книги из ГПНТБ / Крауз С.В. Основы технической эксплуатации авиационного оборудования I. Элементы теории надежности оборудования летательных аппаратов. II. Средства и методы контроля и подготовки авиационного оборудования

высокий коэффициент приспособляемости К*, определяющий устой­ чивость режима работы двигателя при работе по внешней характе­ ристике и способность его преодолевать кратковременные перегруз­ ки. Для современных карбюраторных двигателей К = 1,25 -ь 1,45, а для двигателей с воспламенением от сжатия — редко превышает 1,15. Таким образом, карбюраторные двигатели в режиме максималь­ ной мощности работают более устойчиво, чем двигатели с воспламе­

торы, как правило, допускают в течение нескольких секунд нагрузку током 2 / ном, а рассматриваемые двигатели уже при полуторной на­ грузке могут заглохнуть. Отметим также, что автомобильные двига­ тели довольно просты и надежны в эксплуатации в различных кли­ матических и метеорологических условиях.

В качестве г е н е р а т q р о в п о с т о я н н о г о т о к а на АПА применяются электрические машины закрытого типа, со смешанным или параллельным возбуждением, имеющие дополнительные полю­ са. Выбор системы возбуждения обусловлен особенностями работы АПА в условиях непрерывного изменения нагрузок в значительных пределах, особенно при запуске авиадвигателей или включении —

выключении других мощных потребителей электроэнергии. Охлаж­ дение генераторов осуществляется самовентиляцией или продувом воздухом от специальных вентиляционных установок. На отчествен-

139

ных АПА устанавливаются как генераторы промышленного типа, так и самолетные генераторы. Последние имеют некоторые преиму­ щества. Во-первых, применение этих генераторов позволяет исполь­ зовать обычные комплекты самолетной пускорегулирующей и за­ щитной аппаратуры и в результате получить на АПА такую же си­ стему производства электроэнергии постоянного тока, как и на са­

единицу отдаваемой мощности гораздо меньше, чем у генераторов промышленного типа. С другой стороны, генераторы промышленного типа имеют значительно больший технический ресурс и дешевле, чем самолетные генераторы сравнимой мощности. Они не требуют уст­ ройства специальной системы 'принудительного охлаждения, потреб­ ляющей также значительную мощность. Самолетные генераторы без дополнительного продува можно нагружать длительно не более чем на 30% от номинальной нагрузки.

В с п о м о г а т е л ь н ы м и • и с т о ч н и к а м и э л е к т р о ­ э н е р г и и постоянного тока на агрегатах обычно служат батареи свинцовых аэродромных аккумуляторов. Схемами АПА предусмат­ ривается возможность включения аккумуляторов на внешнюю на­ грузку параллельно с генераторами или автономно. В первом случае они работают как буферные источники электрической энергии, отда­ вая ее нри снижении напряжения на клеммах выходного распреде­ лительного устройства АПА ниже номинального напряжения гене­ раторов. Автономное включение аккумуляторов на внешнюю на­ грузку бывает необходимо, например, при запуске авиадвигателей по 48 в системе. При неработающем генераторе аккумуляторные батареи АПА используются как самостоятельные источники электро­ энергии. Это делается в тех случаях, когда применение ,пониженного напряжения для питания некоторых потребителей допустимо. На­ пример, при проверке работоспособности тех или иных объектов.

И с т о ч н и к а м и п е р е м е н н о г о т о к а на АПА, как пра­ вило, являются генераторы или преобразователи, аналогичные при­ меняемым на самолетах. Использование преобразователей упрощает решение задачи стабилизации частоты и напряжения переменного тока. Отпадает необходимость в устройстве привода постоянной ско­ рости вращения. Однако в этом случае коэффициент полезного дей­ ствия системы с преобразователем всегда меньше, чем к. п. д. для системы с генератором.

При необходимости иметь на АПА мощные источники электро­ энергии переменного тока (например, 30— 60 ква) применение гене­ раторов безусловно более выгодно, чем преобразователей.

