Глава 2

2 Основные элементы авиационного электропривода.

2.1Электродвигатели постоянного тока

2.1.1 Конструкция электрическая схема характеристики электродвигателей последовательного возбуждения

Авиационные электродви­гатели постоянного тока представляют собой электрические ма­шины с естественным охлаждением закрытого исполнения. Напряжение питания колеблется от 20 до 28,5В, а мощность—от; долей ватта до 20 кВт. Коэффициент полезного действия электродвигателей составляет 0,3—0,6.

Сравнительно низкий к. п. д. не имеет существенного значения, так как большинство электродвигателей работают в кратковремен­ном режиме и расход мощности при этом невелик. Наряду с этим при допущении больших потерь при конструировании двигателей достигается выигрыш в массе. Удельная мощность составляет 50— 100 Вт/кг маломощных электродвигателей и 700—1500 Вт/кг более мощных электродвигателей.

Перегрузочная способность электродвигателей, характеризуемая отношением максимально допустимого момента к номинальному, составляет 3—8.

Устройство авиационных электродвигателей постоянного тока аналогично устройству электрических машин общего назначения. В электроприводах летательных аппаратов применяются все типы электродвигателей постоянного тока: последовательного возбужде­ния с одной обмоткой возбуждения (рис. 2.1а) или с двумя об­мотками возбуждения, создающими противоположные по направлению магнитные потоки, — реверсивные электродвигатели(рис. 2.1б) ; параллельного возбуждения (рис. 2.2а); независи­мого возбуждения (рис. 2.2,6); с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 2.2, в); смешанного возбуждения, последовательная и параллельная обмотки возбуждения которых включены согласно т. е. так, что магнитные потоки, создаваемые ими, имеют одинаковое направление, или встречно, т. е. когда .потоки направлены на встречу друг другу.

Одними из основных показателей, характеризующих пригод­ность электродвигателя к данному приводу, являются моменты, развиваемые им (пусковой и номинальный), и характер изменения частоты вращения при изменении нагрузочного момента на валу.

Рис. 2.1. Схема электродвигателя последовательного возбуждения

Момент, развиваемый электродвигателем постоянного тока, оп­ределяется выражением

М = К_мI_аФ, (2.1)

где К_м— постоянный коэффициент

I_а — ток в якоре;

Ф — результирующий магнитный поток электродвигателя

Из этого выражения следует, что ток якоря электродвигателя зависит от момента на его валу:

(2.2)

Из курса электрических машин известно, что при вращении якоря электродвигателя в его обмотке индуктируется противоэлектродвижущая сила

Е = К_епФ, (2.3)

где К_е — постоянный коэффициент, определяемый параметрами двигателя;

п — частота вращения якоря;

Ф — полезный магнитный поток двигателя.

При установившемся режиме работы напряжение U, приложенное к зажимам электродвигателя, уравновешивается противоэлектродвижущей силой якоря и падением напряжения в цепи якоря (I_аR_а)

U =Е + I_аR_а. (2.4)

Из формул (1.2), (1.3), (1.4) можно определить частоту вращения;

, (2.5)

Данное уравнение определяет механическую характеристику электродвигателя, т. е. зависимость частоты вращения якоря элек­тродвигателя от момента, и справедливо для электродвигателей постоянного тока любого возбуждения.

2.1.2 Электродвигатели параллельного и независимого возбуждения

Электродвигатели параллельного и независимого возбуждения имеют жесткую механическую характеристику. В рабочем диапазоне наблюдается небольшое уменьше­ние частоты вращения при увеличении момента. Если последова­тельно с якорем двигателя включить добавочный резистор, то частота вращения двигателя с увеличением момента будет уменьшаться более интенсивно. Получим так называемую искусственную характеристику, проходящую ниже основной (рис. 2.4).

Рис. 2.2. Схема электродвигателей с параллельным и независимым возбуждением

Отличительной особенностью электродвигателей последователь­ного возбуждения является то, что у них ток возбуждения всегда равен току якоря.

На участке кривой намагничивания электродвигателя до насы­щения можно считать, что магнитный поток Ф прямо пропорцио­нален току нагрузки Iа:

Ф = тI_а. (2.6)

Тогда электромагнитный момент согласно формулам (2.1) и (2.6)

М_дв = mK_мI_a² (2.7)

т. е. пропорционален квадрату тока

На рис. 1.5 приведены механические характеристики электро­двигателей последовательного возбуждения для различных зна­чений сопротивлений в цепи якоря.

Рис. 2.3 Механические характеристики электро­двигателя последовательного возбуждения

Рис.2.4. Механические характеристики электродвигателей параллельного и независимого возбуждения

Электродвигатели последовательного воз­буждения имеют мягкую механическую характеристику. С уве­личением нагрузки частота вращения уменьшается. На холостом ходу и при очень малых нагрузках частота вращения резко возрастает и может достигать значений, опасных для механической проч­ности коллектора, подшипников и других элементов электродвига­теля. Резкое увеличение частоты вращения при малых нагрузках объясняется тем, что магнитный поток становится незначительным и двигатель должен развивать большую частоту вращения, чтобы обеспечить необходимую величину противоэлектродвижущей силы для уравновешивания приложенного к зажимам двигателя напря­жения.

Электродвигатели последовательного возбуждения развивают большой момент при пуске, так как магнитный поток при пуске максимальный. Пусковой момент таких двигателей больше, чем электродвигателей параллельного и независимого возбуж­дения.