Вопрос 6 – Основные характеристики и эксплуатационные параметры аккумуляторных батарей, применяемых на вс. Правила эксплуатации аккумуляторных батарей

Использовать Вопросы 4 и 3

Правила эксплуатации:

Вопрос 7 – Принцип действия генератора постоянного тока

Генератор представляет собой электрическую машину, преобразующую часть механической энергии соответствующего двигателя в электрическую энергию постоянного или переменного тока. Со времени зарождения гражданской авиации и до настоящего времени на самолётах и вертолётах гражданской авиации широко применялись генераторы постоянного тока, получающие привод непосредственно от соответствующего двигателя и не требующие специальных приводов постоянных оборотов, имеющие простую и дешёвую аппаратуру управления и регулирования, легко включаемые на параллельную работу. На каждом маршевом двигателе устанавливаются один или два генератора одинаковой мощности. На самолётах и вертолётах с электрическим запуском двигателей устанавливают стартёр-генераторы (СТГ), которые работают в двух режимах:

- режим запуска – СТГ работает, как стартёр (электродвигатель), раскручивая компрессор запускаемого двигателя до оборотов, после достижения которых дальнейшую раскрутку обеспечивает турбина двигателя;

- генераторный режим – СТГ приводится во вращение от запущенного двигателя и преобразует часть отбираемой от двигателя энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Переключение режимов происходит автоматически.

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции, согласно которого при движении проводника в магнитном поле при пересечении проводником магнитных силовых линий в проводнике индуцируется ЭДС, пропорциональная величине электромагнитной индукции, скорости движения проводника, длине проводника в магнитном поле. Е=BlV × sinά, где ά – угол между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий. Таким образом, максимальное значение ЭДС получается, когда угол ά= 90°, то есть движение происходит под прямым углом.

При ά = 0° проводник скользит вдоль магнитных силовых линий и ЭДС при этом не индуцируется. Направление тока в проводнике при замкнутой цепи можно определить по правилу правой руки: Если правую руку поместить между полюсами магнита так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а отведённый в сторону большой палец совпадал с направлением движения проводника, то остальные пальцы покажут направление тока.

Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике в виде рамки, вращающейся принудительно в поле постоянного магнита (рис.3.1. и 3.2.).

Если рамка изначально располагается в горизонтальной плоскости, угол между силовыми линиями и направлением движения проводников рамки ά=0°, соответственно и ЭДС = 0. По мере поворота рамки появляется составляющая вектора движения проводников, перпендикулярная по отношению к магнитным силовым линиям.

Рис.3.1. Вращение рамки в поле постоянного магнита.

Появляется и ЭДС, которая по мере поворота рамки растёт по закону синусоиды, так как по закону синуса возрастает составляющая движения проводников, перпендикулярная к магнитным силовым линиям. При повороте рамки на угол 90° угол между направлением движения и магнитными силовыми линиями составляет 90°. При этом ЭДС достигает максимального значения. При дальнейшем повороте рамки составляющая вектора движения проводников, пераендикулярная по отношению к магнитным силовым линиям снова начинает убывать, уменьшается значение sinά , что приводит к уменьшению ЭДС. При ά =180° sinά = 0. Таким образом при повороте рамки на угол от 0° до 180° ЭДС сначала растёт, достигая максимума при угле 90°, а затем уменьшается до нуля. Затем процесс повторяется. Но ввиду того, что составляющая вектора движения, перпендикулярная к магнитным силовым линиям, направлена в противоположную сторону, скорость теперь имеет знак « - » (минус). График изменения ЭДС в зависимости от угла поворота рамки представляет собой синусоиду (рис.3.3,). Зависимость E от угла поворота рамки. Таким образом на выходе устройства получен переменный ток, частота которого прямо пропорциональна частоте вращения рамки. Для получения постоянного тока необходимо использовать устройство, переключающее проводники рамки при достижении нулевого значения ЭДС.

Такое устройство в генераторах и электродвигателях постоянного тока получило название коллектор. Для рамки простейшим коллектором являются два полукольца 3, которые соединены с концами проводников рамки (рис.3.4.).С полукольцами контактируют щётки 4, которые с определённым усилием прижимаются к поверхности полуколец (поверхности коллектора), образуя скользящий контакт. Щётки, в свою очередь, соединены с внешней электрической цепью

при повороте на угол 90°, после чего начинает убывать и при повороте на угол 180° становится равной нулю.

