I электрическое оборудование

Гусев И.Н.

Конспект лекций ^©

Иркутск, 2007 г.

Содержаниестр.

Основные тактико-технические требования, предъявляемые к системам оборудования. 6

Специальные требования, предъявляемые к системам оборудования. 7

I ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.. 7

1 Источники электрической энергии. 9

1.1 Химические источники тока. 10

1.1.1 Основные параметры АБ. 11

1.1.2 Правила установки АБ на борт ЛА.. 12

1.2 Электромашинные генераторы.. 12

1.2.1 Генераторы постоянного тока. 13

а) Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока. 13

б) Характеристики генераторов постоянного тока. 13

в) Параллельная работа генераторов постоянного тока. 17

г) Автоматическое выравнивание токов нагрузки при параллельно работающих генераторах постоянного тока. 17

д) Управление и защита генераторов постоянного тока. 18

1.2.2 Генераторы переменного тока. 18

а) Привод генератора переменного тока. 20

б) Параллельная работа генераторов переменного тока. 21

1.2.3 Перспективы развития электромашинных генераторов. 22

1.3 Вторичные источники энергии. 22

1.3.1 Трансформаторы.. 23

1.3.2 Выпрямители. 24

1.3.3 Инверторы.. 26

а) электромашинные инверторы.. 26

б) статические инверторы.. 27

1.3.4 Умформеры (преобразователи) 28

а) электромашинные умформеры.. 28

б) статические умформеры (конверторы) 29

1.3.5 Стабилизаторы.. 29

2 Системы передачи и распределения электроэнергии (электрические сети) 30

2.1 Авиационные провода. 30

2.1.1 Конструктивные отличия авиационных проводов от проводов общего назначения 30

