13.6. Управление стартером многоступенчатым и плавным изменением напряжения

Многоступенчатое и плавное повышение напряжения на якоре стартера применяют часто. Запуск при многоступенчатом повышении напряжения используют для двигателей АИ-20, -24 от ВСУ ТГ-16, повышающей напряжение пятью ступенями до 60 В. Для запуска с плавным повышением напряжения до 70 В служат аэродромные источники. Запуск с многоступенчатым изменением напряжения применяют при питании стартера от генератора, напряжение которого повышают ступенями, ре­гулируя его ток возбуждения (рис. 13.6, а). Для этого в определенные моменты запуска в цепь обмотки электромагнита регулятора напряжения, входящего в систему запуска, в определенной последовательности вводят добавочные сопротивления.

Моменты перестройки регулятора и значения ступеней выбираются так, чтобы броски токов при переключениях были бы одинаковы и равны броску тока при пуске. Значения ступеней напряжения и моментов пе­реключения выбирают и из соображений приближения процесса запуска к оптимальному.

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения при М_С= const оптимальным является разгон при I_a=const. Значение тока якоря, а следовательно, и ускорения, выбирают по заданному значению потерь и с учетом ограничений, накладываемых на систему. В частности, на этом основании могут выбираться действующее или среднее значение тока при многоступенчатом изменении напряжения.

При многоступенчатом изменении напряжения стараются выполнить два условия: равенство бросков токов I_{a max} при переключениях на всех ступенях и равенство минимальных токов I_{a min} в конце каждой ступени.

Эти условия записывают в таком виде:

а) (13.4)

или .

б) (13.5)

или ,

где ω_0i - угловая скорость идеального XX на i-й ступени.

Из выражения (13.4):

,

Из уравнения (13.5):

.

Из условия равенства бросков тока при переключении ступеней следует, что приращение напряжения (в начале) каждой ступени должно быть равно приращению э.д.с. на каждой ступени:

.

Напряжение, подводимое к якорю стартера на всех ступенях, кроме первой, меняется n-1 равными ступенями:

∆U=E₁=(U_max-U₁):(n-1).

Время запуска равно сумме временных интервалов работы на каждой ступени пуска. Для i-й ступени:

; ,

где ω_iК - угловая скорость в конце i-й ступени.

Из условия равенства максимальных и минимальных значений тока якоря на ступенях пуска следует, что

откуда .

Время пуска t_П = nt₁.

В пределе при и получается пуск с плавным повыше­нием напряжения. Для этого напряжение также должно меняться плавно от некоторого начального значения U₁ (рис. 13.6,б).

Характер изменения угловой скорости системы стартер - авиадвигатель определится из уравнения СФ(U₁/R_А)=J(dω/dt), откуда dω= (СФ/J)·(U₁/R_А)dt и ω=[СФ/(J·R_А)]·[СФ/(СФ)]U₁t или

. (13.6)

При условии I_А=U₁/R_А=const угловая скорость растет по линейному закону во времени.

До конечной угловой скорости ω_К стартера время пуска

(13.7)

Закон изменения напряжения при пуске находят из условия постоян­ства тока якоря в процессе пуска:

[U(t)-СωФ]/R_А= U/R_А=I_A=const.

Заменяя в формуле (13.7) , получают, что

. (13.8)

Из уравнения (13.8) следует, что при условии I_А=const напряжение меняется во времени по линейному закону. Учитывая, что и угловая скорость стартера во времени также меняется по линейному закону (см. уравнение 13.6), следует, что и напряжение также является линейной функцией угловой скорости. Зная количественную связь между временем и угловой скоростью, которая определяется выражением t=Т_М(ω/ω₀₁), на­ходят закон изменения напряжения в зависимости от угловой скорости:

.

Экономичность пуска определяется значением его к.п.д.:

(здесь ω₂ - угловая скорость стартера при его отключении);

А_Э - расход электроэнергии при пуске . Подставляя в выражение для расхода электроэнергии при пуске выражения

,

получают .

Подставив выражение расхода электроэнергии в формулу для к.п.д., определяют зависимость к.п.д. от величин, характеризующих запуск при линейном законе нарастания напряжения от угловой скорости

.

При пренебрежении моментами статической нагрузки, полагая М_С=0 (или М_С=const), разгон системы СТГ-ГТД до заданной угловой ско­рости при постоянном потоке возбуждения и постоянном токе якоря является оптимальным переходным процессом.

Значение 1_А и dω/dt выбирают исходя из допустимых потерь за процесс разгона:

и ограничений, накладываемых на узлы системы по условиям работы (допустимые ускорения, допустимый ток якоря по условиям коммутации, допустимое значение напряжения на якоре стартера и т. д.).

Управление запуском плавным повышением напряжения - это наибо­лее совершенный способ управления стартером, позволяющий разогнать ГТД до заданной частоты вращения за минимальное время при задан­ных потерях и ограничениях. При учете моментов М_К и М_Т закон управ­ления получается сложнее. Из-за сложности его технической реализации в реальных системах производится запуск при постоянном токе якоря.