Источники электрической энергии

Лекция №1

Системы оборудования

электрооборудование приборное радиооборудование кислородновысотное

оборудование оборудование

Основные тактико-технические требования,

предъявляемые к системам оборудования

1. Высокая надежность:

вероятность безотказной работы ;

интенсивность безотказной работы ;

время наработки до отказа .

от взлетной массы самолета.

2. Минимальная масса и габариты

3. Удобство и безопасность в эксплуатации.

4. Ремонтно-эксплуатационная технологичность.

5. Низкая стоимость.

Специальные требования к системам оборудования

1. Сохранение работоспособности при любом положении в пространстве.

2. Достаточная термическая стойкость и прочность

3. Достаточная механическая прочность и устойчивость.

4. Требования электромагнитной совместимости.

5. Достаточная радиационная стойкость.

Электрооборудование

источники системы передачи потребители

электрической и распределения электрической

энергии энергии

система электроснабжения ЛА

ПЭС – полностью электрический самолет.

ППЧВ – привод постоянной частоты вращения;

МГД – магнитогидродинамический генератор;

ФЭП – фотоэмиссионный преобразователь (солнечные батареи).

Система электроснабжения ЛА состоит:

1. система электроснабжения постоянного тока;

2. система электроснабжения переменного тока;

3. смешанная или комбинированная система электроснабжения.

27В

28, 5В

Ген

АД

200/115В 400ГЦ

208/120В 400ГЦ

По режиму работы электрооборудование бывает трёх типов:

1. длительного действия;

2. кратковременного действия;

3. повторнократковременного действия.

Лекция №2

Источники электрической энергии

I. В зависимости от первичных источников энергии:

ТЭГ – термоэмиссионный генератор

ТЭП – термоэмиссионный преобразователь

РИБ – радиоизотопные батареи

II. В зависимости от вида электрической энергии источники бывают:

§ постоянного тока;

§ переменного тока.

III. В зависимости от назначения:

§ основные;

§ резервные;

§ дублирующие;

§ аварийные;

§ вторичные.

IV. В зависимости от величины напряжения:

§ низкого (до 100В);

§ повышенного (100÷ 500В);

§ высокого (от 500В и выше).

Химические источники тока

ХИТ – устройства, непосредственно энергию химической реакции в электрическую без какой-либо промежуточной трансформации в другой вид энергии.

Различают 4 вида ХИТ;

1. Аккумуляторные батареи (заряд, разряд).

2. Гальванический элемент (окислительная реакция).

3. Ампульная батарея (для одноразовых ЛА - ракет).

4. Топливный элемент ( топливо от эл. эн. – газ, расплавы).

Электрохимическая система:

+ -

электролит

На самолетах в основном применяются аккумуляторные батареи (АБ).

АБ – ХИТ, основанный на обратимых экзотермических химических реакциях.

Классификация АБ: + электролит -

1. Свинцовые (12 элементов):

(ρ =1, 26÷ 1, 3 г/см³)

2. Серебряноцинковые (15 элементов):

(ρ =1, 4 г/см³)

R_вн=0 – хорошие стартерные свойства.

3. Никелькадмиевые ( 20 элементов):

(ρ =1, 43 г/см³)

Основные параметры авиационных АБ:

1. ЭДС и разрядное напряжение ( Е и ):

=E – I_pR_вн

Е=2, 15В – свинцовые АБ;

Е=1, 85В – серебряноцинковые АБ;

Е=1, 36В – никелькадмиевые АБ.

R_вн = R_{электролита} +R_{электродов} + R_{переходное}; R = f( t⁰, ρ ); R_вн≈ 0, 01 Ом.

2. Емкость ХИТ (Q) – количество электролита, которое способен отдать аккумулятор при разряде номинальным током до предельно допустимого напряжения.

если , то [ А∙ ч].

3. Срок службы – определяется числом зарядно-разрядных циклов.

