Типы авиационных электрических машин

Генераторы бортовых систем

электроснабжения.

- охлаждающая : воздух или

среда воздух + спирто-водяная смесь

(пример реализации - см. рис.11 –

синхр. генератор с конт. кольцами).

- опоры вала : шарикоподшипники с консистентной

смазкой.

- масса : ~ 2 кг/кВт при n = 8000 об/мин и

Р = 12…20 кВт

( без элементов КИС на борту ).

- ресурс до : определяется выработкой коллектора и в

ремонта меньшей степени работоспособностью

шарикоподшипников, как правило,

≤ 1500 часов.

- основные недостатки : необходимость регламентных работ с осмот-

эксплуатационные ром и заменой щеток; загрязнение щеточной

пылью; необходимость воздуха для нормаль-

ной работы щеточно-коллекторного узла;

щеточно-коллекторный узел очень чувстви-

телен к вибрациям и крутильным колебани-

ям привода.

- основные недостатки : коллектор сложное и трудоемкое устройство,

конструктивные значительно увеличивающее расстояние меж-

ду опорами вала; необходимость либо регу-

лировки нейтрали, либо весьма точной взаим-

ной ориентировки деталей и сборочных еди-

ниц, оказывающих влияние на коммутацию;

ресурс качественно меньше ресурса привод-

ных авиадвигателей, что приводит к необхо-

димости наличия обменного фонда; при ком-

бинированной испарительной системе нали-

чие на борту бачка со спирто-водяной смесью

и управляемой заслонки; возможность повы-

шения оборотов при соответствующем сни-

жении массы ограничена предельной окруж-

ной скоростью в щ/к узле ( < 55м/с).

- основные достоинства : простота регулировки напряжения в большом

эксплуатационные диапазоне; возможность использования гене-

ратора в качестве стартера при минимальном

увеличении массы (практически только на ве-

личину массы сериесной обмотки) – сущест-

венный выигрыш в массе за счет отсутствия

на борту специального турбостартера.

- основные достоинства : данный тип отработан многими десятилетия-

конструктивные ми; комбинированная испарительная система

охлаждения весьма надежна и обеспечивает

минимально возможную температуру маши-

ны при любых условиях эксплуатации; воз-

можен отказ от турбостартера на борту.

5.2. Бесщеточные генераторы со статическими выпрямителями и вращающимися выпрямителями

(иначе: вентильные генераторы с вращающимися выпрямителями; бесконтактные генераторы – БК).

Рис. 5

- Область применения : генераторы бортовых систем электро-

снабжения.

- охлаждающая : исторически сложилось – воздух или

среда воздух + спирто-водяная смесь, но явно

просматривается возможность исполь-

зования масла как при канальном, так и

при распылительном охлаждении при

соответствующей интеграции с приво-

дом.

- опоры вала : исторически сложилось – шарико-под-

шипники с консистентной смазкой, но

возможно масляное охлаждение при со-

ответствующей интеграции с приводом.

- масса : ~ 1,6 кг/кВт при n= 8000 об/мин и

Р = 18 кВт

(для воздушного охлаждения или при

комбинированной испарительной систе-

ме без элементов КИС на борту).

- ресурс до : определяется работоспособностью шари-

ремонта коподшипников; для шарикоподшипни-

ков с консистентной смазкой < 2000 ча-

сов (без смены смазки).

- основные : несколько завышены постоянные време-

недостатки ни (электромагнитная схема достаточно

эксплуатационные инертна); практически исключена воз-

можность использования электрозапуска;

нагрузки при «рулежке» уступают колле-

кторным генераторам (охлаждение вен-

тилей).

- основные : машина значительно сложнее (~2,5…3 ра-

недостатки за) по сравнению с коллекторным генера-

конструктивные тором и дороже; габариты таких машин

при воздушной или комбинированной ис-

парительной системе охлаждения несколь-

ко больше габаритов коллекторных гене-

раторов той же мощности за счет развитой

системы радиаторов силовых вентилей;

при установке блока с вращающимися вы-

прямителями внутрь пустотелого вала (для

уменьшения габаритов и нагрузок) возмо-

жная длина шлицевого валика практически

исключает возможность выполнения «гиб-

кого торсиона», а сам вал выполняется со-

ставным, что снижает частоту его собстве-

нных колебаний; при комбинированной

испарительной системе – наличие на борту

бачка и управляемой заслонки.

- основные : время межрегламентных работ может

достоинства быть значительно увеличено, а время рег-

эксплуатационные лементных работ значительно сокращено

по сравнению с коллекторными генерато-

рами ( нет щеток – не нужны их осмотры и

замена, требующие иногда демонтажа ге-

нератора).

- основные : несколько меньшая масса по сравнению с

достоинства коллекторными генераторами той же мощ-

конструктивные ности; меньшая чувствительность к вибра-

циям; потенциальная возможность приме-

нения в качестве охладителя масла (при ин-

теграции с приводом) и вытекающие из это-

го возможности увеличения ресурса до ве-

личины сопоставимых с ресурсом авиадви-

гателей и повышения частоты вращения

для уменьшения массы.