К о м п л е к т ы к о м м у т а ц и о н н о й и з а щ и т н о й ап ­

па р а т у р ы включают устройства:

—дистанционного включения генераторов и аккумуляторов на внешнюю нагрузку (на выходные устройства АПА);

—автоматического обеспечения условий параллельной работы генераторов и аккумуляторных батарей;

МО

—защиты генераторов и аккумуляторов от электрических пере­

грузок;

—защиты генераторов от обратных токов.

Эта аппаратура размещается на распределительных щитах или щитах пускорегулирующей аппаратуры. Для защиты генераторов и аккумуляторов от перегрузок чаще всего применяются тугоплавкие предохранители. Генераторы и преобразователи переменного тока защищаются обычно инерционноплавкими предохранителями. Ос­ тальная аппаратура выбирается в зависимости от типов установлен­ ных на АПА генераторов. Например, па отечественных АПА с гене­ раторами промышленного типа применяют комплект аппаратуры, состоящей из контактора, реле обратного тока и реле напряжения (фиг. 6.5). Реле напряжения и реле обратного тока совместно обес­ печивают защиту генератора от обратных токов.

Фиг . 6.5. Аппаратура включения и защиты генератора ПР-600М от

обратного тока; В — выключатель генератора; КН •— кнопка вклю­ чения КГ.

Реле обратного тока имеет неподвижную последовательную об­ мотку и параллельную обмотку, намотанную на подвижный якорь. Контакты реле нормально замкнуты и удерживаются в этом поло­ жении усилием / гр спиральной пружины. Силу Г'Э11 взаимодействия между токами, протекающими по обмоткам, можно представить вы­ ражением;

141

где с — постоянная величина, зависящая от конструкции. Реле устроено так, что при положительном направлении токов (показан­ ном на фиг. 6.5 стрелками), сила /Чл.д действует согласно сЕ пр. Это имеет место тогда, когда напряжение на выходном устройстве агре­ гата меньше напряжения генератора: С/вых < Ur. Если напряжение генератора станет меньше э. д. с. аккумуляторов АПА UT< Еакк или напряжения внешней сети, то знак / пос изменится на обратный. Направление же / Пар останется прежним. В результате Аэл.д из­ менит свое направление и будет стремиться, преодолев силу упру­ гости спиральной пружины, разомкнуть контакты реле. Из схемы

видно, что /,,ар -= —-”ар., где /?пар— сопротивление параллельной

пар

обмотки реле, а/7пар—напряжение на ее концах. В случае и т<.Еаш\

//п ар " Z/акк /^акк /акк ^*акк * ТОГДН, ПОЛа'ГаЯ

вим (6 .1 ) в виде:

Из выражения (6.2) следует, что обратный ток — /,,ос зависит от ве­ личины напряжения аккумулятора. Сравнивая (6.2) для двух слу­ чаев UaKKl == £/акк2, можем установить, что величина обратного то­ ка обратно пропорциональна величине напряжения аккумуляторов:

(6.3)

Это означает, что при разряженных аккумуляторах АПА имеется опасность прохождения через генератор недопустимо большого об­ ратного тока. Чтобы этого не случилось, дополнительно устанавли­ вают реле напряжения. Оно имеет нормально разомкнутые контакты и параллельную обмотку возбуждения, включенную на шины гене­ ратора. Если генератор имеет номинальное напряжение 28,5 в, а ак­ кумуляторы 24 в, то реле регулируется на включение при напряже­

клеммных панелей или размещаются на общем распределительном щите. Они имеют клеммы для подключения силовых кабелей и иног­ да перемычки или ножевые рубильники включения аккумуляторов на параллельную работу с генератором. Иногда выводы электросети агрегатов заканчиваются стандартными штепсельными разъемами.

П у л ь т ы у п р а в л е н и я и к о н т р о л я чаще всего уста­ навливаются в кабине агрегата. На них сосредоточена вся аппара­ тура дистанционного управления включением генераторов,-аккуму­ ляторов, светосигнализаторы включения этих объектов на нагрузку, а также электроизмерительные приборы контроля напряжения и то­ ка нагрузки.

