Потребители электрической энергии

Авиационный электропривод

Авиационный электропривод – устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую, поступательного или вращательного движения, состоящее из электродвигателя или электромагнита и аппаратуры управления.

Авиационный электродвигатель

- механическая характеристика двигателя.

Электродвигатель постоянного тока

Р≈ 0, 01÷ 10кВт.

n=3000÷ 24000об/мин.

По способу возбуждения электродвигатели делятся на:

1. с параллельным возбуждением;

2. с независимым возбуждением;

3. с последовательным возбуждением;

4. со смешанным возбуждением.

Электродвигатель с независимым возбуждением:

- уравнение баланса якорной цепи,

, , , тогда ,

;

, где w₀- идеальная скорость холостого хода;

α – коэффициент последовательной механической характеристики.

Если есть добавочное сопротивление, то характеристика искусственная.

Электродвигатель с последовательным возбуждением:

, тогда .

Большой пусковой ток.

Если .

Электродвигатель переменного тока

Различают:

1. трехфазные синхронные;

2. трехфазные асинхронные;

3. двухфазные асинхронные;

4. однофазные или конденсаторные;

5. гистерезисные.

Трехфазный асинхронный:

Трехфазный синхронный:

Двухфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором:

Однофазный двигатель:

Управление электроприводом

1. Пуск, вход, включение:

1.1. прямой пуск (если < 50А);

1.2. реостатный пуск (если > 50А);

1.3. изменением напряжения в питании.

2. Торможение или остановка:

2.1. механическая (с помощью различных электромуфт);

2.2. противовключение;

2.3. электродинамическая: отключается якорная обмотка от напряжения питания, замыкается накоротко, либо на какое-нибудь сопротивление; при этом двигатель начинает работать в режиме Г с изменением направления тока в якорной обмотке, в результате чего происходит быстрое, но плавное торможение.

обратен .

3. Реверсирование или изменение направления вращения:

3.1. изменение направления двигателя тока либо в якорной обмотке, либо в обмотке возбуждения;

3.2. изменение порядка чередования фаз (АВС→ АСВ в другую сторону).

4. Регулирование скорости вращения:

4.1. изменение напряжения питания;

4.2. изменение тока в цепи якорной обмотки;

4.3. изменение тока в цепи обмотки возбуждения;

4.4. импульсное

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.

Градуировка прибора в об/мин или в % (от 0 до105%).

За 100% - максимальные обороты двигателя.

100% указателя – 2500 об/мин датчика.

Измерители вибраций

Вибрация – гармоническое колебание.

- круговая частота,

- циклическая частота.

Виброскорость: .

Виброускорение: .

Виброперегрузка: .

Лекция №10

Пилотажнонавигационные приборы

1. Приборы для измерения высоты полета

Определение Н_ист→ РТМ (радиотехническим методом).

Определение Н_абс, Н_отн→ барометрическим методом.

если Н≤ 11000м: Н= , где τ – температурный градиент, равный 0, 0065⁰/м;

Т₀ –стандартная температура на уровне моря;

R – универсальная газовая постоянная.

если Н≥ 11000м: Н=11000+ .

Прибор для измерения абсолютной высоты:

Прибор для измерения относительной высоты:

Датчики высоты:

ДВ-15

ДВ-25 для боевых

ДВ-30 машин

2. Приборы для измерения скорости полета

Виды скоростей:

1. истинная воздушная скорость полета V_ист (относительно воздушной среды);

2. приборная или индикаторная скорость V_пр (истинная воздушная скорость полета приведенная к нормальной плотности воздуха);

3. относительная скорость или число Маха М= V_ист/а;

4. вертикальная скорость

определяются манометрическим методом

5. путевая скорость (в горизонтальной плоскости) – определяется радиотехническим методом.

Методы определения скорости полета:

1. манометрический (измерение динамического давления – распространение заторможенного потока воздуха):

2. анемометрический (измерении е скорости вращения вертушки, помещение в набегающий поток воздуха);

3. термоанемометрический (измерение времени токопроводящей нити, помещенной в набегающий поток воздуха);

4. метод компенсации динамического давления;

5. радиотехнический (эффект Доплера);

6. инерциальный (измерение ускорения).

Комбинированный указатель скорости КУС:

, где .

если Н≈ 0, то V_ист≈ V_пр;

если Н> 0, то V_ист> V_пр.

3. Определение вертикальной скорости полета

Методы определения:

1. измерение скорости изменения статического давления;

2. дифференцирование показаний радиовысотометра V_верт=dH/dt;

3. интегрирование вертикальных ускорений V_верт= dt;

4. измерение вертикальных состояний истинной воздушной скорости V_верт= V_истsin(V-α ), где V – разница углов тангажа.

Вариометр:

принцип действия основан на измерении избыточного давления или разрежения, происходящего при изменении высоты полета внутри замкнутого объема, сообщающегося с атмосферой через каппилярные отверстия.

Р_дин≈ 0 путем интегрирования

Р_ст≈ 0 вертикальных ускорений

Датчик ускорений:

СВС – система воздушных сигналов и высоты.

ЦСВ – центральной скорости и высоты.

ЦСВ или СВС называют централизованное устройство, которое по сигналам датчиков первичных параметров и лучных задатчиков, определяют необходимые параметры скорости и высоты полета и выдает их всем потребителям на борту самолета.

Лекция №11

4. Прибора для измерения курса полета

Компасы – приборы для измерения курса полета.

Курс – угол между плоскостью какого0-либо меридиана и проекцией продольной оси самолета на плоскость горизонта и отсчитанный от северного направления меридиана по часовой стрелке.

- магнитное склонение (в Иркутске -2⁰С).

- угол магнитного наклонения.

- магнитная девиация (вредная).

Виды девиации:

1. постоянная (при изменении угла курса на 360⁰ она не меняется);

2. полукруговая (обуславливается наличием магнитотвердых материалов);

3. четвертная (обуславливается наличием магнитомягких материалов).

Изогона - линия равного магнитного склонения.

Методы определения курса:

1. магнитный;

2. индукционный;

3. гераскопический;

4. астрономический;

5. радиотехнический.

Магнитный компас:

Лигралин – глицерин и спирт.

девиационный круг.

Аварийный (не точен).

Индукционный компас:

принцип дейсвия основан на наведении ЭДС в выходной обмотке чувствительного элемента под действием постоянного магнитного поля Земли, зависящей от угла курса.

Чувсвительный элемент – магнитный зонд.

Постоянное магнитное поле Земли создает в магнитных стержнях постоянный магнитный поток, который не может навести ЭДС в выходной обмотке. Поэтому используют искусственный прием. Преобразуют этот постоянный магнитный поток в переменный, специальной обмоткой переменного тока. Эта обмотка создает в магнитных стержнях переменные магнитные потоки, которые направлены в противоположные стороны и не наводят ЭДС в выходной обмотке. Но эти магнитные потоки изменяют магнитную проницаемость сердечников и их магнитное сопротивление с удвоенной циклической частотой по отношению к циклической частоте питеющего напряжения. И это меняющееся магнитное сопротивление сердечников приводи к изменению постоянных магнитных потоков Земли в стержнях, которые и наводят ЭДС в выходной обмотке, зависящую от .