4. Время саморазряда.

Обозначение АБ:

12 – САМ – 28, где 12-число элементов;

САМ-стартерный авиационный модернизированный;

28-номинальная емкость.

15 – СЦС- 45; 20 – НКБН – 20.

Правила установки АБ на борт ЛА:

1. на борт устанавливаются АБ, имеющие емкость не менее 75% от номинальной;

2. при установке нужно исключить возможность подсоединения с неправильной полярностью;

3. необходимо исключить возможность одновременной работы бортовой батареи и наземного источника.

ШРАП – штепсельный разъем аэродромного питания.

Лекция №3

Электромашинные генераторы

Принцип действия: основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому в обмотке с числом витков W, пронизываемой магнитным потоком Ф, изменяется со скоростью dФ/dt, наводится ЭДС e = - W∙ dФ/dt.

Для вращающегося генератора;

- для генератора переменного тока,

где - электромашинная const

- частота вращения;

- для генератора постоянного тока.

Генераторы постоянного тока

выполняются с параллельной обмоткой возбуждения;

любая электрическая машина по принципу действия состоит из якоря ( якорная обмотка) той части электрической машины, где наводится ЭДС, и индуктора той части электрической машины, которая наводит магнитный поток. А по кинематике – из статора и ротора.

;

- намагничивающая сила;

Процесс самовозбуждения протекает следующим образом:

под действием потока остаточного магнетизма Ф₀ в якорной обмотке наводится ЭДС самовозбуждения, под действием которой по замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки возбуждения, который создает дополнительную намагничивающую силу, и в случае согласованного направления тока в обмотке возбуждения с потоком Ф₀ происходит увеличение магнитного потока, а следовательно и ЭДС, и так до тех пор, пока наводимая ЭДС не уравновесится падением напряжения в цепи обмотка возбеждения.

По способу возбуждения электромашинные генераторы делятся на:

1. с независимым возбуждением;

2. с самовозбуждением;

Условие самовозбуждения:

§ наличие потока остаточного магнетизма;

§ согласованное включение обмотки возбуждения с потоком остаточного магнетизма;

§ минимальное сопротивление обмотки возбуждения;

§ внешняя нагрузка должна быть отключена.

Характеристики генератора постоянного тока;

1) характеристика холостого хода

2) внешняя характеристика

3) нагрузочная характеристика

Поддержание напряжения генератора в заданном диапазоне осуществляется с помощью регуляторов напряжения, которые изменяют ток в обмотке возбуждения и соответственно магнитный поток, наводимую ЭДС и напряжения.

Типы регуляторов:

§ вибрационный;

§ реостатный (угольный);

§ полупроводниковый;

§ на магнитных усилителях.

Параллельная работа генераторов постоянного тока

Для обеспечения параллельной работы генераторов постоянного тока (ГПТ) необходимо:

§ генераторы должны иметь одинаковую полярность;

§ генераторы должны иметь одинаковые напряжения;

§ генераторы должны иметь одинаковый ток нагрузки.

Для обеспечения равномерного распределения токов нагрузки необходимо понизить напряжение более загруженного генератора и повысить напряжение менее загруженного генератора. Осуществляется это с помощью специальной уравнительной обмотки, входящей в состав регулятора напряжения.

Автоматическое выравнивание токов нагрузки

параллельно работающих генераторов постоянного тока

Если , тогда , а значит .

Рассмотрим случай, когда : при этом падение напряжения на балластном сопротивлении генератора 1 (Г1)будет больше падения напряжения на балластном сопротивлении генератора 2 (Г2), а . Следовательно из точки а в б через уравнительные обмотки потечет уравнительный ток, который у регулятора Г1 вызовет суммирование тяговых усилий рабочей и уравнительной обмоток, что приведет к увеличению сопротивления угольного регулятора, снижению тока возбуждения и наводимой ЭДС, а следовательно и напряжение на зажимах генераторов. Что и требовалось.

