Классификация электрооборудования

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Общие сведения об электрооборудовании самолетов

Назначение, история и классификация электрооборудования

Назначение и объем электрооборудования самолетов

При помощи электрической энергии осуществляется запуск авиадвигателей; работа многочисленных механизмов, приборов, аппаратов и радиоустройств; обогрев и сигнализация; обеспечение жизнедеятельности человека на больших высотах.

Объем электрооборудования зависит от многих факторов. Важнейшие из них: назначение самолета; его величина; скорость, дальность и высота полета; тип авиадвигателя.

По назначению авиацию можно разделить на летательные аппараты гражданской авиации, государственной авиации и экспериментальной авиации.

ВОЗДУШНЫЙ КОДЕКС РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Принят Государственной Думой 19 февраля 1997 года. Одобрен Советом Федерации 5 марта 1997г

Воздушное судно– летательный аппарат, поддерживаемый в атмосфере за счет взаимодействия с воздухом, отличного от взаимодействия с воздухом, отраженным от поверхности земли или воды.

Виды авиации

Авиация подразделяется на гражданскую, государственную и экспериментальную авиацию.

Гражданская авиация

1.Авиация, используемая в целях обеспечения потребностей граждан и экономики, относится к гражданской авиации.

2.Гражданская авиация, используемая для предоставления услуг (по осуществлению воздушных перевозок пассажиров, багажа, грузов, почты) и (или) выполнения авиационных работ, относится к коммерческой гражданской авиации.

3.Гражданская авиация, не используемая для осуществления коммерческих воздушных перевозок и выполнения авиационных работ, относится к авиации общего назначения.

Государственная авиация

1.Авиация, используемая для осуществления военной, пограничной, милицейской, таможенной и другой государственной службы, а также для выполнения мобилизационно-оборонных задач, относится к государственной авиации.

2.Использование государственной авиации в коммерческих целях осуществляется в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

Экспериментальная авиация

1.Авиация, используемая для проведения опытно-конструкторских, экспериментальных, научно-исследовательских работ, а также испытаний авиационной и другой техники, относится к экспериментальной авиации.

2.Использование экспериментальной авиации в коммерческих целях осуществляется в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

Величину самолета приближенно можно характеризовать его взлетной массой и дальностью полета. По этим показателям разделим самолеты на следующие классы:

 

Класс	Максимальная взлетная масса, т
	самолеты	вертолеты
1	75 и более	10 и более
2	От 30 до 75	От 5 до 10
3	От 10 до 35	От 2 до 5
4	До 10	До 2

               

По дальности полета самолеты подразделяются на:

-магистральные дальние - 6000 км и более;

-магистральные средние - от 2500 до 6000 км;

-магистральные ближние - от 1000 до 2500 км;

-самолеты местных воздушных линий - до 1000 км.

История самолетного электрооборудования

История самолетного электрооборудования начинается с 1869 года.

 (1869-1910 гг.) охватывают время от первых проектов и попыток использования электричества в авиации до начала практического применения его на самолетах. 

Первый проект самолетного электрооборудования разработал в 1869 г. выдающийся русский электротехник А. Н. Лодыгин. На его вертолете «электролете» с приводом двух воздушных винтов предусматривался электрический движитель, комплекс электрооборудования, включавший аккуму­лятор, и изобретенные автором проекта лампы накаливания. В течение этого периода были разработаны некоторые специальные малогабаритные и легкие образцы электрооборудования, в частности, светильники и прожекторы. В прожекторах был применен легкий ме­талл - алюминий.

Создатель первого в мире самолета А.Ф. Можайский в 1879 г. предложил использовать энергию электрической искры для воспламенения горючей смеси в разработанном им двигателе. Высокое напряжение, необходимое для искрового разряда, получалось с помощью индукционной катушки, питаемой от аккумуляторной батареи. 

 (1910-1930 гг.) - годы формирования самолетного электрооборудования. На первых самолетах источником электроэнергии служил аккумулятор. Он использовался для зажигания горючей смеси в авиадвигателях и для освещения. Затем на отдельных самолетах появились и генераторы. Так, в 1912 г. для освещения, обогрева и радиосвязи на бомбардировщике «Илья Муромец» был установлен генератор переменного тока (1000Гц, 2кВА); он был разработан под руководством В. П. Вологдина. С 1919 г. на самолетах стали применять постоянный ток напряжением 8В, а с 1923 г. - 12В, в 1933 г. - 24В, в 1937г. - 27В. Генераторы вращались от ветрянки - специального воздушного винта, насаженного на вал гене­ратора. С 1926 г. от ветрянок стали переходить на привод от авиадвигателя.

