имеет вид (рис ___).

Здесь вся механическая энергия отбирается от АД, преобразуется гидронасосом 1 в кинетическую энергию Wk, рабочей жидкости, которая гидротурбиной 2 вновь преобразуется в механическую энергию Wamex. Стабилизация частоты вращения выходного вала привода осуществляется с помощью специального устройства управления 3, которое изменяет производительность насоса 1 и, следовательно, мощность, развиваемую гидротурбиной:

Наименование ПГЛ-ЗОМ означает:

П - привод, Г - гидравлическая, Л - лопаточный, ЗО - номинальная мощность кВт, М-модификация изделия.

Упрощенная конструктивная схема привода ПГЛ-ЗОМ (смотрите схему) состоит из ротора центробежного насоса 21,

который приводит во вращение посредствам гибкого вала-рессора 25 от редуктора высокого давления АД.

Рабочее топливо (керосин) из топливной магистрали АД после подкачивающих насосов поступает на лопатки центробежного насоса 2 через окна "Д" дроссельной заслонки 3 жестко связанном с поршнем 4 гидроцилиндра.

После центробежного насоса керосин, обладая большой кинетической энергией, попадает на лопатки турбины 1 и приводит ее во вращение. При этом приводится во вращение ротор генератора СКГ-301,5 вал которого посредством шлиц соединяется с валом гидротурбины.

Производительность насоса 1а, следовательно и мощность, развиваемая турбиной 2 зависит как от частоты вращения вала АД, так и от эффективной площади окна Д дроссельной заслонки и проходного окна Е на входе центробежного насоса не перекрытого заслонкой.

Величина перемещения поршня 5 с дроссельной заслонкой 3 зависит от соотношения давления в полостях "В" и "Г" гидроцилиндра.

Керосин в полость "В" поступает непосредственно от вихревого насоса 10, а в полость "Г" - через жиклер, имеющий постоянный расход жидкости. При этом часть керосина из полости "Г" сливается через сопло устройства управления.

Величина сливного отверстия сопла определяется соотношением сил, действующих на заслонку 11 - усилия, развиваемого грузиками 13 центробежного тахометра, и усилие затяжки пружины 10.

В установившемся режиме работы ПГЛ - ЗОМ расходы жидкости через сопло и жиклер равны, при этом давление жидкости в полости "В" примерно вдвое больше давления полости "Г".

При этом усилия на поршень 5 со стороны этих полостей взаимно уравновешены и поршень неподвижен.

Выходной вал привода вращается с частотой, при которой

обеспечивается равновесие коромысла 11 устройства управления. При увеличении частоты вращения вала гидротурбины 1 (вследствие частоты вращения рессоры 25 или уменьшения электрической нагрузки на генератор) возрастает усилие, развиваемое центробежным тахометром. При этом коромысло 11 приподнимается, увеличивая слив жидкости через жиклер и сопло, давление в полости "Г" гидроцилиндра будет уменьшаться и поршень 23 будет перемещаться вправо, уменьшая проходное сечение окна "Д" на входе центробежного насоса 21 и, следовательно, производительность насоса.

Одновременно с перемещением поршня, за счет действия обратной связи, толкатель которой скользит по наклонной поверхности поршня 23, уменьшается усилие сжатия пружины 7.

Сливное отверстие сопла 12 под действием пружины 10 несколько уменьшается, что вызывает нарастание давления в полости "Б" и, тем самым, предотвращая резкие перемещения поршня 23, обеспечивает устойчивость процессов регулирования частоты вращения.

При уменьшении производительности центробежного насоса мощность, развиваемая турбиной, и частота вращения его выходного вала уменьшается.

Процессы регулирования частоты вращения выходного вала будут протекать в обратном порядке.