Управление и защита генератора постоянного тока:

под управлением Г понимают операции: включение и отключение при нормальных режимах работы;

под защитой Г понимают: отключение его при возникновении ненорамальных режимов работы.

Задачи, решаемые системами управления работой генераторов

1. Г должен подключаться в сеть, когда его ЭДС больше напряжения сети;

2. Г должен отключаться от сети, когда его напряжение станет меньше напряжения сети;

3. Г не должен подключаться в сеть в случае неправильной полярности;

4. Г должен отключаться от сети при чрезмерном повышении напряжения, либо при повышенных токах нагрузки или тока короткого замыкания;

5. должна постоянно выдаваться информация о включенном или отключенном состоянии Г от сети.

Обеспечивается это с помощью:

§ дифференциально минимального реле;

§ автомата защиты от перенапряжения;

§ аппаратуры защиты сети.

3. современного генератора без наличия скользящих контактов.

Магнитный усилитель;

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока выполняются синхронными, то есть получаемая электрическая энергия жестко завязана со скоростью вращения магнитного поля.

Напряжение генератора	Напряжение сети
208/120В	200/115В
415/240В	400/230В
удвоенное напряжение

Отличаются друг от друга только способом возбуждения:

Генераторы переменного тока по способу возбуждения делятся на:

1. с независимым возбуждением;

2. с самовозбуждением;

3. с возбуждением от постоянных магнитов.

Магнитный усилитель

ГО – генератор однофазный; СГО – синхронный генератор однофазный;

ГО - генератор трехфазный; СГТ - синхронный генератор трехфазный.

Номинальная выходная мощность трехфазного генератора равна 40 кВА.

Привод Г переменного тока

1. привод Г непосредственно от вала авиационного двигателя

;

2. привод Г с помощью приводов постоянной частоты вращения (распространены на ЛА);

3. привод автономный

Привод Г с помощью приводов постоянной частоты вращения

Интегрированный привод (ИПГ).

f=var

ПСПЧ (переменная скорость, постоянная частота).

1. со звеном постоянного тока

если в ППЧВ =±10Гц, то в ПСПЧ =±0, 01Гц.

f=const

f=var

с циклоинвертором

Параллельная работа генераторов переменного тока

1. - равенство амплитуд напряжения;

2. ;

3. - отсутствие сдвига по фазе;

4. - активная составляющая;

- реактивная составляющая.

Синхронизация – процесс выполнения условий параллельной работы. Устройства, обеспечивающие синхронизацию – синхронизаторы.

Синхронизация бывает:

1. грубая;

2. точная

Перспективы развития электромашинных генераторов

1. Если повысить напряжение, то это приведет к снижению массы коммуникаций.

2. Применение новых магнитных материалов на основе РЗМ (самарий и кобальт).

3. применение креагенной техники (эффект сверхпроводимости).

Лекция №4

Лекция №5

Лекция №6

Системы зажигания

Системы зажигания – совокупность устройств, предназначенных для надежного воспламенения топливно-воздушной смеси.

В зависимости от энергии необходимой для воспламенения все системы зажигания делятся на:

§ электрические;

§ зажигание пламенем;

§ химические (ЖРД, окислитель - топливо);

§ оптические (лазер);

§ пиротехнические (шашки).

По назначению системы зажигания делятся на:

§ пусковые (ПД и ГТД);

§ рабочие (ПД – поддержание горения).

Системы зажигания состоят из:

1. авиационная свеча;

2. источник высокого напряжения;

3. аппаратура управления.

Авиационные свечи

Различают три вида:

1. искровые;

2. полупроводниковые; низковольтные,

3. эрозийные. поверхностного разряда.

Искровые свечи

Принцип действия основан на искровой теории пробоя в газах.

d – расстояние между электродами;

d≈ 0, 28÷ 0, 32мм;

U_пробоя≈ 15÷ 20кВ.

