Авиационные генераторы. Основные сведения об авиационных генераторах (тема № 3.1)

1.

Тема №3
Авиационные генераторы
Занятие№1
Основные сведения об авиационных
генераторах.
1

2. Вопросы занятия:

1. Назначение и принцип действия генераторов
переменного и постоянного тока.
2. Основные сведения о генераторах
постоянного тока.
• ЭДС и напряжение генераторов.
• Электромагнитный тормозной момент.
• Реакция якоря.
• Коммутация тока.
2

3. Вопрос №1. Назначение и принцип действия генераторов переменного (~I) и постоянного (–I) тока.

Генераторы предназначены для преобразования механической
энергии в электрическую.
Принцип действия
3

4.

Историческая справка
4

5. Майкл Фарадей

1791 – 1867 г.г., английский физик,
Почетный член Петербургской
Академии Наук (1830),
Основоположник учения об электромагнитном поле; ввел понятия
«электрическое» и «магнитное поле»;
высказал идею существования
электромагнитных волн.
1821 год: «Превратить магнетизм в
электричество».
1831 год – получил электрический ток с
помощью магнитного поля
5

6. 29 августа 1831 года

«На широкую деревянную катушку была
намотана медная проволока длиной в 203 фута и
между витками её намотана проволока такой
же длины, изолированная от первой
хлопчатобумажной нитью.
Одна из этих спиралей была соединена с
гальванометром, другая – с сильной батареей…
При замыкании цепи наблюдалось внезапное, но
чрезвычайно слабое действие на гальванометре,
и то же самое действие замечалось при
прекращении тока. При непрерывном же
прохождении тока через одну из спиралей не
удалось обнаружить отклонения стрелки
гальванометра…»
6

7. 17 октября 1831 года

–
Электромагнитная индукция
физическое явление, заключающееся в
Электрический ток
возникновении вихревого электрического
поля, вызывающего электрический
ток
возникал тогда
, в
замкнутом контурекогда
при изменении
проводник
потока магнитной индукции через
оказывался
поверхность, ограниченную этим
в
области
действия
контуром.
переменного
Возникающий при этом
ток называют
магнитного
поля.
индукционным
.
!
7

8.

8

9. Закон электромагнитной индукции

В проводнике, пересекающем магнитное поле, наводится ЭДС
(Е), мгновенное значение которой пропорционально магнитной
индукции (В), активной длине проводника (l ) и скорости
пересечения проводником магнитных силовых линий (V):
е=BlV
Где:
е — мгновенное значение ЭДС индукции;
В — магнитная индукция;
l — длина проводника;
V — скорость движения проводника относительно поля.
9

10.

Направление индуцированной ЭДС определяется
правилом правой руки:
Если правую руку расположить в
магнитном поле так, чтобы
магнитные силовые линии были
направлены в ладонь,
а большой палец, отогнутый в
плоскости ладони на угол 90°,
показывал направление движения
проводника относительно
магнитного поля,
то остальные пальцы, вытянутые в
плоскости ладони, покажут
направление индуцированной в
проводнике ЭДС и
направление тока в проводнике.
Магнитные силовые линии направлены от северного полюса магнита к южному.
10

11. Принцип действия генераторов ~I тока

Принцип действия электрических генераторов основан на использовании закона
электромагнитной индукции.
Простейший генератор переменного тока
11

12. Принцип действия генераторов ~I тока

Простейший генератор
переменного тока
Период (Т) – это время, в течение которого ЭДС (ток) совершает одно
полное колебание.
Частота тока (f) - число полных колебаний за одну секунду.
Частота измеряется в герцах (Гц):
где: p - число пар полюсов;
n - частота вращения генератора (об/мин).
Генераторы, у которых частота переменного тока пропорциональна
частоте вращения, называются синхронными.
12

13. Принцип действия генераторов ~I тока

Для увеличения мощности генератора
применяют электромагниты,
создающие сильный магнитный поток
возбуждения.
На ЛА применяются трехфазные генераторы, имеющие три обмотки, в
которых наводятся ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг
друга по фазе на 120°.
13

14. Принцип действия генераторов –I тока

В проводниках ЭДС имеют одинаковые направления и
суммируются. Когда проводник А окажется под южным полюсом, а
проводник Б – под северным полюсом , направление ЭДС в них
изменится.
Своего наибольшего значения ЭДС в
рамке достигает тогда, когда стороны
ее расположены непосредственно под
полюсами.
Коллектор выпрямляет ток, т. е. обеспечивает прохождение
индуктируемого тока во внешней цепи в одном направлении.
14

15. Двухвитковый генератор постоянного тока - генератор, состоящий из двух расположенных перпендикулярно один к другому витков.