Новый установившийся режим работы ПГЛ-ЗОМ от исходного установившегося режима будет отличаться другим положением поршня 5 и несколько большим (меньшим) значением частоты выходного вала. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что за счет обратной связи усиление со стороны пружины 7 уменьшается (возрастает) и равновесие коромысла 11 при постоянстве расхода жидкости через сопло 12 будет достигаться лишь при большем (меньшем) усилии со стороны центробежного тахометра. Таким образом, система регулирования частоты имеет статическую ошибку, величина которой возрастает с увеличением возмущения.

Ручная настройка частоты вращения в условиях эксплуатации осуществляется с помощью регулировочного винта 9.

При возникновении аварийных режимов работы привода, проявляющихся в аварийном повышении или понижении частоты вращения вала гидротурбины, вступает в работу устройство ограничения момента, которое включает в себя электромагнит, гидравлический клапан и систему каналов для прохода рабочей жидкости (на схеме это устройство не показано).

 

2. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ

ГЕНЕРАТОРОВ

 

Мощность, которую можно получить от электрической машины при длительной работе, в основном определяется степенью ее охлаждения. С ростом мощностей генераторов, а так же с увеличением высоты и скорости полета летательных аппаратов охлаждение генераторов приобрела весьма важное значение. Решение этой задачи является проблемным.

В авиационных генераторах применяются две системы охлаждения самоохлаждение и принудительное охлаждение.

Самоохлаждение осуществляется воздухом, подавляемым вентилятором, насажанным на вал генератора. Эта система применима для генераторов малой мощности (1-1.5 кВт) при незначительных высотах полета летательных аппаратов (вертолеты, легкие транспортные самолеты).

В более мощных генераторах применяется принудительное охлаждение потоком встречного воздуха. Охлаждающий воздух, попадающий в генератор, смывает нагретые части коллектора или контактных колец, щеткодержателей, ротора (якоря) и обмоток, отбирает у них выделяемое тепло и уносит его за пределы генератора.

Воздух поступает в генератор через входной патрубок и затем внутри машины разделяется по каналам охлаждения.

Для большинства авиационных генераторов при их работе на земле предусмотрен встроенный вентилятор, расположенный на валу генератора со стороны привода.

При охлаждении с помощью вентилятора от генератора можно получить мощность не более 30 % номинальной в течении 30 минут.

Принудительная система охлаждения продувом встречного потока воздуха эффективна только до высот полета порядка 20000 и скоростей, составляющих М = 1.5 - 2.

С увеличением высоты полета интенсивность охлаждения уменьшается вследствие плотности и следовательно весового количества воздуха, прогоняемого через генератор, а также вследствие уменьшения коэффициента теплоотдачи нагретых частей.

Интенсивность охлаждения уменьшается также с увеличением скорости полета, так как в этом случае повышается температура охлаждающего воздуха в результате его торможения и вентиляционной системе генератора. Температура охлаждающего воздуха повышается при числе М = 1 до 50 градусов Цельсия, а при М =2 до 200 градусов Цельсия и т.д. ( в настоящее время кремниевая органическая изоляция допускает температуру нагрева 200-250 градусов Цельсия).

В связи с тем, что увеличение высоты и скорости полета накладывает предел применения охлаждения продувом встречного потока воздуха, разработан ряд новых более эффективных способов охлаждения авиационных генераторов: жидкостные, путем испарения жидкости на активных частях генератора, масляные и другие.

На современных сверхзвуковых летательных аппаратах с большой высотой полета получают распространение генераторы с комбинированной испарительной системой охлаждения (КИС). К таким генераторам относятся генераторы СГК-11/1,5 КИС.

Охлаждение этого генератора для скоростей полета, соответствующих М = 1.5, осуществляется продувом встречного потока воздуха.

При М = 1,5 охлаждение осуществляется путем подачи спирто-водяной смеси (спирт-50%, вода-50%) к нагретым частям генератора. Отвод тепла от поверхностей осуществляется за счет испарения охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость вводится в генератор через пустотелый вал ротора, а затем через радиальные отверстия вала поступает к нагретым частям машин.