Практически не применяются на ГТД (высокое напряжение).

Полупроводниковые свечи

Принцип действия основан на использовании трех свойств полупроводника:

1. неоднородная структура;

2. отрицательный температурный коэффициент сопротивления проводника;

3. на явлении термоэлектронной эмиссии.

α > 0 для металлов;

α < 0 для полупроводников.

Эрозийная свеча

Центральный электрод выполнен из серебра, а полупроводник – керамический изолятор.

Принцип действия основан на явлении разряжения материала под действием электрического поля (эрозия).

Источники высокого напряжения

1. Пусковая индукционная катушка (в пусковых):

;

f=600÷ 800Гц;

;

W=250÷ 300 витков,

W=7000÷ 16000 витков.

2. Авиационная магнета – специальный Г, где наведение высокого напряжения во второй обмотке обусловлено не большим числом витков, а высокой скоростью изменения магнитного потока.

Системы запуска авиационных двигателей

Системы запуска – совокупность устройств, предназначенных для надежного воспламенения топливно-воздушной смеси, раскрутки вала авиационного двигателя и вывода его на режим малого газа.

Требования:

1. Надежность запуска во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоросте6й ЛА.

2. Возможность многократного запуска (минимум 3-4).

3. Автоматичность системы запуска.

4. Экономность с точки зрения расхода электрической энергии.

5. Малое время запуска.

Различают следующие системы запуска АД:

1. по строго временной программе без учета внешних условий пуска;

2. с учетом внешних условий пуска, то есть по скорости вращения вала АД;

3. комбинированные.

Электрические стартеры для ПД

, чем выше напряжение, том выше частота вращения.

Электрические стартеры для ГТД

ПТС - 30÷ 40 тыс. об/мин.

Противообледенительные и нагревательные устройства

Различают 2 типа:

1. предупредительные;

2. устраняющие (лучше).

По устройству делятся на:

1. химические (спирт);

2. механические (щетки);

3. электрические (выступающие поверхности);

4. тепловоздушные;

5. индукторные (импульсные): на индукторы подается напряжение, создается вибрация обшивки и лед отрывается.

РИО – радиоизотопный датчик обледенения.

Рассмотрим противообледенительную систему для обогрева передних стекол кабины:

на поверхности стекла температура 25÷ 30⁰С,

прозрачность стекла становится ниже на 30%.

Рассмотрим противообледенительную систему для обогрева носков крыльев и хвостового оперения:

Светотехническое оборудование

По назначению различают:

§ внутреннее освещение;

§ наружное или посадочное освещение;

§ световая сугнализация.

Внутреннее освещение необходимо для членов экипажа (яркое освещение у штурмана). Применяется красное освещение (наиболее раздражительно).

Рулежепосадочное освещение:

Светосигнальное оборудование:

§ внутреннее;

§ наружное (бортовые аэронавигационные огни - БАНО): левый – красный,

правый – зеленый;

хвостовой – белый.

Маяки:

§ проблесковые;

§ импульсные.

Строевые огни (на крыльях): синие и желтые.

Огонь выпуска шасси: располагается на стойках шасси, зажигается, когда стойка обжата, шасси выпущено.

Лекция №7

Приборное оборудование

Классификация:

1. По назначению:

§ приборы контроля работы СУ (манометры, термометры, тахометры, топливомеры, расходомеры, измерители вибраций двигателя);

§ пилотажно-навигационные приборы и системы (высотометры, указатели скорости, для измерения углов крена и тангажа – авиагоризонт, для измерения угла рыскания – компас, для измерения скорости изменения углов w_x, w_y, w_z – датчики угловых скоростей, для определения широты и долготы – ГЛОНАСС, угол атаки и угол скольжения указателя, перегрузки а_x, а_y, а_z –аксилерометры, системы автоматического управления);

§ приборы контроля работы отдельных агрегатов и систем (аэрооборудование, система автоматического регулирования параметров полета, контрольно записывающая аппаратура).