Особенности систем регулирования напряжения АПА.

Рассмотрим особенности систем регулирования напряжения постоянного тока АПА. Принципиальные схемы этих систем изобра­ жены на фиг. 6 . 6 и 6.7.

142

Схема, представленная на фиг. 6 .6 , имеет преимущественное рас­ пространение. Она включает две замкнутые системы автоматическо­ го регулирования. В одной объектом регулирования является гене­ ратор, параметром регулирования — его напряжение. Поддержание напряжения на заданном уровне осуществляется изменением тока возбуждения с помощью угольного регулятора. Во второй системе объектом регулирования является двигатель привода генератора. Параметром регулирования — скорость его вращения.

t> и г. 6.6. Схема системы регулирования напряжения генератора постоянного тока АПА путем воздействия на параметры двигателя и возбуждение генератора: 1 — генератор с параллельным возбуждением; 2 — автомобильный двигатель; 3 — центробежный регулятор скорости вращения; 4 — карбюратор; 5 — уголь­

с применением угольного регулятора ничем не отличается от системы, принятой на самолетах. В делом рассматриваемая система произ­ водства электрической энергии отличается от самолетной тем, что в ней мощность генератора соизмерима с мощностью привода.

Мощность привода самолетных генераторов имеет несравнимо большую величину, чем мощность генераторов. Поэтому изменение нагрузки последних практически не сказывается на режиме работы авиадвигателя. В АПА мощность приводного двигателя соизмерима с -мощностью генератора. Поэтому изменение нагрузки генератора существенно сказывается на работе двигателя. Из характеристик на

ИЗ

фиг. 6.4 видно, что если не принять специальных мер по регулирова­ нию двигателя, то незначительные колебания нагрузочного момента на его валу (/WB,) могут привести к существенным изменениям ско-

сматриваемой схеме колебания нагрузки компенсируются измене-

1 — электромагнитный регулятор ( а — токовая обмотка; б — об­ мотка напряжения; в, г — сердечники; д — якорь; е — пружина); 2 — карбюратор; 3 — автомобильный двигатель; 4 — генератор постоянного тока со смешанным возбуждением; 5 — дополнительный патрубок карбюратора; /н — электрическая нагрузка (внешнее воз­ мущение); (Jr ■— напряжение генератора; р — угол открытия дрос­ сельной заслонки дополнительного патрубка; V — количество горю­ чей смеси, поступающей в двигатель; М — вращающий момент дви­ гателя; ш — скорость вращения двигателя; Уш — сопротивление ограничения тока, протекающего через последовательную обмотку регулятора; R H — реостат регулировки напряжения холостого хода

генератора.

«ием количества подаваемой в двигатель горючей смеси, путем авто­ матического регулирования положения (угла открытия) дроссельной заслонки *.

*Здесь и далее для простоты считается, что дозировка подачи горючей снеси

вцилиндры двигателя осуществляется только дроссельной заслонкой. В действи­ тельности современные двигатели снабжены карбюраторами, которые имеют не

только дроссельные заслонки, но и регулируемое сечение диффузора. Однако «же­ ланное упрощение не вносит принципиальных погрешностей.

144

Как видно из схемы (фиг. 6 .6 ), системы автоматического регу­ лирования взаимно связаны между собой через объекты регулирова­ ния. Наличие двух взаимно связанных систем автоматического регулирования обеспечивает устойчивую работу агрегата при всех изменениях нагрузки. Качество электрической энергии, вырабатывае­ мой агрегатом, удовлетворяет современным требованиям: погреш­ ность стабилизации напряжения .при изменении нагрузки от нуля до номинального значения не превышает + 5%6',.СП1. Переходные про­ цессы при мгновенном_ изменении нагрузки также удовлетворяют требованиям: установившийся режим после выключения номинальной нагрузки наступает не позднее, чем через 5 сек.; перерегулирование напряжения через 0 , 2 сек. не превышает 12% UHом (3,5 в) . К достоин­ ствам схемы фиг. 6 . 6 следует отнести то, что она позволяет осущест­ влять параллельную работу двух и более однотипных агрегатов. Кроме того, возможно в случае необходимости осуществить ручную регулировку напряжения генератора.