Начало и конец каждого витка присоединены к коллектору,
состоящему из четырех коллекторных пластин.
Ток, как и прежде, будет пульсирующим, однако пульсация
получается значительно меньше, чем при одном витке, так как ЭДС
генератора не снижается до нуля.
Кривые пульсации электродвижущей силы
двухвиткового генератора
15

16. Электродвигатели.

Машины постоянного тока обладают свойством обратимости и могут
работать как в качестве генератора, так и в качестве электродвигателя.
Электрические машины, преобразующие электрическую энергию в
механическую, называются электродвигателями.
Если подвести к простейшему генератору электропитание от
источника электрической энергии, то на сторону рамки Б действует
сила F1 направленная вверх, а на сторону рамки А—сила F2
направленная вниз.
Силы F1 и F2 создают вращающий момент и рамка будет
поворачиваться.
Схема простейшего электродвигателя
16

17. Закон электромагнитных сил.

N
F
2
n
B
A
1
F
S
F=BIl
I
На проводник с током,
находящийся в магнитном
поле действует эл.магн.сила.
17

18. Правило левой руки

Направление электромагнитной силы
определяется по правилу левой руки.
Если левую руку расположить так,
чтобы линии магнитного поля входили в
ладонь перпендикулярно к ней, а четыре
пальца были направлены по току, то
отставленный на 900 большой палец
покажет направление действующей на
проводник силы.
18

19. Основные части генератора и их назначение.

Статор и ротор – неподвижная и подвижная части.
Индуктор – служит для создания основного магнитного
потока.
Якорь - устройство, в обмотках которого наводится ЭДС
( якорь и индуктор могут быть и ротором и стартором).
Сердечники ротора и статора – магнитная система,
предназначена для проведения (пропускания) основного
магнитного поля (потока) и придания ему необходимой
конфигурации.
19

20.

Статор – ферромагнитный цилиндр, который выполнен из отдельных
изолированных стальных листов для ↓ потерь из-за возникновения
вихревых токов.
Статор с торцов закрывается подшипниковыми щитами, в которые
устанавливается ротор.
Полюса – стальные сердечники, устанавливаются внутри статора. На
полюса одеваются обмотки возбуждения (ОВ), по ним протекает ток.
Ротор (якорь) - стальной барабан, спрессованный из отдельных
листов электротехнической стали.
В пазах ротора уложена обмотка якоря, концы которой подпаиваются к
коллекторным пластинам.
Коллектор служит для выпрямления переменной э. д. с, индуктируемой
в обмотке якоря генератора, и для съема тока. Он состоит из большого
числа медных коллекторных пластин. По коллектору скользят щётки,
которые устанавливаются в щётко-держатели. Щётко-держатели
устанавливаются на подшипниковом щите.
20

21.

Обмотка якоря – совокупность проводников, уложенных в пазы
якоря и соединённых между собой коллекторными пластинами по
определенной схеме.
Ось полюсов – плоскость или линия проходящая через центр якоря
и середины 2х противолежащих полюсов.
Геометрическая нейтраль – плоскость или линия проходящая
через центр якоря и делящая расстояние между двумя соседними
полюсами пополам.
Физическая нейтраль – условная линия, которая разделяет зоны
влияния северного и южного полюсов на обмотку якоря и проходит
перпендикулярно направлению магнитного потока электромашины.
21

22.

Устройство МПТ
станина статора
катушки обмотки
возбуждения
главные полюсы
N
Якорь
полюсные наконечники
Вал
Коллектор
S
якорная обмотка
силовые линии магнитного поля
щетки

23. Конструкция

Вал
Конструкция
Обмотка
якоря
Обмотка
возбуждения
Сердечник якоря
Угольные щётки
Коллектор
23

24.

