- •Л.А.Файбышенко Электрооборудование воздушных судов гражданской авиации Санкт-Петербург
- •Содержание
- •10.5. Система управления предкрылками 153
- •10.6. Система управления стабилизатором 162
- •10.7. Система управления интерцепторами 168
- •11.5.2. Сигнализаторы обледенения со-121вм 198
- •1. Общая характеристика электрооборудования самолетов и вертолетов
- •1.1. Классификация электрооборудования
- •1.2. Технико-экономические требования, предъявляемые к электрооборудованию самолётов и вертолётов гражданской авиации
- •1.3. Общие сведения о системах электроснабжения и их основных параметрах
- •2. Энергоснабжение самолётов с основной системой электроснабжения постоянного тока
- •2.1. Авиационные аккумуляторные батареи
- •2.1.1. Конструкция, принцип действия кислотного аккумулятора.
- •2.1.2. Конструкция, принцип действия щелочных аккумуляторов
- •2.1.3. Выбор типа и количества аккумуляторных батарей. Установка аккумуляторов на самолётах.
- •2.1.4. Совершенствование эксплуатации аккумуляторных батарей на борту самолётов и вертолётов гражданской авиации
- •2. Заряд от отдельного источника стабилизированного напряжения
- •2.1.5. Обогрев аккумуляторных батарей.
- •3. Генераторы постоянного тока
- •3.1. Принцип действия генератора
- •3.2.Возбуждение генератора
- •2. Генераторы со смешанным (компаундным) возбуждением.
- •4. Аппаратура регулирования, управления и защиты генераторов постоянного тока
- •4.1. Регуляторы напряжения
- •4.2. Параллельная работа генераторов постоянного тока
- •4.3. Дифференциальные минимальные реле (дмр)
- •4.4. Автомат защиты от перенапряжения (азп)
- •5. Аэродромное питание постоянным током
- •6. Системы распределения электроэнергии постоянного тока
- •6. 1. Радиальные (разомкнутые) системы распределения электроэнергии постоянного тока
- •6. 2. Замкнутые (кольцевые) системы распределения
- •6.3. Монтажные и защитные устройства систем распределения электроэнергии
- •6.4. Требования к аппаратам защиты
- •6.5. Аппараты защиты, используемые на воздушных судах
- •6.6. Коммутационная аппаратура
- •6.6.1. Коммутационная аппаратура для ручного управления электрическими цепями
- •6.6.2. Электромагнитные реле и контакторы
- •6.7. Сигнальная и контрольно-измерительная аппаратура
- •В системе постоянного тока:
- •2. В системе однофазного переменного тока напряжением 115 в частотой 400 Гц:
- •3. В системе 3х фазного переменного тока напряжением 36 в частотой 400 Гц:
- •7. Преобразователи постоянного тока в переменный ток
- •7.1. Электромашинные преобразователи
- •7.2. Статические преобразователи
- •8. Энергоснабжение самолётов и вертолётов со смешанной системой электроснабжения
- •9. Энергоснабжение самолётов и вертолётов с системой электроснабжения трёхфазного пекременного тока
- •9.1. Бесщёточные генераторы трёхфазного переменного тока
- •9.2. Пускорегулирующая и защитная аппаратура 3х фазных генераторов переменного тока
- •9.2.1. Ппо (привод постоянных оборотов)
- •9.2.2. Устройства предотвращения включения генератора до выхода запускаемого двигателя на режим малого газа.
- •9.2.3. Блок регулирования напряжения
- •9.2.4. Блоки защиты и управления (бзу)
- •9.2.5. Блоки регулирования частоты (брч)
- •9.2.6. Дифференциальная токовая защита от коротких замыканий
- •9.3. Распределение электроэнергии трёхфазного переменного тока 200/115 в частотой 400 Гц.
- •9.4. Вторичные системы электроснабжения самолётов и вертолётов с энергетикой переменного тока 200/115 в частотой 400 Гц.
- •9.4.1. Вторичные системы переменного тока 36 в
- •9.4.2. Вторичные системы постоянного тока
- •9.4.3. Трансформаторы и трансформаторно-выпрямительные блоки
- •9.5. Контрольно-измерительные и сигнальные устройства
- •10. Электрифицированные системы управления самолётом
- •10.1. Электромеханизмы дистанционного управления
- •10.2. Электромеханизмы управления триммерами (на
- •10.3. Электромеханизмы управления загружателями и триммерным эффектом
- •10.4. Системы управления закрылками
- •10.4.1. Система управления закрылками самолёта Ан-2
- •10.4.2. Система управления закрылками самолёта Ан-24 (Ан-26)
- •10.4.3. Электрогидравлическая система управления закрылками тяжёлых магистральных самолётов га
- •5. Блок 6ц.254-4 - блок усиления и коммутации
- •10.5. Система управления предкрылками
- •10.6. Система управления стабилизатором
- •10.7. Система управления интерцепторами
- •10.8. Система управления уборкой и выпуском шасси
- •10.9. Сигнализация шасси
- •1. Работа сигнализации при уборке шасси.
