книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

(тиристорах), однако, создание достаточно надежно действую­ щего преобразователя на сегодняшний день представляет боль­ шие трудности.

Довольно широкое применение нашел привод синхронных генераторов от двигателей постоянного тока, получающих пита­ ние от генераторов постоянного тока, расположенных на авиа­ ционных двигателях (рис. 1.25). Синхронный генератор и дви­ гатель постоянного тока таких электромашинных преобразова­ телей выполняются как единое целое. Мощность синхронного генератора, который выполняется как трехфазным, так и одно­ фазным, меняется от десятков до нескольких тысяч вольт-ампер.

Р и с . 1.25. Э л е к т р о м а ш и н н ы й п р и в о д с и н х р о н н о г о г е н е р а т о р а

Естественно, что такое многокаскадное преобразование энергии малоэкономично и имеет большую конструктивную массу. По­ этому такие электромашинные преобразователи постоянного тока в переменный нашли ограниченное применение главным образом для получения сравнительно небольшой доли электриче­ ской энергии переменного тока стабильной частоты на летатель­ ных аппаратах, где в качестве основных источников электриче­ ской энергии служат генераторы постоянного тока.

По жесткости механических характеристик такой электро­ машинный привод занимает промежуточное место между гидрав­ лическим и пневматическим приводами.

Момент, развиваемый электрическим двигателем Мд, зависит от тока якоря /я и магнитного потока возбуждения Фв:

где Сд — постоянный множитель.

Если не учитывать насыщение магнитной цепи двигателя, то поток возбуждения Фв пропорционален току возбуждения / в:

50

Механические характеристики двигателя постоянного тока, вычисленные по этому уравнению, приведены на рис. 1.26.

Рис. 1.26. Механические характеристики электромашинного привода

Как видно из этих характеристик, имеются две принци­ пиально разные области, работы двигателя. При малых величи­ нах момента и больших угловых скоростях с увеличением тока возбуждения двигателя его угловая скорость уменьшается (пер­ вая область). При больших моментах и малых скоростях увели­ чение тока возбуждения приводит к увеличению скорости (вто­ рая область). В большинстве случаев в качестве рабочей выби­ рают первую область, так как работа во второй области связана

сбольшой перегрузкой цепи якоря двигателя и его перегревом.

1.8.МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ

Весьма перспективным видом привода авиационных синхрон­ ных генераторов являются чисто механические передачи с плав­ ным изменением коэффициента редукции (механические ва­ риаторы) .

Существует много типов механических бесступенчатых при­ водов. Наименьшей удельной массой и габаритами из них обла­ дают фрикционные приводы, принципиальная схема которых при­ ведена на рис. 1.27. Здесь ведущим является конус 1, жестко связанный с валом авиационного двигателя АД, ведо­ мым — цилиндрическое колесо 2, которое может перемещаться поступательно по оси 3, связанной с генератором Г. Работа фрик­ ционной передачи основана на использовании силы трения, воз­

51

никающей в месте контакта двух тел вращения под действием сжимающих сил Fn.

При этом необходимо, чтобы выполнялось условие

где Fi — окружное усилие;

F — сила трения между ведущим и ведомым фрикционными

где Q— коэффициент трения.

Угловая скорость выходного вала вариатора сов будет опре­ деляться через угловую скорость

Скольжение фрикционных передач является причиной износа поверхностей, непостоянства передаточного отношения и умень­ шения к. п. д.

Различают три вида скольжения:

а) буксирование, когда F^>F. Буксирование приводит к бы­ строму износу фрикционных тел и недопустимо во фрикционных передачах. Чтобы избежать пробуксовки, величина F — QFU бе­ рется в 1,2—1,5 раза больше, чем F r;

б) упругое скольжение. Оно очень мало и им обычно прене­ брегают;

в) геометрическое скольжение, возникающее вследствие не­ одинакового изменения скорости по длине линии контакта на ведущем и ведомом фрикционных телах. Геометрическое сколь­ жение является главным для фрикционных передач.

Изменяя положение ведомого колеса относительно оси, можно изменить передаточное число, а следовательно, регулиро­ вать скорость выходного вала. На рис. 1.28 приведена принци­ пиальная схема устройства фрикционных бесступенчатых пере­ дач системы В. А. Светозарова [17]. Эти передачи имеют два соосных встречно расположенных шкива 1 и 2 с конусно-вогну­ тыми рабочими поверхностями (чашами). По шкивам катятся ролики 3 и 4, поворачиваемые для изменения передаточного

52

отношения вокруг центров О и Оь являющихся центрами кри­ визны дуг, образующих рабочие поверхности шкивов 1 и 2. Кру­ тящие моменты со шкивов 1 я 2 передаются на валы 5 я 6 через шарики 7 и 8, лежащие в наклонных канавках шайб, соединен­ ных с валами или шкивами. Под действием крутящих моментов шарики стремятся катиться по наклонным краям канавок (лу­ нок) и, раздвигая шайбы, автоматически прижимают чашки к роликам с усилением, пропорциональным передаваемым моментам.

6 7

Аналогичными по принципу устройства являются передачи системы Хейса (рис. 1.29). На ведущем валу 3 жестко закреп­ лены два ведущих шкива 1 я 2, рабочие поверхности которых представляют собой части поверхности торов. При помощи ро­ ликов 5 и 6 движение рабочих шкивов передается к ведомому шкиву 4, рабочие поверхности которого являются также частями поверхности торов. Отношение угловой скорости ведомого шкива 4 к ведущим 1 и 2 обратно пропорционально отношению радиусов касания роликов к соответствующим шкивам:

«4 _ г

“ 1,2 R

Благодаря двустороннему расположению роликов 5 я 6 отно­ сительно ведомого шкива 4 подшипники передачи освобождаются от осевых усилий.