В 1920 г. в Москве, на Ходынке, был создан научно-опытный аэродром, при котором был организован радиоэлектроотдел. В задачу которого входила разработка и испытание новых образцов радио и электрооборудования.

 К этому времени относится появление авиационных электрических приборов - стартеров, новых типов магнето, тахометров, термометров, бензиномеров, самолетных фар и светильников. Эти образцы электрооборудова­ния были разработаны на базе исследований основоположника отечественной авиационной электротехники В. С. Кулебакина, а их производство было организовано под руководством В. И. Полонского на заводе им. Козицкого.

 (1930-1945 гг.) - годы характерены стремительным разви­тием самолетного электрооборудования, обусловленным быстрым совершенствованием поршневой авиации. С ростом нагрузки бортовой сети ее напряжение с 1933 г. было повышено до 24 В.

В 1936 г. впервые в авиации на некоторых бомбардировщиках типа СБ была применена однопроводная система электроснабже­ния. С 1938 г. она была принята в США, а в середине 40-х годов на самолетах всех стран.

Важной вехой в истории авиационного электрооборудования стал 1939 год. На бомбардировщике Пе-2 впервые в авиации ши­роко был использован электропривод. Электромеханизмы для привода шасси, стабилизатора, посадочных щитков, управления триммерами к нему разрабатывались под руководством А. А. Енгибаряна. Это привело к повышению использования электроэнергии на самолетах.

В 1943 г. на самолетах широко стали применяться угольные регуляторы напряжения. В 1944 г. появились новые провода (типа ВПВЛ) с хлорвиниловой изоляцией. К 1945 г. для авиации была разработана серия генераторов типа ГСР; мощностью до 9 кВт, высотностью до 15—18 км с охлаждением путем продува.

 (1946-1959гг.) - годы характеризуются широким практическим применением реактивных самолетов. Это повлияло на электрооборудование авиадвигателей: оказались ненужными магнето, стали непригодными применявшиеся до этого электроинерционные стартеры. Новые стартеры и стартер-генераторы стали с автоматическим управлением.

Тяжелые самолеты продолжали выпускаться с поршневыми двигателями. К таким самолетам относится Ту-4 (1947 г.), для которого были разработаны новые системы электроснабжения и электропривода; электрические механизмы; осветительные устройства. В дальнейшем эти системы получили широкое применение и на других самолетах.

В 1956 г. был создан первый в мире пассажирский реактивный самолет Ту-104. Для запуска авиадвигателей на этом самолете был применен турбостартер, что коренным образом изменило элек­трическую часть системы запуска. С появлением других тяжелых самолетов подобного типа росла мощность их электросистемы. Стала ясной необходимость нового повышения напряжения самолетной электросети. Для этого наиболее удобной оказалась система трехфазного тока. Инициатором применения этой системы на самолетах был А. Н. Туполев. На самолете «Максим Горький» (1934 г.) впервые в мире в качестве основного был принят трехфазный переменный ток. К этой идее возвратились через 20 лет — в середине 50-х годов. В это время были разработаны самолетные Системы 208/120В трехфазного тока и щеточные генераторы (типов СГС и СГО), работавшие при нефиксированной частоте.

В середине 50-х годов появились надежные силовые кремние­вые выпрямители, на базе которых началось производство без щеточных генераторов переменного тока и статических преобразователей. На их основе к концу 50-х годов начался серийный выпуск агрегатов системы электроснабжения трехфазного тока 208/120В фиксированной частоты.

1960 г., связан с ростом производства тяжелых реактивных самолетов, увели­чением скорости, дальности и высоты полета. В связи с этим возросла мощность электросистем. Это привело к полной перестройке систем электроснабжения, начавшейся с тяжелых самолетов. Для них в качестве основного был принят переменный трехфазный ток 208/120В фиксированной частоты, разработаны принципиально новые бесконтактные генераторы трехфазного тока (серии ГТ), ППС и статические преобразователи рода тока. Новая система электроснабжения была осуществлена на Самолете Ил-62, а затем и на других самолетах С. В. Ильюшина, А. Н. Туполева, П. О. Сухого.