- •2. Работа сигнализации при выпуске шасси.
- •10.10. Система управления поворотом колёс (колеса) передней стойки шасси
- •10.11. Система управления поворотом колёс передней стойки шасси самолётов Ту-204 (214) с использованием вращающихся трансформаторов
- •10.12. Система торможения колёс основных стоек шасси
- •10.13. Система торможения колёс современных магистральных самолётов 1 класса
- •11. Противообледенительные системы
- •11.1. Воздушно-тепловая пос самолётов Ту-154б:
- •11.2. Электротепловые противообледенительные системы
- •11.3. Обогрев стёкол кабины экипажа
- •11.4. Электроимпульсная противообледенительная система (эипос)
- •11.5. Сигнализаторы обледенения
- •11.5.1.Радиоизотопный сигнализатор обледенения рио-3
- •11.5.2. Сигнализаторы обледенения со-121вм
- •12. Системы запуска двигателей
- •12.1. Системы запуска поршневых двигателей
- •12.2. Системы электрического запуска поршневых двигателей
- •12.3. Системы запуска газотурбинных двигателей
- •12.4.Особенности электрического запуска гтд
- •12.5. Основные этапы запуска газотурбинных двигателей
- •13. Светотехническое оборудование воздушных судов
- •13.1. Внешнее светотехническое оборудование
- •13.2. Внутреннее светотехническое оборудование
2. Энергоснабжение самолётов с основной системой электроснабжения постоянного тока
На самолётах с основной системой электросн6абхения постоянного тока как правило дополнительно предусмотрены две вторичных системы электроснабжения переменного тока, соответственно однофазного переменного тока 115 В частотой 400 Гц и трёхфазного переменного тока 36 В частотой 400 Гц .
В системе постоянного тока основными источниками электроэнергии являются генераторы постоянного тока, установленные на маршевых двигателях, резервным источником является генератор ВСУ, аварийными источниками – аккумуляторные батареи. Предусмотрено подключение аэродромного источника постоянного тока.
Во вторичной системе электроснабжения однофазного переменного тока 115 В частотой 400 Гц в качестве источников электроснабжения используются три электромашинных преобразователя постоянного тока в однофазный переменный ток напряжением 115 В частотой 400 Гц – один рабочий (основной), второй – резервный, третий – аварийный. На некоторых самолётах предусмотрено подключение аэродромного источника однофазного переменного тока напряжением 115 В частотой 400 Гц.
Во вторичной системе электроснабжения трёхфазного переменного тока 36 В частотой 400 Гц в качестве источников электроснабжения используются четыре электромашинных преобразователя постоянного тока в трёхфазный переменный ток напряжением 36 В частотой 400 Гц. Два из них, мощностью от 500 ВА до 1500 ВА, соответственно рабочий и резервный, обеспечивают электропитание сети 36 В. Два других, чаще всего ПТ-200, обеспечивают резервное питание авиагоризонтов.
2.1. Авиационные аккумуляторные батареи
Аккумуляторы являются химическими источниками электроэнергии, работающими циклично, в режиме заряд – разряд, в которых химическая энергия (энергия окислительного и восстановительного процессов) превращается непосредственно в электрическую без промежуточной трансформации в другой вид.
Действие аккумуляторов основано на обратимых электрохимических реакциях. Это значит, что если после разряда аккумулятора к нему подвести энергию от постороннего источника постоянного тока, то из продуктов реакции разряда получаются первоначальные активные вещества. Таким образом, аккумуляторы являются химическими источниками электроэнергии многократного действия.
В настоящее время на самолётах и вертолётах гражданско й авиации применяют- ся кислотные (свинцовые) и щелочные (никель-кадмиевые)аккумуляторы.
2.1.1. Конструкция, принцип действия кислотного аккумулятора.
В кислотном аккумуляторе активным веществом положительных электродов является двуокись свинца РЬО2, отрицательных электродов — губчатый свинец РЬ. Электролитом служит водный раствор серной кислоты H2SO4. Проходящие в аккумуляторе электрохимические процессы выражаются уравнением:
разряд
P bO2 + 2 H2 S04 + Pb PbS04 + 2 H20 + PbSO4
заряд
Из формулы видно, что активные вещества положительных и отрицательных электродов при разряде переходят в сульфат свинца. Одновременно выделяется вода, которая разбавляет кислоту, уменьшая концентрацию электролита.
