Источники электрической энергии

Процесс получения электрической энергии из других видов энергии называется генерированием электроэнергии.

Источниками электрической энергии на воздушных судах являются:

-генераторы постоянного тока;

-генераторы переменного тока;

-химические источники электрического тока.

На воздушных судах, где основной системой электроснабжения служит система постоянного тока, для получения переменного тока стабильной частоты применяются электромашинные однофазные и трехфазные преобразователи, также статические преобразователи.

Для питания переменным током повышенного или пониженного напряжения используются трансформаторы.

Генераторы представляют собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую.

В основу принципа действия генератора положено явление электромагнитной индукции. Его сущность заключается в возникновении ЭДС в об­мотках якоря при пересечении ими магнитного поля индуктора. Это поле создается в полюсах генератора при прохождении постоянного тока по обмоткам катушек возбуждения. В зависимости от способа питания обмоток возбуждения генераторы подразде­ляются на генераторы:

-c независимым возбуждением;

-с самовоз­буждением;

-со смешанным возбуждением.

В генераторах с независимым возбуждением обмотки возбуж­дения питаются от постороннего источника постоянного тока.

В генераторах с самовозбуждением эти обмотки питаются то­ком, вырабатываемым самим генератором.

Стартеры-генераторы помимо своего основного назначения - снабжать бортовую сеть высококачественной энергией - запускают также турбореактивные и турбовинтовые авиадвигатели. Их работа в режиме запуска двигателей программируется специальной пусковой аппаратурой.

Авиационные генераторы постоянного тока

Находящиеся в эксплуатации генераторы постоянного тока относятся к классу генераторов с самовозбуждением, а по схеме подсоединения обмотки возбуждения к якорю - в большинстве случаев к генераторам с параллельным возбуждением (рис. 1).

Генератор подобного типа схематично можно представить состоящим из двух агрегатов: неподвижного статора с индуктором, на сердечниках которого смонтированы обмотки возбуждения ОВ, и вращающегося якоря Я, служащего для преобразования меха­нической энергии в электрическую.

При вращении якоря индуцируется переменная ЭДС, а для питания обмоток возбуждения требуется постоянный ток, его выпрямление осуществляется специальным щеточно-коллекторным устройством. В начальный период работы генератор самовозбуждается вследствие остаточного магнетизма в металле полюсов. Поэтому генераторы в процессе эксплуатации не должны перегреваться и подвергаться резким ударам, иначе остаточный магнетизм в полюсах может исчезнуть.

При работе генератора в режиме холостого хода, т. е. с отклю­ченной внешней сетью, ЭДС генератора зависит от частоты враще­ния якоря n его якоря и магнитного потока Ф в индукторе, который в свою очередь зависит от тока возбуждения i_B:

- постоянный коэффициент

Е - ЭДС генератора; р - число пар полюсов; N - число активных проводников обмотки якоря; а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф – магнитный поток возбуждения.

При работе генератора на бортовую сеть напряжение на его зажимах зависит от ЭДС, тока I_Н нагрузки и сопротивления R_Я якоря:

U=Е - I_НR_Я

Падение напряжения I_НR_Я современных генераторов составляет 12... 18% от гене­рируемой ЭДС в режиме холостого хода. При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора постепенно снижается и может достигнуть критического значения, после чего напряжение резко падает до нуля -наступает режим короткого замыкания.

Рис.1. Принципиальная схема генератора с паралле­льным возбуждением

Конструктивно генераторы выполнены так, что величина уста­новившегося тока короткого замыкания I_КЗ меньше номиналь­ного тока нагрузки, и этот режим не опасен для генераторов. Однако в случае внезапного короткого замыкания мгновенный ток может достичь значительной величины и вызвать повреждение ге­нератора.

Максимальный ток, который может быть получен от генератора, называется I_КР критическим током.

Так как авиационные генераторы работают с регуляторами на­пряжения, поддерживающими постоянное напряжение равным номинальному, необходимо знать не только критический, но и предельный ток.

Предельным током I_ПРЕД называется максимальный ток, кото­рый может быть получен от генератора при номинальном значении напряжения и определенной частоте вращения якоря.

Типовыми представителями генераторов постоянного тока являются генераторы серии ГСР (с расширенным диапазоном ча­стот вращения). Их основные технические характеристики приве­дены в табл. 1.1.

Конструкция и электрическая схема одного из мощных гене­раторов серии ГСР представлена на рис. 2.

