Занятие № 2 "Управление процессом запуска ад"

Содержание:

1. Методы управления электрическими стартерами при запуске

2. Системы управления процессом запуска

3. Общие сведения об электрических системах зажигания

4. Авиационные свечи

1. Методы управления электрическими стартерами

Для получения оптимальных динамических и энергетических характеристик систем запуска, максимального быстродействия и ограничения пусковых токов в процессе запуска авиационного двигателя необходимо управлять режимом работы стартера. Наибольшее распространение получили следующие методы управления:

• прямой пуск (безрезисторное управление);

• реостатный пуск;

• двухступенчатое увеличение э.д.с. источника энергии;

• двухступенчатое увеличение магнитного потока стартера;

• плавное изменение напряжения питания;

• плавное изменение магнитного потока.

В системах запуска ГТД обладающих небольшим моментом инерции вращающ­ихся частей, используется какой-либо один из методов управления. На ГТД с боль­шими моментами запуск осуществляется несколькими методами, комбинация которых позволяет получить оптимальные характеристики системы.

Метод прямого пуска заключается в том, что электростартер подключается непосредственно к источнику питания без каких-либо ограничителей пускового тока. Метод имеет ряд преимуществ. При достаточно мощном источнике питания обеспечивается максимальное быстродействие запуска. Простота схемы повышает ее надежность.

Недостатком метода является его низкий КПД (меньше 0,5), поэтому метод прямого пуска целесообразно использовать только в системах маломощных (до 2- 4 кВт).

Методы ступенчатого управления частотой вращения стартера реализуется с помощью схемы (рис___). На рис___ показан характер происходящих при этом изменений тока якоря I и частоты вращения n электростартера в зависимости от времени.

Метод реостатного тока. При помощи авиационных электростартеров более 2-4 кВт пусковые токи при прямом пуске составляют 700-1000 А и более. Это, с одной стороны, приводит к большим перегрузкам бортовых аккумуляторов, а с другой - к созданию в кинематической цепи пусковых моментов, превышающих номинальный в 5-7 раз, а при наличии люфтов в кинематической цепи привода - в 9-12 раз. Для ограничения пускового момента на первом этапе пуска и во избежание поломки редуктора при выборе люфтов в механической передаче применяют метод реостатного тока в соответствии с рис. ___. В начале процесса пуска замыкаются контакты К1, электростартер подключается к шине пуска через резистор Rд. Благодаря этому напряжение на электростартере и ток якоря значительно уменьшаются и развивается небольшой пусковой момент. Этим обеспечивается плавное сцепление с валом ГТД.

К моменту замыкания контактов К2 электростартер приобретает малую частоту вращения. Процесс разгона начинается с момента замыкания контактов К2, которые шунтируют резистор Rд. Электростартер подключается непосредственно к шине пуска. Ток якоря резко возрастает (момент t₁ в соответствии с рис. ___), частота вращения начинает быстро увеличиваться. В дальнейшем по мере увеличения частоты вращения ток якоря уменьшается.

Метод двухступенчатого увеличения э.д.с. источника энергии. Этот метод управления частотой вращения используется в системах средней (5-15 кВт) и большой (15-45 кВт) мощности. Практически метод заключается в переключении аэродромных источников энергии или аккумуляторных батарей с параллельного соединения на последовательное контактором (рис. ___). При этом напряжение, приложенное к зажимам авиадвигателя, увеличивается почти вдвое. В результате ток якоря возрастает (момент t₂ в соответствии с рис. ___) и происходит дальнейшее увеличение частоты вращения.

Метод двухступенчатого управления магнитным потоком стартера. Повышение КПД процесса запуска и равномерности потребления тока может быть достигнуто методом ступенчатого уменьшения магнитного потока в соответствии с рис. ___. Метод осущест­вляется либо включением дополнительного резистора Rш в цепь параллельной обмотки возбуждения (при размыкании контактов К5), либо отключением параллельной обмотки возбуждения (при размыкании контактов К4) от источника питания. При размыкании контакта К4 или К5 происходит резкое увеличение тока якоря (момент t₃ в соответствии с рис. ___). В дальнейшем по мере увеличения частоты вращения ток якоря снижается.

Методы плавного управления частотой вращения стартера. При плавном изменении напряжения питания и магнитного потока КПД процесса запуска значительно выше, чем при их ступенчатом изменении. Поэтому плавное изменение этих параметров применяется, как правило, при запуске мощных двигателей.