При заряде аккумулятора, под действием электрической энергии, на электродах аккумулятора восстанавливаются исходные вещества. Одновременно возрастает концентрация электролита.
Кислотный аккумулятор имеет корпус в виде моноблока из прессованного эбонита (рис.2.1), который образует двенадцать изолированных друг от друга ячеек, каждая из которых является корпусом для отдельного аккумулятора батареи. В каждой ячейке расположены положительные и отрицательные электроды в виде наборов положительных (рис.2.1) 6 и отрицательных 3 пластин. Как положительные, так и отрицательные пластины представляют собой тонкие решетки, отлитые из сплава свинца с сурьмой, в ячейки которых вмазывается активная масса в виде пасты. Таким образом, решетка служит основой, на которой закрепляется активное вещество, и одновременно проводником тока.
Пластины одной полярности спаяны между собой параллельно за специальные приливы-ушки свинцовым мостиком (бареткой) 7 с выводным штырем и образуют полублок. Два полублока из пластин разной полярности, вставленных один в другой так, чтобы полярность пластин чередовалась, образуют блок пластин 2.
Пластины разной полярности в блоке изолируются друг от друга с помощью сепараторов 5 — тонких пластин из микропористого эбонита. С одной стороны поверхность сепаратора делается гладкой, а с другой (обращенной к положительной пластине) — ребристой. Это делается с целью увеличения пространства для кислоты у положительных пластин, где её расходуется больше. В зависимости от ёмкости аккумуляторной батареи и её назначения блоки
Рис. 2.1. Конструкция кислотной аккумуляторной батареи:
1 —корпус; 2 — блок пластин; 3— отрицательные пластины; 4 – опорные башмачки; 5 – сепараторы; 6 — положительные пластины; 7—баретка; 8 — предохранительный щиток; 9 – отражательный щиток; 10 — пробка;11—крышка;
12 — межэлементное соединение; 13 – выходной зажим.
пластин имеют разное количество пластин, которые имеют разные размеры и толщину.
Блоки пластин помещаются в ячейки моноблока. Сверху блока с целью защиты верхних кромок сепараторов от поломки при замере уровня и плотности электролита прокладывается винипластовый предохранительный щиток 8. Выше предохранительного щитка с опорой на баретки располагается эбонитовый отражательный щиток 9, который предохраняет электролит от выплескивания при работе в условиях вибрации.
Каждая ячейка моноблока закрывается эбонитовой крышкой 11 с тремя отверстиями. Крайние отверстия служат для выводов штырей бареток, а среднее — для заливки электролита и для выхода газов, образующихся при работе. В отверстия для штырей впрессованы свинцовые втулки, выступающие над верхней плоскостью крышки на 4÷5 мм. При сборке аккумулятора выводные штыри спаиваются с выступающими бортиками втулок.
Все элементы последовательно соединяются между собой в батарею свинцовыми перемычками 12. От крайних элементов на торцевую стенку моноблока выведены зажимы 13 для присоединения батареи к внешней цепи.
Отверстие для заливки электролита закрывается пробкой 10. При хранении аккумуляторных батарей до их ввода в эксплуатацию или при длительной их консервации применяются глухие пробки из черного эбонита, которые для отличия от рабочих пробок закрашиваются сверху красной краской. Во время эксплуатации аккумуляторных батарей применяются рабочие пробки, которые имеют в своей конструкции предохранительный клапан, обеспечивающий свободный выход газов при нормальном положении и невыливание электролита при наклонах и опрокидывании батареи при эволюциях самолёта.
На самолётах и вертолётах гражданской авиации в настоящее время используются кислотные аккумуляторные батареи следующих типов:
12-А-30 – авиационный аккумулятор нестартерного типа ёмкостью 30 Ачас –– используется, в основном, на самолётах Ан-2 .
12САМ-28 – стартёрный авиационный аккумулятор ёмкостью 28 Ачас – используется на самолётах Ан-24, Ан-26, Ан-30, некоторых сериях Як-18Т, на вертолётах Ми-2, Ми-8Т и Ми-8П.
12САМ-55 – стартёрный авиационный аккумулятор ёмкостью 55 Ачас, в отличие от других состоит из двух полубатарей на напряжение 12 В, соединённых на само-лёте последовательно. До недавнего времени использовался на самолётах Ту-134.