Корпус 9 генератора состоит из двух частей: магнитопровода и щита. Магнитопровод, являющийся средней частью корпуса, выполнен из электротехнической стали и соединен со щитом спо­собом сварки. В нем смонтированы основные 3 и дополнительные 7 полюсы с катушками обмоток возбуждения 4 и 6, а также щеткодержатели 10. Дополнительные полюсы необходимы для устранения вредного влияния реакции якоря, которая приводит к искрению и уменьшению индуцируемой ЭДС.

Реакция якоря – действие магнитного поля якоря на поле основных полюсов машины. Реакция якоря вызывает уменьшение магнитного потока генератора и смещение физической нейтрали - линии, перпендикулярной к оси магнитного поля.

Рис.2. Устройство и электрическая схема генератора серии ГСР:

1 — патрубок; 2 — коллектор; 3 — основной полюс; 4 — катушка обмотки возбуждения основного полюса; 5 — упругий валик; 6 — катушка обмотки возбуждения дополнитель­ного полюса; 7 — дополнительный полюс; 8 — якорь; 9 — корпус; 10 — щеткодер­жатели; 7 полюсы с катушками обмоток возбуждения 4 и 6, а также щетко­держатели 10.

Якорь 8, коллектор 2 и вентилятор смонтированы на общем валу, опорами которого являются два подшипника.

Генерируемый ток с коллектора отводится меднографитовыми щетками. Они устанавливаются в щеткодержа­телях и прижимаются к коллектору пружинами. Генератор в полете охлаждаемся продувом воз­духа через его внутренние полости. Воздух нагнетается вентиля­тором через патрубок 1 и, омывая щеточно-коллекторный узел, якорь, полюсы и обмотки, выходит через окна в щите корпуса.

Тип генератора	Минимальное реле	Регулятор напряжения	Стабилизирующий трансформатор	Выносное сопротивление	Балластное сопротивление	Защита от перенапряжения	Точные регуляторы напряжения
ГСК-1500М	Регуляторная коробка РК-1500Р
ГСК-1500В	Регуляторная коробка РК-1500Р
ГСН-3000	ДМР-400А	Р-25АМ	-	ВС-25А	РС-7	-	-
ГСР-3000	ДМР-400А	Р-25А	Т-1Г	ВС-25А	РС-7	-	-
СТГ-3 2с	ДМР-200Д	РН-120У	-	ВС-25А	-	АЗП-8М-4	-
ГСР-СТ-6000ВТ	ДМР-400А	Р-25А(М)	Т-1Г	ВС-25А(Б)	БС-6000	-	-
СТГ-6М	ДМР-400ДСП	Р-27	ТС-9М-2	ВС-25Б	РС-2Ш	АЗП-1МБ	-
ВГ-7500Я	ДМР-400Д	Р-25АМ	ТС-9АМ	ВС-25Б	БС-2	-	-
ГСБК-9РС	ДМР-400Р	РНТ-10В-2С	-	-	-	-	-
ГСР-9000 3с	ДМР-400АМ	Р-25	ТС-9АМ	ВС-25Б	БС-2	-	ДКН-2
ГС-12Т	ДМР-600Т	РН-180М	ТС-9АМ-12	ВС-25ТБ	-	АЗПС-8М-4	-
ГСР-12000В	ДМР-400А(Т)	РУГ-83П	ТС-9МТ	Р-2А	-	АЗПС-2	-
ГСР-12КИС	ДМР-400А	РУГ-82(83)	ТС-12АМ-12	ВС-20Б	БС-12000	-	-
ГСР-СТ-12000ВТ	ДМР-400А	РУГ-82(83)	ТС-9АМ	ВС-20Б	БС-12000	-	-
ГСР-СТ-12/40А	АЗУ-600	БРЗ-1	-	-	-	-	-
СТГ-12ТП	ДМР-400Д	РН-180	ТС-9АМ-12	ВС-25Б	БС-12000	-	-
СТГ-12ТМ	ДМР-400Д	РН-180ПТ	ТС-9АМ	ВС-25Б	БС-12000	-	-
СТГ-12ТМО	ДМР-400Д	РН-180	ТС-9АМ-12М	ВС-25Б	БС-12000	-	ДКН-2
ГСР-18000(Д)	ДМР-400Д/АМ	РУГ-82(83)	ТС-9АМ	ВС-20	БС-18000	-	-
ГСР-СТ-18000	ДМР-600Т(АМ)	РУГ-82(83)	ТС-9АМ	ВС-20	ДКН-2	-	ДКН-2
ГС-18Т	ДМР-600Т	РНК-180Б	-	ВС-25	-	АЗП-8М, АЗП-2А	ЦКН-66
ГС-18НО	ДМР-600Т	РНК-180Б	ТП-900	ВС-25ТБ	ЦКН-66	АЗП-Ц	ЦКН-66
СТГ-18ТМ	ДМР-600Т	РН-180	-	ВС-25Б	-	АЗП-8М	-
СТГ-18ТМО	ДМР-600Т	РН-180	-	ВС-25	ДНК-8	АЗП-8М	-
ГСР-18000В	ДМР-600Т(АМ)	РУГ-82(83)	ТС-9М	ВС-20	БС-18000	АЗП-8М	-
ГСР-СТ-18/70КИС	ДКН-8	РУГ-83Т	ТС-9МТ	Р-2А	-	АЗПС-1	-
ГС-24А	ДМР-600Т	РН-180ПТ	ТС-9МТ	ВС-25Б	БС-18000	АЗПС-8М	-
ГС-24Б	ДМР-600Т	РН-120У	-	ВС-25Б	-	АЗП-8М	ДКН-8
ГСР-20БК	ДНТ-1, ТТД-800	-	-	-	-	БЗУ-6В	БРЗУ-4В