На рис. 1.29 изображена одна пара роликов 5 и б. На самом деле их три пары и они расположены симметрично под углом 120° друг к другу. Выходной шкив 4 связан с выходным валом 11 при помощи чаши 7. Ведущий вал 3 связан с валом двигателя 10 при помощи шарикового устройства 8, служащего для автомати­

53

Глава 2

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ

2. 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ И УРАВНЕНИЯ ПРИВОДОВ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

На летательных аппаратах, оборудованных системой электро­ снабжения на переменном токе стабильной частоты, в качестве основных источников электрической энергии служат агрегаты переменного тока стабильной частоты, представляющие собой сочетание приводного устройства ППС, синхронного генератора СГ и соответствующей регули­

стоянной при помощи PC, напряжение на зажимах генератора также остается неизменным при всех режимах его работы бла­ годаря PH. При этом процессы регулирования скорости двига­ теля и напряжения генератора оказываются (взаимосвязанными, т. е. авиационный агрегат переменного тока стабильной частоты относится к двумерным объектам регулирования. Уравнение равновесия моментов на валу такого агрегата имеет вид

где Мг — момент нагрузки, создаваемой генератором; Мд — момент, развиваемый ППС, приведенный к генератору;

/ — момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу генератора;

со — угловая скорость вала генератора.

55

Момент, создаваемый приводным двигателем ППС, зависит от частоты вращения, управляющего воздействия и возмущения. Возмущением может быть, например, изменение частоты враще­ ния авиационного двигателя, от которого приводится гидравли­ ческий ППС, изменение давления воздуха на входе турбоагре­ гата в пневматических ППС или изменение питающего напряже­ ния в электромашинном приводе.

Соответственно управляющим воздействием для гидропри­ вода является изменение углового положения наклонной шайбы у, для турбопривода — изменение угла поворота дроссельной заслонки а и для электромашинного привода — изменение тока возбуждения электродвигателя, а в некоторых случаях измене­ ние величины питающего двигатель напряжения.

С учетом формул (2.2) и (2.3), уравнение равновесия мо­ ментов (2. 1) в приращениях имеет вид

В последнем уравнении значения частных производных берутся при равновесных значениях всех координат. Для сокра­ щения записи здесь и в дальнейших формулах индексы при частных производных опускаются.

Разделим последнее уравнение на равновесную величину момента, соответствующую рассматриваемому режиму работы Мо= Мдо = Мг0 и перепишем его в следующем виде (значок «о» относится к равновесным значениям величин):

Введем обозначения:

56

Коэффициент самовыравнивания SMхарактеризует статиче­ скую устойчивость агрегата. Знак коэффициента «SMопределяется разностью тангенсов углов наклона касательных к кривым зави­ симости момента от скорости вращения в равновесной точке:

На рис. 2.2 приведен один из вариантов относительного рас­ положения этих кривых. Очевидно, что положению равновесия соответствует точка пересечения кривых с координатами шо и MQ. Нетрудно заметить, что для данного случая 5 М>0, так как

I tg-Ѵд I < I tg YrI -

Графически легко показать, что. при таком расположении кри­ вых агрегат статически устойчив. Если по каким-либо причинам скорость возрастет на величину Асо (см. рис. 2.2), то момент двигателя уменьшится на большую величину, чем уменьшится момент нагрузки генератора и привод будет тормозиться, т. е.

57

агрегат стремится вернуться к равновесной точке работы. Иная картина получается, если характеристики, приведенные на рис. 2. 2 для двигателя и генератора, поменять местами. В этом случае величина 5 Мбудет отрицательной и при случайном уве­ личении скорости вращения последняя будет непрерывно возра­ стать, так как |ДМГ| >|ДЛ4д| и привод пойдет «в разнос».

Таким образом, с точки зрения устойчивости агрегата целе­ сообразно для привода гене­

якоря генератора и принять параллельное соединение индуктив­

где U — напряжение на зажимах генератора.

В относительных приращениях это уравнение имеет вид

ЛЯН •относительное изменение активного сопротивле­ РнО ния нагрузки.

Значком «о» обозначается равновесное значение переменных величин. Там где этот индекс очевиден, он опускается.

В том случае, когда активное и индуктивное сопротивления нагрузки включены последовательно, выражение для относитель­ ного изменения электромагнитной мощности будет иным. Для этого случая активная мощность генератора

Ян2+*„2

58

Все индуктивные сопротивления, в том числе и индуктивное сопротивление нагрузки, линейно зависят от угловой скорости (частоты тока)

“о

Поэтому, если допустить, что возмущением является как из­ менение активного, так и изменение реактивного сопротивлений, уравнение (2. 9) в приращениях будет

или, учитывая, что

АУнО где х = ---- — относительное изменение индуктивного сопротив-

-УнО ления нагрузки.

При параллельной работе генераторов выражение для ра имеет более сложный вид и будет описано ниже.

Следует отметить, что уравнение (2.6) описывает гидравли­ ческие, пневматические и электромашинные ППС, причем для каждого вида привода коэффициенты Тм, 5 Ми JV имеют свое значение. При этом уравнение (2.6) несколько отличается для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Так как управление частотой вращения двигателя обычно осущест­ вляется в той области его работы, для которой частная произ­ водная от момента двигателя по току возбуждения отрицательна (1.38), то, принимая коэффициент N за положительную вели­ чину, перед первым членом уравнения (2.6) следует ставить знак минус.

Обобщенным возмущением для двигателя постоянного тока служит напряжение сети постоянного тока, от которой питается двигатель. В связи с этим уравнение для электромашинного при­ вода синхронного генератора имеет вид

(2 . 6 ')

где

U — напряжение сети, питающей двигатель.

59