12АСАМ-23 – стартёрный авиационный аккумулятор с абсорбированным электролитом. После заряда батареи из неё выливают свободный электролит, оставляя только электролит, абсорбированный в порах пластин и сепараторов. Благодаря этому исключается возможность пролива электролита при любых манёврах самолёта и возрастает высотность батареи. Используется на легкомоторных самолётах и на Ан-2.
Электрические характеристики кислотных аккумуляторов
Основными электрическими характеристиками аккумуляторов являются:
- электродвижущая сила;
- внутреннее сопротивление;
- напряжение;
- емкость;
- отдача.
Электродвижущая сила (ЭДС). Величина электродвижущей силы Е любого химического источника зависит от материала активных веществ электродов и электролита, а также от плотности и температуры электролита. Зависимость ЭДС кислотного аккумулятора от плотности электролита достаточно точно выражается эмпирической формулой:
Е= 0,84 + d
Где d — плотность электролита при 15° С, которая в зависимости от степени разряженности аккумулятора и условий его эксплуатации может изменяться от 1,05 до 1,32 г/куб.см.
При изменении плотности электролита в этих пределах ЭДС одного элемента аккумуляторной батареи изменяется от 1,89 до 2,16 В.
Влияние температуры на ЭДС кислотного аккумулятора незначительно. С изменением температуры на 1° ЭДС изменяется на 0,4 мВ, т.е. ЭДС практически не зависит от температуры. .
Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление аккумулятора rвн. складывается из сопротивления электродов (пластин) и сопротивления электролита. Так как сопротивление пластин очень мало, то основная доля внутреннего сопротивления приходится на сопротивление электролита. Внутреннее сопротивление электролита и его плотность сильно зависят от температуры электролита. С понижением температуры вследствие увеличения вязкости электролита и уменьшения подвижности ионов внутреннее сопротивление увеличивается.
При разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается, а вследствие уменьшения концентрации ионов внутреннее сопротивление увеличивается. При заряде аккумулятора внутреннее сопротивление – уменьшается.
Внутреннее сопротивление резко увеличивается при разряде большими токами вследствие резкого уменьшения плотности электролита около электродов и в порах активной массы.
Внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит также от его конструкции. Чем больше площадь поверхности пластин, чем больше число параллельно включенных пластин в одном элементе и чем меньше расстояние между пластинами, тем меньше при прочих равных условиях внутреннее сопротивление аккумулятора. Малое внутреннее сопротивление стартёрных аккумуляторных батарей серии САМ порядка 0,02 Ом позволяет получить от них большие токи (порядка 750 А) при малых внутренних потерях.
Напряжение. Напряжение U на зажимах аккумулятора отличается от ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора:
U = E – I rвн.
где U — напряжение на клеммах аккумулятора;
Е — ЭДС аккумулятора;
I — ток разряда;
rвн. — внутреннее сопротивление аккумулятора.
Из формулы видно, что напряжение при разряде в сильной степени зависит от величины разрядного тока и от внутреннего сопротивления аккумулятора, которое, в свою очередь, зависит от плотности и температуры электролита.
Отсюда следует, что снижение температуры электролита не только увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора, но и уменьшает его напряжение. Вследствие увеличения вязкости электролита уменьшается скорость диффузии активных веществ и образующаяся, в результате реакции, возле пластин вода не успевает заменяться свежим электролитом. Это приводит к дополнительному уменьшению ЭДС и увеличению внутреннего сопротивления, особенно при разряде большими токами.
Во избежание преждевременного выхода аккумулятора из строя разряд можно производить только до минимально допустимого напряжения, зависящего от величины разрядного тока. Если разряд ведется номинальным током, то конечное допустимое напряжение разряда равно 1,7 В на элемент или 20,4 В на батарею из 12 элементов. Если разрядный ток больше номинального, то допускается меньшее конечное напряжение, так как в этом случае низкое напряжение обусловлено не израсходованием активных веществ, а большим падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора.
Ёмкость аккумулятора. Ёмкостью аккумулятора Q называется количество электричества, которое может отдать исправный полностью заряженный аккумулятор при разряде паспортным значением тока до минимально допустимого напряжения. Емкость выражается в амперчасах и может быть определена из выражения
Q = Iпасп. tразр.
где Iпасп. — паспортный ток разряда, определённый изготовителем, при котором допускается разряд аккумуляторной батареи до 20,4 В;
tразр. — время разряда.
Величина разрядного тока оказывают особенно сильное влияние на емкость аккумулятора. С увеличением разрядного тока электрохимические реакции в аккумуляторе протекают более интенсивно и выделяющаяся в порах активной массы вода не успевает замещаться свежим электролитом. В результате разряд идет в основном по поверхности пластин и образующийся сульфат свинца закрывает поры, выключая из работы внутренние слои активной массы.