Подача спирто-водяной смеси в генератор и прекращение продувом встречным потоком воздуха осуществляется в условиях эксплуатации самолетной системой по сигналу М-реле.

Переход с одной системы охлаждения на другую обеспечивает наибольшую эффективность использования генератора при различных условиях полета летательного аппарата.

 

3. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

АВИАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

 

1. При проведении подготовки к полету (предварительная подготовка) авиационные генераторы подвергаются внешнему осмотру.

При этом проверяется:

- целостность и отбортовка силовых проводов;

- крепление генераторов, плотность затяжки крепежных болтов, наличие пружинных и проволочных контровок;

- крепление и контровка винтов, крышек клеммных панелей;

- для генераторов с комбинированной и испарительной системой охлаждения проверяется исправность системы испарительного охлаждения.

Работоспособность генераторов проверяется при запущенных авиадвигателях по бортовым вольтметрам и по включению их в бортсеть.

2. После пятидесяти часов полета самолета выполняются все работы,указанные в пункте 1.

Кроме того:

- с генераторов удаляется пыль, грязь, следы масла;

- проверяется включение их в бортовую сеть и напряжение при минимальных бортов под нагрузкой;

- проверяется частота тока для генераторов переменного тока.

3. После ста часов полета самолета (сточасовые режимные работы) все авиационные генераторы, кроме бесконтактных и комбинированных, снимаются с самолетов. При этом проверяются:

- состояние щеток и щеточных контактов;

- высота щеток и их износ;

- состояние коллектора и контактных колец;

- исправность подшипников;

- правильность установки в гнездах щеткодержателей;

- состояние текстолитовых панелей и клеммных болтов.

Генераторы продуваются сжатым воздухом и устанавливаются на самолет.

После этого выполняются все работы, указанные в пунктах 1 и 2.

Для бесконтактных генераторов при выполнении сточасовых регламентных работ выполняются работы, указанные в пунктах 1 и 2.

 

ЗАНЯТИЕ N 4

УСТРОЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

 

Содержание:

1. Устройство авиационных генераторов постоянного, переменного тока контактного типа.

2. Устройство бесконтактного генератора.

3. Устройство комбинированных генераторов.

 

Литература

1. А.А. Лебедев "Автоматическое и электрическое оборудование летательных аппаратов", с. 88-89,51-87.

2. Техническое описание генераторов ГСР-СТ-17/40, СГО-30У, СГК-11/1.5, ГТ40ПЧ8, СГК-30/1.5.

 

УСТРОЙСТВО АВИАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

КОНТАКТНОГО ТИПА

 

Устройство авиационных генераторов постоянного тока ГСР-6000, ГСР-9000, ГСР-1200 аналогичны устройству авиационного стартер-генератора. ГСР-СТ-12000 ВТ, за исключением тех конструктивных элементов, которые в стартер генераторе создают режим работы, т.е. двигательный режим.

Рассмотрим устройство ГСР-СТ-1200 ВТ.

Он предназначен для запуска ТРД и в последующей работы его в качестве генератора. От обычных самолетных генераторов они отличаются лишь наличием дополнительной обмотки последовательного возбуждения.

Корпус ГСР-СТ-1200 ВТ - моноблочной конструкции, часть корпуса служащая магнитопроводом, выполнена из низкоуглеродистой электротехнической стали марки Э, а часть, следующая установочным фланцем - из легированной стали 30х ГСА. В корпусе установлено восемь основных полюсов и четыре дополнительных, последние обеспечивают удовлетворительную коммутацию во всем диапазоне рабочих скоростей вращения и допустимых нагрузок.

Все дополнительные полюса имеют одинаковую полярность. Полки основных полюсов более длинной стороной повернуты в сторону дополнительных полюсов. Сделано это для уменьшения магнитного потока рассеяния.

Щеткодержатели реактивного типа, их число равно числу основных полюсов.

Катушки обмотки параллельного возбуждения (ШОВ) расположены на основных полюсах, намотаны проводом ПЭВ-2 и изолированы лакощелком толщиной 0,06 мм.