При этом рамка занимает такое же положение, как в начальный момент времени. Разница только в том, что ветви рамки поменялись местами. Поэтому при продолжении вращения рамки ЭДС снова начнёт расти, что обеспечивает коммутация с помощью коллектора. При этом график зависимости ЭДС от угла поворота будет состоять только из положительных полуволн. Таким образом из переменного тока получен пульсирующий. Рис. 3.5. Зависимость Е от угла поворота рамки при использовании двух полуколец

Если взять две рамки, расположенных по отношению друг к другу под углом 90°, а коллектор представить в виде кольца, разрезанного на четыре части, то график зависимости ЭДС от угла поворота рамки будет выглядеть, как огибающая для двух одинаковых графиков, построенных для одной рамки (рис.3.5), со сдвигом 90°. Таким образом, зависимость ЭДС от угла поворота будет выглядеть, как относительно небольшая пульсация относительно среднего уровня.

Рис. 3.6. Зависимость Е от угла поворота при использовании двух рамок, расположенных под углом 90° друг к другу

Увеличивая количество рамок (количество витков якорной обмотки генератора) и количество контактных элементов коллектора, можно получить практически постоянное значение ЭДС.

Реальный генератор состоит укрупнено из трёх функциональных узлов:

- статор; - ротор (якорь);

- коллекторно-щёточный узел.

Статор (рис.3.7.) представляет собой неподвижную часть генератора с выполненными в нём катушками обмотки возбуждения, полюсами и щёткодержателем. С торцевой части статора находится подшипниковый щит. На одной из торцевых частей для подвода охлаждающего воздуха крепится патрубок, соединённый со специальным воздухозаборником на мотогондоле. С противоположной стороны нагретый воздух выходит через жалюзи. Рис.3.7. Устройство генератора постоянного тока

1 – коллектор; 2 – щётки; 3 сердечник якоря; 4 – главный полюс; 5 – катушка обмотки возбуждения; 6 – корпус; 7 –подшипниковый щит; 8 вентилятор; 9 – обмотка якоря.

Якорь (ротор) находится внутри статора. Его вал вращается на шарикоподшипниках. На якоре выполнена рабочая обмотка генератора, в витках которой аналогично рассмотренному индуцируется ЭДС. Для снятия электроэнергии на валу якоря установлен коллектор (1), который выполняют в виде цилиндра с расположенными на нём пластинами из твёрдотянутой меди. На противоположном конце вала расположена крыльчатка вентилятора (8), благодаря которой обеспечивается принудительное охлаждение генератора на земле, при неподвижном самолёте.

Коллекторно-щёточный узел включает в себя коллектор и щёткодержатель с расположенными в нём щётками (2). Щётки (рис.3.8) изготавливают из материалов, содержащих углерод, обеспечивающих низкое электрическое сопротивление и высокую износостойкость. Щётки свободно перемещаются внутри щёткодержателей и с помощью тарированных пружин с заданным усилием прижимаются к поверхности коллектора. Коллекторно-щёточный узел является слабым местом генератора постоянного тока. В процессе эксплуатации необходим контроль высоты щёток и состояния коллектора с целью определения степени их износа. При повышенной степени износа щёток возможно их зависание, что может привести в полёте к отказу генератора.

Наличие коллекторно-щёточного узла является основным недостатком генераторов постоянного тока. При передаче через скользящий контакт большой мощности происходит интенсивное искрение и выгорание как щёток, так и коллектора. В мировой практике для самолётных генераторов постоянного тока принято ограничение по мощности 18 кВт.

Возбуждение генератора

Применяемые на самолётах и вертолётах гражданской авиации генераторы постоянного тока, в зависимости от способа питания обмотки возбуждения делятся на два вида:

- генераторы с параллельным (шунтовым) самовозбуждением;

- генераторы со смешанным возбуждением.

1. Генераторы с параллельным самовозбуждением (рис.3.9.) применяются на абсолютном большинстве самолётов и вертолётов с основной системой электроснабжения постоянного тока. Для таких генераторов не требуются дополнительные источники постоянного тока для питания обмотки возбуждения, то есть генератор сам себя возбуждает. Ток от плюсовой клеммы генератора поступает в сеть, а также – параллельно, через обмотку возбуждения, на корпус.