На легких и средних самолетах сохранились электрические системы постоянного тока со щеточными генераторами и преобразователями. К началу семидесятых годов дальнейшее совершенствование щеточных генераторов постоянного тока стало технически невозможным. На смену им пришли бесконтактные генераторы (серии ГСБК.) с бесконтактной аппаратурой управления. Бесконтактные генераторы оказались более надежными, чем кон­тактные, и позволили получить большую мощность на единицу массы. Таким образом, продолжается совершенствование и систем постоянного тока, базирующееся на новой технической базе источников электроэнергии.

В течение рассматриваемого периода были созданы новые герметичные коммутационные и защитные аппараты; электромеханизмы переменного тока; осветительные и светосигнальные устройства, система красного света в кабинах и маяки.

Таким образом, на пятом этапе происходит значительная каче­ственная реконструкция электрооборудования самолетов, определившая направление его развития на дальнейшие годы.

Классификация электрооборудования

Классификация элементов электрооборудования производится по ряду признаков.

По функциональному признаку электрооборудование самолетов делится на агрегаты и системы.

Агрегаты - это изделия, выполня­ющие однозначную функцию.

Системой называется совокупность агрегатов, электрически соединенных между собой определенной связью и взаимодействующих в рамках единого решения какой-либо задачи.

По энергетическому признаку из комплекса электрооборудова­ния выделяются две группы: потребители (или приемники) электроэнергии и система электроснабжения. Системой электроснабжения самолета называется совокуп­ность систем генерирования (или преобразования) и распределения электроэнергии. Различают две части такой системы: первичную и вторичную.

 

                 Структурная схема электроснабжения

Первичная система электроснабжения может быть основной и вспомогательной. Они отличаются следующим: генераторы основ­ной системы вращаются от маршевого двигателя самолета или от двигателя несущего винта вертолета; вспомогательная или резервная система дополняет основную или заменяет ее при снижении, рулении или стоянке самолета, когда его маршевые двигатели работают на малых оборотах или остановлены. Вспомогательная система получает электроэнергию от аккумулятора или от автономной вспомогательной силовой установки (ВСУ).

Вторичная система электроснабжения - система, питаемая преобразующими устройствами от первичной системы.

Соответственно этим двум системам различают и источники электроэнергии: первичные (генераторы, аккумуляторы) и вторичные (инверторы, выпрямители, трансформаторы).

Первичная система состоит из систем генерирования и распределения. В первую из них входят источники электроэнергии и аппаратура управления, обеспечивающая автоматическую работу. Вторичная система преобразования включает в себя преобразова­тели и аппаратуру автоматического управления ими. Обе системы - первичная и вторичная - имеют системы распределения электроэнергии, состоящие из распределительных устройств (РУ) и сети, образованной проводами и сетевыми аппаратами.

Различают три режима работы системы электроснабжения:

нормальный режим, при котором нормально функционируют элементы системы, обеспечивая бесперебойное питание всех потребителей;

ненормальный режим, который возникает вследствие внезапной потери или ухудшения управления системой. Такой режим - редкое, случайное явление, возникающее из-за отказа части элементов системы. Этот режим может быть кратковременным (например, сработала защита), после чего система возвращается в нормальный режим, или длительным (система переходит в ава­рийным режим);

аварийный режим, при котором система в полете не отдает необходимую мощность или не обеспечивает требуемое качество электроэнергии для потребителей. В этом случае потребители переключаются, на оставшиеся исправными системы или на аварийную систему.

Аварийной называется система электроснабжения, питаемая специальными аварийными источниками электроэнергии: аккуму­ляторами, преобразователями, генераторами вспомогательных силовых установок (ВСУ). Эта система может выполняться как часть первичной и вторичной систем электроснабжения.

Показатели электросети

Величины электрической цепи:

Электрический ток –это направленное движение электрических зарядов.

Напряжение –это энергия, которую расходует каждый электрический заряд в приемнике электрической энергии.

Электродвижущая сила (ЭДС) -это энергия, которую получает каждый электрический заряд в источнике электрической энергии.

Параметры электрической цепи:

Сопротивление (R) –характеризует способность элемента превращать электрическую энергию в тепловую. Иногда вместо понятия сопротивления употребляется понятие проводимости.

Емкость (С) - характеризует способность элемента накапливать электрические заряды (т. е возбуждать электрическое поле).

Индуктивность (L) - характеризует способность элемента возбуждать магнитное поле (превращать электрическую энергию в магнитное поле).

Взаимная индуктивность (М) – характеризуется влиянием индуктивных параметров друг на друга.

Род тока - переменный или постоянный - выбирается в зависимости от особенностей потребителей, удобства эксплуатации и по соображениям минимальной массы.