Дополнительные Устройство и технология сборки блока ста-

сведения: тических выпрямителей таблеточного типа

весьма своеобразны и будут рассмотрены

отдельно в лекции №20.

5.3. Вентильные генераторы с комбинированым возбуждением

Рис.6

- Область применения : генераторы бортовых систем электроснаб-

жения спецобъектов.

- охлаждающая : ограничений нет, используются все виды

среда охладителей , кроме спирто-водяной

смеси.

- опоры вала : как правило, интегрированы с шарикопод-

шипниками привода.

- масса : > 2,5 кг/кВт при Р=5 кВт в пересчете на

(активная часть) n = 8000 об/мин без вентильного блока

(очень сильно зависит от характера нагру-

зок).

- основные : достаточно ограниченный диапазон регу-

эксплуатационные лирования напряжения в зависимости от

недостатки частоты вращения; блок силовых венти-

лей отделен от самой машины (как прави-

ло) ; довольно высокое рассеивание.

- основные : наличие биметаллической обоймы (слож-

конструктивные ная технология); проблемы балансировки;

недостатки достаточно сложные схемы организацион-

но-технического характера при интеграции

с приводом; необходимость разделения,

как правило, блока силовых вентилей и са-

мой машины.

- основные : высокая надежность (нет щеток, нет враща-

достоинства ющихся обмоток); достаточно высокий

эксплуатационные КПД.

- основные : возможность использования при окружных

достоинства скоростях ротора ~170 м/с; достаточно ши-

конструктивные рокие возможности при интеграции с при-

водом.

5.4. «Вентильные» индукторные генераторы

Рис.7

- Область применения : генераторы бортовых систем электроснаб-

жения спецобъектов.

- охлаждающая : ограничений нет, используются все виды

среда охладителей, кроме спирто-водяной смеси.

Видимо наиболее рациональна канальная

система жидкостного охлаждения.

- опоры вала : как правило, интегрированы с шарикопод-

шипниками привода.

- масса : >3,5 кг/кВт при Р=5 кВт в перерасчете на

(активная часть) n = 8000 об/мин без вентильного блока

(очень сильно зависит от характера нагру-

зок).

- основные : невысокий КПД (электромагнитное возбу-

эксплуатационные ждение); блок силовых вентилей отделен

недостатки от самой машины (как правило); высокое

рассеивание.

- основные : большая масса при частотах вращения

конструктивные < 24∙10³об/мин; как правило, необходи-

недостатки мость разделения блока силовых вентилей

и самой машины; большие потоки рассея-

ния.

- основные : очень высокая надежность.

достоинства

эксплуатационные

- основные : чрезвычайно простая конструкция ротора,

достоинства низкая стоимость, возможность использо-

конструктивные вания при окружных скоростях более

200 м/с; широкие возможности интеграции

с приводом.

5.5. «Вентильные» генераторы с возбуждением от постоянных магнитов и регулированием напряжения за счет электроники (полупроводниковые ключи и стабилетроны)

Рис. 8

- Область применения : генераторы бортовых систем электроснаб-

жения небольших мощностей (мощность

лимитируется возможностями электрони-

ки).

- охлаждающая среда : ограничений нет, как правило, воздух

(продув).

- опоры вала : как правило, шарикоподшипники с конси-

стентной смазкой; жидкостная смазка ве-

дет к интеграции с приводом, что для не-

больших мощностей, как правило, не оп-

равдано, за исключением консольного ра-

сположения ротора на валу привода.

- масса : ~ 1,8÷2 кг/кВт при n = 8000 об/мин и

Р = 3 кВт

без учета блока выпрямления и регули-

рования (~2,3кг/кВт, если тиристоры на

машине).

- ресурс до : определяется работоспособностью шари-

ремонта коподшипников; при шарикоподшипни-

ках с консистентной смазкой < 2000 ча-

сов ( без смены смазки).

- основные : если тиристоры на машине, то воздух ну-

эксплуатационные жен до 60…70⁰С; если блок вне генерато-

недостатки ра – фактически два агрегата, связанных

большим количеством проводов.

- основные : сложность закрепления магнитов на ро-

конструктивные торе (биметаллические обоймы или би-

недостатки металлические «звездочки» и клинья –

«коллекторная» конструкция);

если блок и сама машина разделены, то

между ними необходимо большое коли-

чество проводов достаточно большой

длины (разные отсеки) – увеличение

массы; стоимость высокая.

- основные : высокая надежность (нет щеток, нет вра-

достоинства щающихся обмоток); регламентные рабо-

эксплуатационные ты сведены к минимуму.

- основные : сама машина достаточно проста и ком-

достоинства пактна; возможно обеспечить режим ру-

конструктивные лежки без самовентиляции ( нет щеток и

вентилей, имеющих невысокую темпера-

туру эксплуатации), если блок отделен от

машины и имеет развитую систему ох-

лаждения.

Для интеграции при консольном располо-

жении ротора на валу привода вариант,

пожалуй, наилучший.

Можно применять при окружных скорос-

тях ротора до ~ 170 м/с.

Применение «вентильных» генераторов других типов носит эпизодический характер.