Совместная работа генераторов с аккумуляторной батареей

Условия параллельной работы генератора с аккумуляторной батареей аналогичны условиям параллельной работы двух генераторов, т. е. равенство напряжений обоих источников и соответствие полярности присоединяемого источника с полярностью на шинах. Эти условия в известной степени выполнятся с помощью минимального реле ДМР. При совместной работе генератора с аккумуляторной батареей напряжение на шинах

где Е_г - ЭДС генератора; I_г - ток генератора; r_г - сопротивление цепи якоря генератора; E_а - ЭДC аккумуляторной батареи; I_а - ток аккумуляторной батареи; r_а - внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. Сопротивление соединительных проводов для упрощения принято равным нулю.

Если U > Е_а, то происходит заряд аккумуляторной батареи, т. е. член Iа rа должен быть взят со знаком плюс и общий ток нагрузки равен I=Iг - Iа;

при U = Еа ток Iа = 0, аккумуляторная батарея работает вхолостую, и ток нагрузки I=Iг;

при U < E_а происходит разряд батареи, член Iа rа следует взять со знаком минус, и ток нагрузки равен I=Iг + Iа.

Режимы работы генератора с аккумуляторной батареей. При параллельном включении генератора и аккумуляторной батареи могут иметь место три режима работы:

работа одной аккумуляторной батареи (когда Eа>Eг);

работа генератора совместно с аккумуляторной батареей на внешнюю сеть (когда Eа>Eг);

работа генератора на внешнюю сеть и на зарядку аккумуляторной батареи (когда Eа=Eг).

Напряжение генератора должно быть 28,5 В. В случае отклонения напряжения от заданной величины оно регулируется с помощью выносного сопротивления (например, ВС-20, ВС-25, Р-2А и др.).

Поворот выносного сопротивления необходимо производить специальной отверткой. Поворот по часовой стрелке ведет к увеличению напряжения, а против часовой стрелки приводит к понижению напряжения. Настройка регулятора напряжения, изменением натяжения пружины регулятора с помощью винта столба или изменением величины воздушного зазора между якорем и сердечником электромагнита недопустима. В том случае будет нарушено согласование характеристик электромагнита и пружин, качество регулирования напряжения ухудшится, и регулятор быстро выйдет из строя.

Нарушение целости этой электрической цепи приводит к резкому повышению напряжения генератора, что вызывает выход из строя элементов радиооборудования, электронной автоматики и других потребителей электроэнергии. Если в схеме управления генератором установлен автомат защиты от перенапряжения, то последний выключает генератор. Признаками перенапряжения в сети служат резкое увеличение яркости лампочек сигнализации и освещения, отклонение стрелки вольтметра вправо до упора. Заметив это, экипаж должен немедленно выключить генератор из работы. При загорании сигнальной лампочки "Генератор не работает" необходимо выключить генератор.

В системах электроснабжения аккумуляторные батареи выполняют роль буферного источника электроэнергии, т.е. сглаживают провалы напряжения в электросети. Емкость, получаемая батареей от генераторов постоянного тока, зависит от уровня заряженности батареи, температуры электролита, продолжительности заряда, уровня напряжения бортовой сети. Как правило, при напряжении генераторов 28-29 В аккумуляторные батареи на ЛА не заряжаются полностью.

К генераторам постоянного тока предъявляют ряд специфических требований: максимальная надежность, высокая прочность, минимальная масса и габаритные размеры. Для уменьшения массы и габаритных размеров повышают рабочие частоты вращения, которые составляют от 4000 до 9000 об/мин.

Комплекс аппаратуры генератора постоянного тока имеет регулятор напряжения, дифференциально-минимальное реле, автомат защиты от перенапряжения типа АЗП и регулировочные резисторы.