Принцип действия генератора ПТ
Ф
e1
N
N
e2
ГН
Ток параллельной ветви
e6
IЯ
iа
2a
Ток якоря
число параллельных
ветвей
e5
S
e3
n
ГН
параллельные ветви
e4
длина проводника
e Bn l
магнитная индукции в воздушном
зазоре
(1)

25. Вопрос № 2. Основные характеристики генераторов постоянного тока

ЭДС и напряжение генератора
Сумма ЭДС всех проводников одной параллельной ветви обмотки
якоря определяет ЭДС якоря
Е се Ф n
где
p N
- постоянный коэффициент
се
60
U E RЯ I Я
Напряжение
Если к обмотке возбуждения подведено напряжение UВ, то в ней
возникает ток IВ, создающий МДСwВIB . Эта МДСwВIB возбуждает в
машине магнитный поток возбуждения Ф.
При вращении проводников якоря в магнитном поле, возбуждаемом
МДС главных полюсов машины, в них наводятся ЭДС.
25

26. Магнитная нессиметрия

Магнитная нессиметрия генератора возникает из-за:
- неравномерности воздушности зазора под полюсами
(производственный дефект, износ подшипников),
- разной индукции в частях машины по причине неоднородности
стали.
Из-за магнитной нессиметрии ЭДС параллельных ветвей
становятся не одинаковыми, что ведет к появлению уравнительных
токов. Уравнительные токи вызывают перегрузку ветвей и щеток,
повышают нагрев машины и понижают КПД.
Для устранения - уравнительные
токи направляются помимо щеток. Это
достигается установкой уравнительных
соединений точек обмоток, которые
должны иметь равные потенциалы.
Уравнительные соединения
устанавливаются со стороны
коллектора.
26

27. Реакция якоря

Реакцией якоря называется действие МП якоря на МП основных полюсов в
результате чего магнитный поток распределяется под полюсами
неравномерно.
а - магнитный поток главных полюсов; б – магнитный поток, создаваемый обмоткой якоря;
в - суммарный магнитный поток нагруженного генератора.
На холостом ходу ток в обмотке якоря равен 0, МП в машине создаётся
только основными полюсами оно равномерное и симметричное
относительно геометрической нейтрали и оси полюсов.
При подключении к машине внешней цепи по обмотке якоря начнет
протекать ток и образуется МДС, которая создаст свой магнитный
поток.
Под влиянием реакции якоря результирующий магнитный поток
распределяется под полюсами электрической машины неравномерно.
Ось результирующего магнитного потока машины сдвигается по отношению
27
к оси полюсов.

28. Последствия реакции якоря

Реакция якоря отрицательно сказывается на работе
генератора.
Между щетками и коллектором возникает сильное искрение.
Искрение вызывает подгар поверхности коллектора и щеток и
выводит их из строя.
Реакция якоря не только смещает магнитное поле главных
полюсов, но и частично ослабляет его, что приводит к
уменьшению индуктируемой генератором э. д. с.
Для ослабления реакции якоря в генераторах между
основными полюсами устанавливаются добавочные полюсы
или в полюсные наконечники главных полюсов закладывают
компенсационную обмотку.
Добавочные полюсы создают дополнительное магнитное
поле, которое в зонах установки щеток направлено навстречу
полю якоря, вследствие чего действие его нейтрализуется. 28

29. Схема генератора с добавочными полюсами

29

30. Электромагнитый тормозной момент

Коммутация тока.
Это процесс изменения направления тока в секции в момент
замыкания её щеткой, при переходе секции из одной
параллельной ветви в другую.
Из-за реакции якоря ЭДС коммутируемой секции ≠ O. => при
коммутации появляется искрение.
Для уменьшения коммутации тока увеличивают число
коллекторных пластин и диаметр коллектора.
Электромагнитый тормозной момент
Это момент , обусловленный взаимодействием тока,
протекающего по обмотке якоря, с магнитным потоком
полюсов.
У генератора электромагнитный момент направлен
навстречу моменту приводного двигателя и является
тормозящим.
30

31. Щёточно - коллекторный узел (ЩКУ)

Щёточно-коллекторный узел — узел электрической машины,
обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями,
расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора
(набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих
контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору).
ЩКУ является одной из основных частей генераторов постоянного
тока, определяющий условия безыскровой коммутации.
Одним из способов улучшения коммутации является уменьшение
добавочного тока iд посредством ↑ контактного сопротивления Rщ, т.е.
связан с выбором сорта щеток.
При длительной работе на поверхности коллектора образуется
оксидная плёнка – политура (толщ. 50-60 мкм), которая является
смазывающим слоем.
На большой высоте из-за нехватки O2 пленка изнашивается →
→ ↑износ щёток. Для надёжности контакта при больших вибрациях ↑
давление щёток на коллектор => ↑износ => периодически контролируется
h изн.
Для уменьшения износа в высотных условиях в шихту щеток
31
добавляют олово (тип МГС-7И, В1-7 – высотность до 25 км).

32.

Типы щёткодержателей
32

33.

33