Система автоматического регулирования напряжения агрегата, представленная на фиг. 6.7, существенно отличается от рассмотрен­ ной. Здесь объектом регулирования является двигагель-генератор- ный агрегат. Постоянство напряжения обеспечивается регулирова­ нием скорости вращения двигателя с одновременным использова­ нием особенностей внешней характеристики генератора.

Для поддержания постоянства скорости вращения двигателя применен электромагнитный регулятор прямого действия, который в зависимости от нагрузки генератора дозирует подачу рабочей сме­ си в цилиндры двигателя.

Регулятор 1 (фиг. 6.7) представляет собой электромагнит пово­ ротного типа. Он имеет две встречно включенные обмотки:' токовую а и напряжения б. Обмотки размещены внутри неподвижного сталь­ ного сердечника, состоящего из цилиндрической части в и двух ко­ лец г с двумя парами полюсов каждое. Поворотный якорь д выпол­ нен в' виде стального цилиндрического стержня с четырьмя продоль­ ными пазами специально подобранной формы. Системой рычагов якорь кинематически связан с дроссельной заслонкой дополнитель­ ного патрубка 5, •установленного последовательно с карбюратором 2. В исходном положении, когда выступающие части якоря находятся в промежутке между полюсами сердечника, он удерживается на упоре цилиндрической спиральной пружиной е, работающей на рас­ тяжение.

Если работающий двигатель привода не включен на генератор, то дроссельная заслонка дополнительного патрубка открыта пол­ ностью. В этом случае управление режимами работы двигателя осуществляется с помощью основной дроссельной заслонки карбю­ ратора. При включении двигателя на генератор дроссельная заслонка карбюратора полностью открывается и фиксируется в этом положе­ нии. Одновременно вступает в работу электромагнитный регулятор.

Вначале при ненагруженном генераторе действует лишь об­ мотка напряжения (параллельная обмотка), по которой протекает

По мере роста скорости вращения п ток / пар возрастает. В этот период на якорь регулятора действуют два усилия:

—крутящий момент/Икр, определяемый взаимодействием тока, протекающего по параллельной обмотке, с железом якоря регу­ лятора;

—'Противодействующий момент Мпр от спиральной пружины. Для электромагнитных приборов и аппаратов крутящий момент

определяется выражением:

da

Обычно в качестве элемента, создающего противодействующее усилие, применяют цилиндрическую спиральную пружину с линей­ ной характеристикой. Противодействующий момент, создаваемый этой пружиной будет равен (без учета не влияющего на дальнейший вывод предварительного натяжения пружины):

примерное значение противодействующего момента с достаточной для практики точностью определится выражением:

Равновесное положение якоря наступает при Мкр = Мгр. Сравни­ вая (6 .6 ) и (6 .8 ), а также учитывая, что подбором особой формы пазов якоря и вырезов между полюсами сердечника можно обеспе-

146

ра будет увеличиваться угол поворота якоря регулятора, а следова­ тельно, и заслонки дополнительного патрубка. Кинематическая схема передачи выполняется так, чтобы по мере увеличения угла поворота якоря заслонка прикрывала проходное сечение патрубка

величины, необходимо для привода ненагруженного генератора, вра­ щающегося с номинальной скоростью. Для регулирования напряже­

ковая (последовательная) обмотка регулятора. Вследствие встреч­ ного включения ее ампер-витки будут ослаблять намагничивающее Действие ампер-витков параллельной обмотки, и положение якоря будет определяться уравнением:

тора. Обычно в целях уменьшения сечения последовательной обмот­ ки, а также для создания условий возможной тарировки регулятора, последовательная обмотка его шунтируется некоторым сопротивле­