По требуемому роду тока все потребители электроэнергии делятся на четыре группы:

-безразличие к роду тока;

-требующие для своего пи­тания переменный ток, но допускающие отклонения частоты в оп­ределенных пределах;

-требующие для своего питания переменный ток стабильной частоты; -постоянного тока.

Потребители, для работы которых предпочтителен или требуется постоянный ток. Это электромагнитные устройства: реле контакторы, краны, муфты, тормоза. При постоянном токе такие агрегаты имеют минимальные габариты и массу, малые потери электроэнергии и высокую надежность. Двигатели постоянного тока необходимы для агрегатов, которые работают в режиме реверса или при изменении частоты вращения

 Потребители, для работы которых необходим или предпочтителен переменный ток. Это некоторые навигационные приборы (авиагоризонт, гироиндукционный компас и др.) и радиооборудование. Для питания последних требуется 2-3 напряжения, которые удобно получать при помощи статических преобразователей, поскольку последние не имеют вращающихся частей и легко могут быть выполнены встроенного типа. Двигатели переменного тока легче чем постоянного, так как не имеют коллекторно-щеточного узла; поэтому они и более надежны;

Потребители, безразличные к роду тока. К ним относятся светотехнические и нагревательные устройства; электродвигательные агрегаты, которые не работают в режиме реверса или измене­ния частоты вращения (насосы, вентиляторы).

Частота. На самолетах принята частота переменного тока 400 Гц, поскольку в диапазоне частот 400-900 Гц получается ми­нимальная масса большей части агрегатов электрооборудования, чувствительных к частоте (магнитных усилителей, дросселей, электромашин, сельсинов). При такой частоте обеспечивается достаточная быстроходность двигателей. Величина колебания частоты допускается в следующих преде­лах: 380-400Гц (±5%) в системах стабилизированной частоты, и 380—1050 Гц - в однофазных системах переменной частоты.

Напряжение. Для систем электроснабжения самолетов напряжение на клеммах потребителя предусмотрены два напряже­ния 115В для однофазных систем переменного тока и в качестве фазного значения напряжения трехфазных систем; 28,5В для постоянного тока.

Форма кривой напряжения должна быть синусоидальной. При этом действующее значение любой отдельной высшей гармоники не должно превышать 5% действующего значения основной гар­моники.

Симметричность составляющих трехфазной системы характе­ризуется симметричностью нагрузки фаз, векторов напряжений и т. д. Например, разность нагрузок наиболее и наименее нагруженных фаз не должна превышать 10% номинальной мощности кана­ла, угол сдвига между векторами напряжений соседних фаз должен находиться в пределах 116—124°; разность значений фазных напряжений при неравномерной нагрузке не должна превышать 4 В.

Типы систем электроснабжения

Так как на каждом самолете применяется постоянный и переменный ток, то тип системы электроснабжения определяется родом тока первичной системы.

А. Системы, постоянного тока. В этих системах генератор Г, вращаемый авиадвигателем АД, развивает напряжение 28,5В постоянного тока. Этим напряжением питаются потребители П постоянного тока. Потребители О однофазного переменного тока 120В питаются от преобразователя ПО, вращающегося или статического. На схеме показан и возможный канал специального напряжения С, например 36 В трехфазного тока, получаемого от преобразователя ПТ.

Достоинства системы данного типа: возможность использова­ния генераторов в качестве стартеров; наличие надежного резерв­ного и аварийного источника электроснабжения — аккумулятор­ной батареи; применение электроагрегатов, имеющих большую номенклатуру типов, хорошо освоенных, проверенных долголетним сроком эксплуатации.

Недостатки системы: большая масса проводов (связанная с относительно малым напряжением); трудности коммутации тока в коллекторах двигателей на больших высотах; сложность получения различных родов тока и напряжений, так как для этого необходимы вращающиеся преобразователи, относительно тяжелые и менее надежные, чем статические.

Применение рассматриваемой системы целесообразно в том случае, когда потребляемая мощность электроэнергии не превышает 9-12 кВт на авиадвигатель, а двигатели запускаются стартер-генераторами; для самолетов, летающих на высотах менее 6 км, при общей мощности потребителей до 40 кВт. Этим условиям соответствуют малые и легкие самолеты и вертолеты, на которых эта система и применяется.