К снижению ёмкости приводит и понижение температуры электролита: вследствие увеличения вязкости диффузия электролита в поры активной массы замедляется и внутренние слои оказываются выключенными из реакции разряда.
Так как в зависимости от условий и режима разряда ёмкость может меняться в широких пределах, то для сравнения величины ёмкости различных аккумуляторов введено понятие номинальной ёмкости — емкости, гарантируемой заводом изготовителем при определенном режиме разряда За номинальную принимают ёмкость, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде номинальным током до напряжения 1,7 В на элемент (20,4 В на батарею) при температуре электролита 25°С и давлении 760 мм рт.ст.
Отдача аккумулятора. Различают отдачу аккумулятора по емкости и по энергии.
Отдачей аккумулятора по ёмкости называется отношение разрядной емкости к зарядной:
ήQ =
то есть отношение количества электричества, снятого с аккумулятора при разряде к количеству электричества, подведённому к аккумулятору при его заряде.
Отдачей по энергии называется отношение энергии, полученной от аккумулятора при его разряде, к количеству энергии, затраченной при его заряде:
ήА = = . = ήQ
Ввиду того, что при заряде и разряде всегда присутствуют потери на нагрев, разложение воды и др., величины отдачи по ёмкости и энергии всегда меньше единицы. Таким образом отдача аккумулятора является аналогом КПД для других устройств.
Основные данные аккумуляторных батарей 12САМ-28:
ЭДС……………………………………25,5÷26 В
U не менее………………..…………...24 В
Q при токе 5,6 А .…………………….28 Ач
I разряда максимальный ……………750 А
Отдача по ёмкости…………………...85÷90 %
Отдача по энергии……………………65÷75%
Масса………………………………….28,5 кг
Основные недостатки кислотных аккумуляторов
1. Большая масса батареи ввиду использования свинца.
2. Боязнь ударов ввиду хрупкого эбонитового корпуса.
3. Боязнь вибрации ввиду возможного осыпания активной массы.
4. Боязнь коротких замыканий во внешней цепи ввиду малого внутреннего сопротивления. При этом Iкз ≥ 1200 А.
5. Невозможность хранения в разряженном или частично разряженном состоянии ввиду вредной сульфатации пластин.
Основные неисправности кислотных аккумуляторов
1.Вредная сульфатация пластин.
При разряде аккумулятора на пластинах образуется сульфат свинца, имеющий мелкокристаллическую структуру. При заряде аккумулятора сульфат свинца разлагается, переходя в исходное состояние. Это – нормальная сульфатация пластин.
Под вредной сульфатацией понимают образование относительно крупных кристаллов сульфата свинца в толще и на поверхности активной массы пластин, которые при заряде не переходят в первоначальное состояние.
Причинами вредной сульфатации являются:
- длительное хранение аккумуляторной батареи в разряженном или частично разряженном состоянии;
- повышенная плотность электролита;
- частые разряды ниже минимально допустимого напряжения;
- частые недозаряды;
- злоупотребление большими разрядными токами.
Признаки вредной сульфатации:
- быстрый заряд и разряд аккумулятора;
- отсутствие или медленный рост плотности электролита при заряде;
- быстрое «закипание» электролита при заряде;
- быстрое и резкое падение напряжения при разряде;
- малая ёмкость аккумулятора.
2.Внутреннее короткое замыкание.
Внутреннее короткое замыкание – это соединение положительных и отрицательных пластин внутри корпуса аккумулятора. Внутреннее КЗ может произойти вследствие повреждения сепаратора, накопления осыпавшейся активной массы на дне элемента, или вследствие попадания внутрь постороннего токопроводящего предмета (напр. куска провода).
Короткозамкнутый элемент можно определить по падению напряжения на нём, по пониженной плотности электролита, по отсутствию на нём газовыделения.
3. Ускоренный саморазряд.
Ускоренный саморазряд вызывается , как правило, протеканием электрического тока по наружной поверхности аккумуляторной батареи вследствие наличия на корпусе электролита, влаги и грязи.
Если при нормальном саморазряде за сутки аккумуляторная батарея теряет от 0,5 до1,0 % от своей ёмкости, то при ускоренном саморазряде батарея может полностью разрядиться за сутки.
В силу всех перечисленных недостатков кислотных аккумуляторов на самолётах гражданской авиации за последние 10 ÷20 лет произошёл постепенный переход на щелочные аккумуляторы.