Из выражения для потребляемого тока (2.9)

видно, что если поддерживать при постоянном напряжении источника питания U, то ток также сохранит постоянное значение. Для этого необходимо по мере нарастания частоты n уменьшать магнитный поток F. Если ток постоянен, то постоянна и мощность потребляемая стартером. Поэтому регулятор тока называют также регулятором мощности.

Для осуществления автоматического плавного изменения потока применяется угольный регулятор тока типа РУГ (рис. ___). В отличии от регулятора напряжения в регуляторе тока угольный столб сжимается электромагнитом, а не пружиной. Как видно из схемы, регулирующий элемент - угольный столб включается последовательно с обмоткой возбуждения (ОВ) стартер-генератора.

На сердечнике электромагнита расположены три обмотки: рабочая _p, по которой протекает ток якоря стартера, управляющая _о, которая включена согласно с рабочей, и стабилизирующая _ст, которая включена встречно.

Суммарная намагничивающая сила регулятора определяется выражением

F = F_p+F_у-F_ст (2.10)

На якорь электромагнита, в соответствии с рис.___, действуют три силы: сила пружины F_п, сила упругой деформации угольного столба F_ст и сила электромагнита F_э. Условие равновесия системы определяется уравнением

F_э=F_п+F_ст =F_м (2.11)

При постоянстве напряжения на зажимах СТГ (F_у = const) изменение электромагнитного усилия будет происходить за счет изменения тока рабочей обмотки, т.е. тока потребляемого электродвигателем.

При разгоне стартера вследствие падения тока якоря уменьшается намагничивающая сила обмотки _р, что приводит к перемещению якоря электромагнита в сторону увеличения зазора между якорем и сердечником, возрастанию сопротивления цепи возбуждения, уменьшению противоэлектродвижущей силы и, следовательно, к увеличению тока якоря. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока не наступит новое равновесие сил.

При астатической настройке равновесие системы установиться при прежнем (номинальном) токе, потребляемом СТГ.

Наличие управляющей обмотки, включенной через регулируемый резистор на зажимы СТГ, позволяет поддерживать постоянной потребляемую электродвигателем мощность при колебаниях питающего напряжения. Так, если напряжение питания снизится, то вследствие уменьшения намагничивающей силы управляющей обмотки _у сила тяги электромагнита уменьшиться, что приведет к повышению потребляемого тока. Следовательно при пониженном напряжении питания регулятор будет поддерживать ток выше заданного (номинального). Если напряжение питания выше номинального, то ток, потребляемый стартер-генератором, будет поддерживаться ниже заданного.

Стабилизирующая обмотка _ст подключается на зажимы обмотки возбуждения. Она создает дополнительную отрицательную обратную связь для повышения степени устойчивости в системе стабилизации тока стартера. При перемещении якоря регулятора сопротивление угольного столба изменяется. Напряжение на обмотке возбуждения, а следовательно, и на стабилизирующей обмотке, также изменяется. Создаваемая в этом случае дополнительная намагничивающая сила направленна противоположно усилию перемещения якоря электромагнита. В результате этого уменьшается перерегулирование и повышается устойчивость работы системы.

Установка заданного тока якоря осуществляется с помощью резистора R_р. Увеличение сопротивления резистора R_р приводит к уменьшению намагничивающей силы управляющей обмотки, а следовательно, и к возрастанию тока якоря стартер-генератора, и наоборот. В пусковых системах в начальный период запуска угольный столб регулятора РУД обычно шунтируется и автоматически включается последовательно с обмоткой возбуждения СТГ через 10-20 сек. Поэтому СТГ в начале запуска работает при полном постоянном потоке возбуждения, что позволяет развивать ему достаточно большой вращающий момент, необходимый на первом этапе запуска ГТД.

Метод управления стартер-генератором с плавным изменением магнитного потока сложнее других методов, так как требует наличия регулятора тока, но дает самый высокий КПД запуска и равномерное потребление тока.

Основными показателями систем запуска являются КПД процесса запуска, длительность запуска, и равномерность потребления тока.

Под КПД процесса запуска понимают отношение полезной энергии, равной запасенной кинетической энергии, к энергии, потребляемой стартер-генератором в процессе запуска от источника питания:

(2.12)

Равномерность потребления тока необходима для рационального расходования энергии аккумуляторных батарей, ёмкость которых сильно уменьшается при увеличении разрядного тока.