2. По принципу действия:

§ механические;

§ электрические;

§ оптические.

Элементарные сведения из теории погрешностей

Вне зависимости от причин, вызывающих погрешности, послежние можно классифицировать на 3 вида:

1. абсолютная ;

2. относительная ;

3. относительная приведенная .

Класс точности – максимальное значение относительной приведенной погрешности.

Для авиационных приборов К.Т.=1÷ 4. Если К.Т. =1 и меньше, то это образцовые приборы.

В зависимости от причин, вызвавших эти погрешности, они делятся на:

§ методические – обусловлены несовершенством самого метода измерения;

§ инструментальные – обусловлены неточностью изготовления прибора.

В зависимости от постоянства изменения величины и внешних условий:

§ статические;

§ динамические.

В зависимости от повторяемости:

§ систематические;

§ случайные.

Поправка – абсолютная погрешность с обратным знаком.

Вариация – разница в показаниях при прямом и обратном ходе измерения.

Электродистанционные передачи (ЭДП)

ЭДП – устройства, обеспечивающие передачу информации на расстояния с обеспечением однозначного соответствия на входе и выходе этого устройства.

ЭДП состоит из:

Дат

Указ

Датчик;

2. Указатель;

3. Линия связи;

ЭДП по виду датчиков делятся на:

§ реостатные;

§ индуктивные;

§ емкостные;

§ активные (генераторные).

ЭДП по виду указателей делятся на:

§ гальванометрические;

§ логометрические;

§ компенсационные.

ЭДП по виду источника делятся на:

§ постоянного тока;

§ переменного тока.

ЭДП по виду передаваемой информации делятся на:

§ аналоговые;

§ цифровые.

ЭДП по способу отображаемой информации на указателе делятся на:

§ шкальные (стрелочные);

§ цифровые;

§ индикаторные (дисплейные);

§ паровизуальные (боковым зрением).

ЭДП на постоянном токе

Гальванометрические ЭДП с реостатным датчиком:

, следовательно: 1. R_x=Rх;

2. ;

3. , где С=const;

тогда , при R=кR.

Недостатки:

1. Влияние питающего напряжения на показания прибора.

2. Температурные погрешности.

3. Ограниченный угол поворота выходной оси указателя.

4. Неравномерная шкала из-за нелинейной характеристики.

5. Влияние изменения сопротивления токоподводящей цепи.

Лекция №8

Логометрическая ЭДП:

Логометр – прибор, измеряющий отношение токов, протекающих по его рамкам.

Схема параллельного включения логометра:

R_x=Rх; R_у=R(1-x); R=кR.

Получаем

Если х=0, то .

Если х=1, то .

Если х=0, 5, то .

Недостаток:

В случае нарушения контакта между щеткой и потенциометром, стрелка указателя устанавливается посередине шкалы. И не ясно, действительное это значение или неисправность.

Дифференциальная схема последовательного включения логометра:

R_x=Rх; R_у=R(1-x);

Сжат диапазон отношения токов (недостаток), предыдущий недостаток устранен.

Компенсационная схема ЭДП с сервоприводом:

если , то возникает разность напряжений, поступает на вольтметр, на МИД и через редуктор перемещает щетку , пока не станет . Одновременно перемещается ИУ.

ЭДП на переменном токе

Сельсин – миниатюрная элементарная машина, у которой при повороте ротора на определенный угол, в статоре или статических обменниках наводится ЭДС пропорциональная углу поворота ротора (датчик угла поворота).

;

Схемы сельсинов:

1. Самосинхронизирующая сельсинная схема ЭДП:

если , то , тогда и в статорных обмотках датчика и указателя., по соединительным проводам и статорным обмоткам протекают токи (уравнительные), которые создают суммарный переменный магнитный поток , в результате возникает электромагнитный момент, взаимодействуя и , действует на указатель и стремится привести роторы в согласованное положение.

