50. Назначение, классификация и основные электрические характеристики авиационных генераторов.

Генераторы получают вращение от двигателей преобразуя механическую энергию в электрическую которая предназначена для питания бортовых сетей постоянным током (генераторный режим). Также генераторы используются и для обратного действия, то есть преобразования электрической энергий в механическую для запуска двигателей (стартерный режим).

Авиационные генераторы делятся на:

1) ген. постоянного тока (На самолёте Ан – 26 установлены СТГ – 18ТМ а на вертолёте Ми – 8 генераторы ГС – 18ТО, питают бортсеть напряжением 28,5В)

2) ген. переменного тока (Ан – 26 установлен генератор переменного тока ГО – 16ПЧ8, а на вертолёте Ми – 8 генератор переменного тока СГО – 30У. Конструктивно они аналогичны, используются для питания потребителей однофазным переменным током. Генераторы являются трёхфазными машинами однако подключение осуществляется по - фазно. На последних сериях Ан – 26 генератор подключается трёхфазно и используется трёхфазное напряжение. Генераторы питают бортсеть однофазным током напряжением 115 В, частотой 400 Гц.)

Основные электрические характеристики генераторов:

При генераторный режиме:

- Напряжение, В

- Мощность, кВт

- Ток нагрузки, А

- Частота вращения якоря, об/мин

При стартерный режиме:

- Напряжение, В

- Потребляемый ток, А

- Частота вращения выходного вала, об/мин

- Нагрузочный момент, Нсм

У генераторов переменного тока помимо этого: частота тока

51. Принцип действия и конструктивные особенности авиационных генераторов.

По принципу действия авиационные генераторы одинаковы с наземными генераторами промышленного типа, но они существенно отличаются от последних конструктивным выполнением, а также механическими, электрическими, магнитными и тепловыми характеристиками.

К авиационным генераторам предъявляются более жесткие требования, в части надежности и безотказности в работе, габаритов и массы, прочности механической, электрической и химической стойкости, удобству и безопасности в обслуживании, взрыво- и пожаробезопасности, стабильности работы при изменении параметров окружающей среды (давления, температуры, влажности), независимости работы от положения в пространстве, отсутствия влияния на работу радиооборудования.

Для уменьшения веса самолетные генераторы выполняют с большей степенью использования конструктивных материалов и допускают, по сравнению с наземными генераторами, повышенные скорости вращения, значительно большие плотности токов в обмотках и под щетками, более высокую рабочую температуру.

Так допускаются превышения температуры для коллектора +125, а для обмотки якоря +115 градусов Цельсия. При температуре окружающей среды +50 градусов Цельсия максимально возможные температуры составляют для коллектора +175 и для обмотки якоря +165 градусов Цельсия.

Стремление к уменьшению размеров генераторов заставляет допускать сравнительно большие линейные нагрузки AS, равные 200-400 A/см, что примерно вдвое больше, чем у промышленных электрических машин.

При таких нагрузках и плотностях тока, доходящих до 20-25 A/мм2, тепловые потери в цепи якоря получаются большими.

Кроме того, при большом значении AS реактивное напряжение велико, что ухудшает коммутацию.

Коммутация тока - совокупность явлений связанных с изменением токов короткозамкнутой секции.

Для улучшения коммутации в генераторах применяются:

а) дополнительные полюса;

б) уравнительные соединения (при петлевой обмотке);

в) компенсационные обмотки;

г) повышенные требования к щеточно-коллекторному узлу.

Специфические условия, в которых приходится работать самолетным генераторам(вибрация, изменения температуры, давления и влажности атмосферы в широком диапазоне),заставляет обращать особое внимание на устройство щеткодержателей, подбор материала для щеток, с тем чтобы обеспечить совершенную коммутацию и небольшой износ самих щеток и коллектора.

К щеточному контакту самолетных генераторов предъявляются следующие основные требования:

1. коммутация должна быть совершенной;

2. щеткодержатели должны быть сконструированы так, чтобы щетки не отскакивали от коллектора под действием вибраций, сотрясений, вследствие неровностей и эксцентриситета коллектора;

3. во избежание разрядов на поверхности коллектора расстояния между точками, имеющими наибольшую разность потенциалов, должны быть по возможности большими(не менее 5 мм для коллекторов генератора постоянного тока напряжением 30 В).

Для облегчения условий коммутации щетки должны обладать относительно большим переходным сопротивлением, вследствие этого падение напряжения на паре щеток положительной и отрицательной в самолетных генераторах напряжения 28-30 В составляют примерно 5-8% номинального напряжения, что приводит к увеличению электрических потерь на коллекторе.

В генераторах, предназначенных для установки на различные направления вращения, применяют радиальные щеткодержатели со щетками, расположенными перпендикулярно к поверхности коллектора.