Катушки обмотки последовательного возбуждения (СОВ) расположены также на основных полюсах, они выполнены из медного провода МГМ прямоугольного сечения и соединены между собой последовательно.

Катушки обмотки дополнительных полюсов намотаны медным проводом МГМ прямоугольного сечения, ветки катушек изолированы липкой стеклолентой толщиной 0,12 мм между витками - стекломеканит толщиной 0,22 мм.

Якорь набран из листов электротехнической стали и напрессован на пустотелый стальной вал. Каждый лист якоря

отлакирован. С торцов пакета листы стеклотекстолита, которые прижимаются к пакету якоря нажимными шайбами из алюминиевого сплава, предохраняющими пакет железного якоря от растяжения.

Пазы железного якоря (их 64 шт.) прямоугольные, полуоткрытые и в каждом пазу расположен 4 проводника обмотки, выполненной по типу петлевой из отдельных секций изолированным проводом прямоугольного сечения. Концы секций приварены к 128 коллекторным пластинкам из кадмиевой меди с помощью аргонодуговой сварки. Каждая коллекторная пластинка изолирована друг от друга слюдяными пластинками толщиной 0,5 мм. Коллекторные пластины собраны на стальной втулке и закреплены нажимной шайбой и гайкой, навинченные на втулку.

Для защиты от разрушений на лобовые части обмотки наложены бандажи из круглой стальной проволоки. Обмотки якоря пропитаны бакелитовым лаком.

Уравнительные соединения стартер-генераторов выполнены в виде отдельных колец для получения равномерной нагрузки щеток и удовлетворительной коммутации. Для предохранения от действия неуравновешенных центробежных сил кольца насажены на опрессованный бакелизированной стеклотканью цилиндр, являющийся продолжением коллекторной втулки. Для предохранения от замыкания между собой и с пластинками коллектора между кольцами и пластинами проложены изоляционные кольца из стеклотекстолита.

Щит, отлитый из алюминиевого сплава, анодирован под посадку подшипника запрессована стальная втулка.

Колпак обдува угловой, из алюминиевого сплава, на нем закрепляется шланг, позволяющий охлаждающий забортный воздух

Гибкий вал - пружинный цилиндрический стержень из стали

50хФА, работающий на кручение. Он предназначен для:

- снижения динамических нагрузок на якорь от инерционных сил;

- предохранения от поломок редуктора АД в случае заклинивания шарикоподшипников;

- обеспечение стыковки генератор-стартера с АД при электричности соединений.

Генераторы типа СГО-8 представляют собой синхронную машину 3-х фазного переменного тока с возбуждением от бортовой сети постоянного тока, в аварийных случаях - от аккумуляторной батареи.

Трехфазная обмотка переменного тока выполнена на якоре и соединена по схеме "Треугольник".

Начало трех фаз обмотки выведены на контактные кольца.

Обмотка возбуждения расположена на полюсах. Гибкий вал со шлицами эвольвентного типа выполнен из стали 50хФА.

Генератор выполнен на левое направление вращения (против часовой стрелки), если смотреть со стороны привода, при этом чередование фаз левое.

Корпус генератора - моноблок из двух частей, активной - из ст. 10 и фланца - из стали 30хГСА.

Катушки возбуждения - двухслойные из шинного провода

марки ПЭТВП, пропитан кремний - органическим лаком К-47, обеспечивающим их монолитность и влагостойкость.

Якорь набран из отдельных листов электротехнической стали ЭЗ1. Пазы пакета якорей - полуоткрытые прямоугольной формы. Якорь динамически балансируется путем напаивания припоя ПОС-40 на бандажи. Пазы якоря для улучшения формы кривой Э.Д.С. выполнены под некоторым углом к оси вращения.

Генераторы типа ГО4ПЧ4 аналогичны по конструкции генератором типа СГО-8, за исключением обмотки переменного тока расположенной на якоре, последняя соединена по схеме "Звезда".

2. УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

 

ГТ40ПЧ8 - трехфазная шестиполюсная синхронная бесконтактная машина со встроенным возбуждением переменного тока и блоком вращающихся выпрямителей.

Трехфазная обмотка переменного тока расположена на статоре.

Для питания цепей защиты и регулирования автономности возбуждения на одном валу с генератором и возбудителем размещен подвозбудитель с возбуждением от постоянного магнита.

Корпус - моноблок из алюминиевого сплава, с запрессованной стальной втулкой для насадки подшипника. Гнездо под подшипник имеет специальный карман для сбора отработанной смазки, которая удаляется из него плунжером.

Смазка подается в подшипник по маслопроводу через шариковую пресс-масленку.

Пакет статора генератора набран из листов электротехнической стали, магнитопровод возбудителя - литой из стали в виде когтеобразных полюсов, сварен из двух частей и закреплен в корпусе с мощью стопорных винтов.

Ротор состоит из полого вала, 1-полюсного постоянного магнита, являющегося частью возбудителя, якоря возбудителя и индуктора генератора с обмоткой возбуждения, которые набраны из листов электротехнической стали. На специальной поддержке ступицы якоря возбуждения установлен блок кремневых выпрямителей (Д-226) из шести диодов.

Щит генератора составной: фланец - из нержавеющей стали, вторая часть - из алюминиевого сплава. К щиту с помощью алюминиевой поддержки крепится статор подвозбудителя.

 

3. Устройство комбинированных генераторов

 

Комбинированный генератор СКГ-11/1,5 КИС - состоит из двух синхронных генераторов переменного тока: однофазного с электромагнитным возбудителем и трехфазного с возбуждением от постоянных магнитов.

Корпус представляет собой моноблок, отлитый от титанового сплава. Рабочая (РООГ) и дополнительная (ДООГ) обмотки расположены в общих пазах статора генератора. Шунтовая (ШООГ) и управляющая (УООГ) также находится на неподвижных частях машины, в двух индукторах.

Особенность этой машины заключается в конструктивном выполнении магнитопровода, позволяющим возбуждать вращающиеся полюса от неподвижного индуктора. Индукторы состоят из стального магнитопровода и кольцевых катушек возбуждения, в которых размещены ШООГ и УООГ обмотки.

ШООГ обеспечивает возбуждение генератора и питается от бортового источника постоянного тока, в УООГ получает питание через РНМ-134 от ДООГ.

Для охлаждения генератора предусмотрены в конструкции окна, которые по наружному диаметру корпуса закрыты алюминиевым хомутом.

Щит - литой из титанового сплава. Внутри цилиндрической части щита, установлен статор 3-фазного генератора, в пазы которого помещены рабочая обмотка трехфазного генератора (РОТГ) и управляющая обмотка (УОТГ). РОТГ - выполнена по схеме "звезда" с выводом нулевого привода, УОТГ - тороидальная, занимает наружную поверхность спинки статора и часть его пазов.

Ротор генератора состоит из вала, роторов генераторов однофазного и трехфазного токов соответственно. Ротор однофазного генератора имеет шесть полюсов, три из которых радиальные северной полярности и три - аксиальной формы. Аксиальные полюса - в виде полного цилиндра, образованного двумя кольцами. Кольца имеют шестигранные отверстия, в которые входят полюсные наконечники радиальных полюсов. Крепление аксиальных полюсов к радиальным осуществлено через диамагнитные ребра.

Полюса обоих полюсов на длине активной зоны имеют успокоительную обмотку, которая выполнена по типу "беличьей клетки" для улучшения характеристик однофазного генератора.

Ротор трехфазного генератора имеет шесть постоянных магнитов, размещенных на гранях втулки. В собранном виде магниты удерживаются обоймой, которая состоит из чередующихся между собой магнитных и диамагнитных частей. Магнитные части выполняют функции полюсных наконечников.