если , тогда , ротор Сельсин-Датчик находится в заторможенном состоянии.

Автоматическое отслеживание ротором Сельсин-Указатель положения угла ротора Сельсин-Датчик (самосинхронизация). Такой режим работы сельсина называют индикаторным.

2. Сельсинные ЭДП компенсационные с использованием приводов (трансформационный режим работы сельсина):

при повороте ротора С-Д на угол , в статорных обмотках С-Д наводятся ЭДС, под действием которых по статорным обмоткам С-Д и С-У и соединительным проводам начинают протекать токи, которые создают суммарный переменный магнитный поток. Этот поток, пронизывая роторную обмотку С-У, наводит в ней выходную ЭДС, которая усиливается, подается на МИД, который в свою очередь через редуктор поворачивает ротор С-У до согласованного положения. Одновременно поворачивается ИУ.

Широко распространены на ЛА.

Магнесинная ЭДП: - датчик угла поворота;

; Σ R_М = R_ст.о. +R_в.п. + R_р

const

, /

Применяется в особо точных ЭДП.

Прибора контроля работы силовой установки

1. Приборы для измерения давления

1. измеряющие разность давлений (дифференциальные манометры);

2. манометры абсолютного давления

Р=Р₁-Р₂, где Р₂ – давление окружающей среды,

если Р₁> Р₂ – монометры избыточного давления;

если Р₁< Р₂ – вакуумметр;

если Р₁ Р₂ – мановакуумметр.

По принципу действия делятся на:

§ механические;

§ электромеханические (наиболее распространены);

§ электрические.

Механические манометры:

принцип действия основан на измерении деформации упругого чувствительного элемента – мембраны, трубчатой пружины и др.

Достоинства:

1. простые;

2. надежные;

3. могут быть высокого класса точности.

На борту самолета не применяются.

Электромеханические манометры:

Бывают двух типов:

1. с потенциометрическим преобразователем давления;

2. с индуктивным преобразователем давления. индукционные

К первому типу относится ЭДМУ (ЭМ, ЭМИ) – 100МПа – электродистанционный манометр унифицированный.

Недостаток: ненадежность узла щеткопотенциометра и его взрыво- и пожарооопасность.

Ко второму типу относится ДИМ – дистанционный индуктивный манометр (40 МПа).

Очень надежный.

Недостаток: так как низкое качество постоянного тока, показания логометра не точны.

Сигнализатор давления:

Электрические манометры:

измеряют сверхнизкое и свервысокое давления. Не применяются на ЛА.

Р> 10000кг/см².

Р< 10000кг/см² – ионизационный манометр

2. Приборы для измерения температуры

По принципу действия делятся на:

§ механические (градусник);

§ электрические;

§ оптические.

Электрические термометры:

двух типов:

1. сопротивления;

2. термоэлектрические.

При первом типе термометра ……+ ,

где α – температурный коэффициент сопротивления.

ТЭУ – термометры электрические унифицированные (t=70÷ 200⁰С – Сu, Ni; t=400⁰С - Pt).

Термолектрические термометры:

Во втором типе термометра основным элементом является термопара. Даная схема проста.

Недостатки:

1. длина соединительных проводов и величина их сопротивления влияет на точность показаний гальванометра;

2. погрешность измерений;

3. низкая ЭДС термопары.

Хром – копель: t=70÷ 350⁰С, .

Никель – железо – спецкопель: t=до 1000⁰С, .

Оптические термометры (пирометры):

определяют температуру по цветовой окраске, через задымленное стеклышко.

водяной пистолет (по спектру).

Тепловизор: количество тепловой энергии (обнаружение и определение координат объекта).применяются в нем инфракрасные головки самонаведения.

Лекция №9

Магнитоиндукционный тахометр

Принцип действия основан на измерении сил, возникающих в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля и вихревых токов, наведенных этим вращающимся магнитным полем.