При одностороннем вращении якоря обычно применяют щеткодержатели, в которых ось щетки повернута в сторону направления вращения коллектора(реактивные щеткодержатели).

Для того чтобы обеспечить надежный контакт при вибрациях щетки, приходится применять большие удельные усилия на щетки, доходящие до 500-600 г/см2, а для быстроходных генераторов(n > 9000 об./мин.) сила прижатия щетки может составлять 750-900 г/см2. Как известно для наземных генераторов эта сила не превышает 200-400 г/см2.

В то же время износ щеток, несмотря на значительное удельное нажатие, должен быть достаточно мал, независимо от условий работы генератора.

Для надежного контакта необходимо предотвратить поперечное перемещение щетки в щеткодержателе и добиться того, чтобы прижимной механизм не создавал боковых усилий. Кроме того щеткодержатель должен обеспечивать беспрепятственное перемещение щетки по высоте, с тем чтобы щетка могла легко следовать за неровностями коллектора.

Токосъем сильно зависит от материала коллектора и щеток.

В промышленных генераторах коллектор выполняют из красной меди, в самолетных генераторах - из медно-кадмиевых сплавов. Для генераторов типа ГСР применяются специальные высотные щетки марки МГС, ВТ.

Специфические условия эксплуатации самолетных генераторов предъявляют особые требования к системам их охлаждения.

Снижение температуры воздуха с высотой благоприятно для самолетных генераторов, так как при неизменной максимально допустимой температуре машины, это приводит к возможности увеличения допустимого нагрева. Однако, начиная с высоты 11000 м температура воздуха остается неизменной и равной примерно -40 градусам Цельсия, и следовательно, величина допустимого нагрева, при дальнейшем увеличении высоты, остается постоянной.

Уменьшение плотности воздуха с ростом высоты ухудшает охлаждение машины вследствие уменьшения коэффициента конвекционной теплоотдачи и весового количества охлаждающего воздуха, проходящего через машину в случае принудительной вентиляции. Таким образом снижение температуры и уменьшение плотности воздуха с высотой действует в противоположных направлениях, и в конечном счете, влияние высоты на условия охлаждения электрической машины зависит от того, какой из этих факторов преобладает.

Путем улучшения охлаждения можно, при сохранении заданного габарита и веса, значительно повысить номинальную мощность генератора. Однако, решение этой задачи встречает ряд затруднений, связанных с необходимостью дополнительной затраты энергии на вентиляцию и соблюдения некоторых других условий, например, простоты конструкции, закрытого исполнения генератора.

Следует отметить, что дальнейшее уменьшения веса на единицу мощности в некоторых генераторах за счет улучшения их охлаждения практически ограничено величиной КПД и малой перегрузочной способностью. Все существующие искусственные способы вентиляции самолетных генераторов можно разделить на две основные группы:

с самовентиляцией, осуществляемой специальным вентилятором, насаженным на вал генератора;

с принудительной вентиляцией, осуществляемой за счет встречного потока воздуха при полете.

При больших скоростях полета температура воздуха, поступающего для охлаждения генератора, сильно возрастает по сравнению с температурой атмосферного воздуха и может достигнуть 120-150 градусов Цельсия. При этих условиях исключается возможность охлаждения продувом.

Охлаждение в этих случаях можно осуществлять посредством охлаждающего действия испаряющейся жидкости, например, воды или применением турбохолодильных установок, основанных на охлаждении воздуха в результате адиабатического расширения.

Самолетные генераторы переменного тока с частотой тока 400 Гц являются сравнительно быстроходными машинами: при 8-ми полюсной конструкции скорость вращения составляет 6000 об./мин, при 6-ти полюсной - 8000 об./мин, при 4-ех полюсной - 12000 об./мин, при 2-ух полюсной - 24000 об./мин (n = 60 * f / P об./мин).

Скорость вращения самолетных синхронных машин ограничивается сроком службы шарикоподшипников и допустимыми механическими напряжениями от центробежных сил, возникающих при вращении ротора. По этим причинам скорость вращения у большинства генераторов переменного тока не превосходит 8000-12000 об./мин.

Благодаря быстроходности, интенсивному охлаждению и применению высококачественных и теплостойких материалов, вес на единицу мощности и размеры самолетного генератора переменного тока значительно меньше, нежели у генератора той же мощности промышленного типа.

Генераторы должны нормально работать на высотах до 20000 м в диапазоне температур от -60 до +50 градусов Цельсия при относительной влажности до 98% .

В соответствии с потребностью в электроэнергии на средних и больших самолетах применяются трехфазные генераторы переменного тока мощностью от 7,5 до 60 и даже до 200 кВ*А при напряжении 208/120 В, частоте 400 Гц и cos(fi) = 0,8 .

Применение высокоскоростного генератора позволяет устранить редуктор и тем самым уменьшить общий вес генераторной установки.