Для предотвращения размагничивания постоянных магнитов при котором замыкании трехфазного генератора на роторе имеется внутренняя демпферная медная клетка, выполненная из меди. Она состоит из двух замыкающих колец, к которым приварены шесть фасонных пластин. Замыкающие кольца расположены по торцам обоймы, а пластина - между постоянными магнитами.

Патрубок генератора литой, из алюминиевого сплава, на нем закреплена форсунка подачи охлаждающей жидкости и штепсельный разъем. При эксплуатации на патрубок надевается шланг воздуха провода. Подача старта - водяной смеси осуществляется через форсунку из нержавеющей стали. Форсунка состоит из приемного штуцера, к которому присоединяется бортовой трубопровод питания охлаждающей жидкости, фильтрующей сетки и трубки с дозирующим ниппелем, имеющим калиброванное отверстие.

Устройство генератора СГК-30/1.5.

Генератор представляет собой две бесконтактные синхронные электрические машины с комбинированной системой возбуждения. Основная (неизменяющаяся), часть магнитного потока возбуждения в трехфазном и однофазном генераторах создаются постоянными магнитами роторов. Другая (управляемая) часть магнитного потока создается током, протекающем по катушкам индукторов бесконтактной системы возбуждения типа "сексин". В трехфазном генераторе система возбуждения синхронная, а в однофазном - односторонняя. Катушки индукторов питаются от дополнительной обмотки однофазного генератора постоянным пульсирующим током через РНЧ-204К.

Генератор состоит из следующих основных узлов: корпуса, щита, ротора и патрубка.

Корпус представляет собой цилиндрический моноблок из алюминиевого сплава. К корпусу прикреплен винтами фланец, для крепления генератора к приводу. В корпусе установлен статор трехфазного генератора с обмоткой из медного провода прямоугольного сечения, а также индуктор - стольная втулка, на которой укреплены две круглые катушки УОТС.

На внутренней поверхности корпуса имеется продольные ребра, повышающие его жесткость и образующие каналы для охлаждающего воздуха.

Щит - выполнен из алюминиевого сплава. В нем установлены: статор однофазного генератора с двумя обмотками (РООГ, ДООГ), второй индуктор УОТГ и индуктор УООГ. Рабочая и дополнительная обмотки однофазного генератора размещены в общих пазах статора.

Индуктор однофазного генератора представляет собой стальную втулку, на которой укреплены две катушки УООГ. На щитке смонтированы ШР и клеммная колодка.

Щит и корпус имеют ступицы с гнездами для шарикоподшипников.

Ротор генератора состоит из вала на которой напрессован ротор 3-х фазного генератора и насажен по шпоне ротор однофазного генератора. Вал - составной: основная его часть из немагнитного титанового сплава соединена с звостоиной из нержавеющей стали. В хвостовике имеется шлицевое гнездо для приводного валика, который прикреплен к валу при помощи винта и пружины.

Ротор 3-х фазного генератора состоит и обоймы - цилиндрической трубы из стали зигзагообразной замкнутой прорезью, заполненной немагнитным сплавом.

В обойму запрессованы 6 постоянных магнитов прямоугольной формы, смонтированных на шестигранной стальной втулки. Кроме того в обойму с двух сторон запрессованы полюсы бесконтактной управляемой системы возбуждения "сексин". Таким образом обойма образует систему полюсных наконечников общую для магнитов и полюсов - "сексин".

Полюсы изготовлены из мягкой стали имеют форму 3-х полосных крестовин со ступенчатыми втулками.

Ротор снабжен демпферной системой, состоящей из медных стержней заложенных в специальные пазы обоймы. Стержни замыкаются на торцах обоймы медными кольцами. На каждый из магнитов надет короткозамкнутый виток из медной шины препятствующий размагничиванию магнита при КЗ генератора.

Ротор однофазного генератора построен аналогично, но имеет одностороннюю систему возбуждения.

Патрубок служит для подсоединения воздуховода.