Схема системы постоянного тока

Б. Системы переменного тока постоянной частоты. Здесь имеется бесконтактный генератор Г трехфазного тока, вращаемый от авиадвигателя АД через привод постоянной скорости (ППС). Непосредственно от генератора питаются потребители Т трехфазного тока напряжением 208В и однофазного О напряжением 120 В, включаемые на фазное напряжение (нейтраль генератора заземлена). Потребители постоянного тока П питаются напряжением 28,5 В от выпрямительной установки ВУ. Могут быть и другие - специальные цепи С, например стандартные пе­ременного тока напряжением 27,5 и 6В однофазного тока и нестандартные 36 В трехфазного тока.

Достоинства такой системы в том, что она универсальна: имеет любой из применяемых на самолете род тока и напряжения при отсутствии мощных щеточных машин; в системе нет вращающихся преобразователей, имеющих относительно большую массу, малые КПД и надежность; здесь полностью используются преимущества переменного тока и повышенного напряжения (в частности, снижение массы сети).

К недостаткам системы относятся сложность защиты, регули­рования и согласования параллельной работы генераторов. Суще­ственным недостатком является также большая масса и высокая стоимость ППС, а также значительные расходы, связанные с его обслуживанием и ремонтом. Такая система применяется на тяжелых самолетах.

Рассматриваемая система совершенствуется в следующих нап­равлениях: снижение массы и упрощение конструкции ППС; замена синхронных генераторов трехфазными асинхронными или генераторами, возбуждаемыми переменным током; применение статических преобразователей переменной частоты в постоянную, в связи с чем отпадает необходимость в ППС. Возможны два ва­рианта решения последней задачи.

1.Циклоконверторная система, при которой получаемый на генераторе переменный ток переменной частоты преобразовывается в ток постоянной частоты при помощи статического преобразователя частоты.

2.Переменный ток переменной частоты, получаемый на генераторе, выпрямляется и при помощи, статического преобразователя преобразуется в переменный ток постоянной частоты.

Однако необходимые для этих вариантов мощные преобразова­тели частоты еще не совершенны для авиационных условий.

 

Схема системы переменного тока

В. Смешанная система, включающая первичные источники постоянного и переменного тока. Она существует в двух вариантах: с генераторами переменного тока нефиксированной и фиксирован­ной частоты.

На рис. 1.4 показана схема первого варианта: система постоян­ного тока питается от генератора П, система переменного тока от трехфазного генератора Г2, которые вращаются непосредственно от авиадвигателя. Система переменного тока обычно работает на однофазные потребители О, но может питать и трехфазные потребители Т. В обоих вариантах потребители могут допускать колебание частоты в широких пределах (например, нагревательные устройства) или в более узких (некоторые радиоустройства).

Генераторы переменного тока позволяют разгрузить генерато­ры постоянного тока и уменьшить требуемую их мощность. При этом значительная часть потребителей (например, противообледенители) питается от генератора переменного тока большой мощности.

Недостатком системы является увеличение массы генератора переменного тока, так как масса зависит от диапазона расчетных частот, и возрастает обратно пропорционально минимальной угловой скорости. Этот недостаток, однако, компенсируется отсутствием ППС. Рассматриваемая система применена на средних самолетах, разработанных до начала семидесятых годов.

В настоящее время применяется второй вариант смешанной системы (рис. 1.5). Эта система отличается тем, что здесь используется генератор трехфазного тока 208/120В, который вращается от ППС, обеспечивающего постоянство угловой скорости. В этом варианте смешанная система имеет следующие дополнительные достоинства: возможность получения без преобразования как постоянного, так и переменного тока стандартных напряжений (в связи с этим отсутствие потерь на преобразование); экономия массы и повышение надежности за счет отсутствия вращающихся преобразователей; снижение массы отдельных генераторов, что облегчает их установку на авиадвигателе; увеличение живучести системы электроснабжения за счет разобщения и увеличения числа каналов.

Такой вариант смешанной системы применен, например, на самолете Як-42 (1976г.). Здесь впервые все источники электроэнергии— генераторы и преобразователи бесконтактные; даже в аварийной системе предусмотрен статический преобразователь постоянного тока в переменный (питающийся от аккумулятора).

Схема смешанной системы

 

 

Схема бесконтактной смешанной системы

Г.Комбинированная система. В ней применяются комбинированные генераторы (типов СГК), т. е. такие бесконтактные машины, которые в одном корпусе имеют два генератора: переменного тока (однофазный и трехфазный) или переменного и постоянного токов. В данной системе снижается общая масса генераторов за счет использования для двух машин одного корпуса, вала, подшипниковых щитов, системы охлаждения.

 

 

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2098; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!