2.1.2 Определение сечения авиационных проводов. 31

2.2 Монтажно-установочная аппаратура. 32

2.2.1 Зажимные разъемы.. 32

2.2.2 Штепсельные разъемы.. 32

2.3 Коммутацнонная аппаратура. 33

2.3.1 Виды коммутацнонной аппаратуры.. 33

2.3.2 Электромагнитные коммутацнонные элементы.. 33

а) Контакторы.. 34

б) Реле. 34

в) Поляризованное реле. 35

3 Потребители электрической энергии. 35

3.1 Авиационный электропривод. 35

3.1.1 Управление электроприводом.. 35

а) Пуск (вход или включение) 35

б) Торможение (остановка) 36

в) Реверсирование (изменение направления вращения) 36

г) Регулирование скорости вращения. 37

3.1.2 Авиационные электродвигатели. 37

а) электродвигатели постоянного тока. 37

б) электродвигатели переменного тока. 40

4 Система зажигания. 41

4.1 Авиационные свечи. 42

4.1.1 Искровые свечи. 42

4.1.2 Полупроводниковые свечи. 43

4.1.2 Эрозийные свечи. 44

4.2 Источники высокого напряжения. 44

4.2.1 Пусковая индукционная катушка. 44

4.2.2 Авиационная магнета. 45

5 Система запуска АД.. 45

5.1 Основные требования, предъявляемые к системам запуска АД.. 45

5.2 Виды систем запуска. 46

5.3 Электрические стартеры для поршневых двигателей (ПД) 46

5.4 Запуск газотурбинных двигателей (ГТД) 46

6 Противообледенительная система. 47

6.1 Противообледененительные и нагревательные устройства. 47

6.2 Система обогрева передних стекол кабины.. 47

6.3 Система обогрева носовых частей крыльев и хвостового оперения. 48

7 Светотехническое оборудование. 48

7.1 Внутреннее освещение. 48

7.2 Посадочно-рулежное освещение. 48

7.3 Оборудование световой сигнализации. 48

II ПРИБОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.. 49

1 Элементарные сведения из теории погрешности. 50

1.1 Абсолютные погрешности. 50

1.2 Относительные погрешности. 50

2 Электродистанционные передатчики ЭДП.. 51

2.1 ЭДП на постоянном токе. 52

2.1.1 Гальванометрическая ЭДП с реостатным датчиком.. 52

2.1.2 Логометрическая ЭДП.. 54

а) Схема параллельного включения логометров. 54

б) Дифференциальная схема последовательного включения логометров. 54

в) Компенсационная схема ЭДП с сервоприводом.. 55

2.2 ЭДП на постоянном токе. 55

2.2.1 Самосинхронизирующееся сельсинная ЭДП.. 56

2.2.2 Компенсационная сельсинная ЭДП с исполнительным приводом.. 57

2.2.3 Магнесинная ЭДП.. 57

3 Приборы контроля работы силовой установки. 59

3.1 Приборы для измерения давления. 59

3.1.1 Механические манометры.. 59

3.1.2 Электромеханические манометры.. 60

3.1.3 Электрические манометры.. 61

3.2 Приборы для измерения температуры.. 61

3.2.1 Электрические термометры.. 61

а) Электрические термометры сопротивления. 62

б) Термоэлектрические термометры.. 62

3.3 Приборы для измерения скорости вращения. 63

3.3.1 Магнитоиндукционный тахометр. 63

3.3.2 Приборы для измерения скорости вращения вала АД.. 64

а) Оптический метод измерения скорости вращения вала АД.. 64

3.4 Приборы для измерения количества топлива. 64

3.4.1 Механический топливомер. 65

3.4.2 Электромеханический топливомер. 65

а) Суммирующий электромеханический топливомер. 65

б) Электроемкостный топливомер. 66

3.5 Приборы для измерения расхода топлива. 67

3.5.1 Методы определения расхода топлива. 67

а) Механический метод определения расхода топлива. 68

б) Гидромеханический метод определения расхода топлива. 68

в) Индукционный метод определения расхода топлива. 68

г) Турбинный метод определения расхода топлива. 68

3.6 Приборы для измерения вибрации. 69

4 Пилотажно-навигационные приборы.. 70

4.1 Введение в теорию гироскопических приборов. 70

4.1.1 Основные свойства свободного гироскопа. 70

4.1.2 Ускорение Кориолиса. 71

4.1.3 Типы современных гироскопов. 73

4.1.4 Гироскоп с электрическим типом подвеса ротора. 73

4.1.5 Гироскоп с магнитным типом подвеса ротора. 75

4.1.6 Криогенный гироскоп. 75

4.1.7 Лазерный гироскоп. 76

4.2 Приборы для измерения высоты полета. 77

4.2.1 Приборы для измерения абсолютной высоты полета. 78

4.2.2 Приборы для измерения относительной высоты полета. 79

4.3 Приборы для измерения скорости полета. 79

4.3.1 Виды скоростей полета. 79

4.3.2 Методы определения скоростей полета. 79

4.3.3 Определение вертикальной скорости полета. 80

4.3.4 Комбинированный указатель скорости (КУС) 80

4.3.5 Вариометры.. 81

4.4 Приборы для измерения курса полета. 82

4.4.1 Методы определения угла курса. 84

4.4.2 Магнитный компас. 84

4.4.3 Индукционный компас. 85

4.4.4 Астрономический компас. 86

4.4.5 Гирополукомпас. 87

4.5 Приборы для измерения угловых скоростей полета. 88

4.5.1 Скоростной (двухстепенной) гироскоп. 88

4.5.2 Интегрирующий гироскоп. 89

4.6 Приборы для измерения угла крена и тангажа. 90

4.6.1 Авиагоризонт.. 90

4.7 Приборы для определения широты и долготы.. 92

4.7.1 Навигационно-автоматические координаторы (НАК) 92

а) Системы, основанные на счислении пройденного пути. 93

б) Инерциальные системы навигации. 94

4.8 Приборы для измерения углов атаки и скольжения. 94

4.8.1 Флюгерный метод. 95

4.8.2 Установка ПВД под углом.. 95

4.8.3 Доплеровский измеритель путевой скорости и угла скоса. 95

5 Приборы контроля работы отдельных агрегатов и систем.. 96

5.1 Расположение приборов на приборной доске. 96

5.1.1 «Т»-образная схема по требованиям ИКАО.. 96

5.1.2 Калиматорная схема. 96

5.2 Системы автоматической регистрации параметров полета (САРПП) 96

5.3 Система автоматического управления (САУ) 97

5.3.1 Задачи, решаемые САУ.. 97

5.3.2 Автопилот (АП) 98

III РАДИООБОРУДОВАНИЕ.. 99

1 Общие сведения. 99

1.1 Основные сведения о передаче информации. 99

1.2 Понятие модуляции сигнала. 102

1.3 Излучение и прием электромагнитной энергии. 102

1.4 Селекция каналов связи. 104

1.4.1 Пространственная селекция каналов связи (радиолокация) 104

1.4.2 Временная селекция каналов связи. 105

1.4.3 Частотная селекция каналов связи. 105

2 Радиосвязное оборудование. 107

2.1 Компоненты радиосвязного оборудования. 107

2.2 Классификация радиосвязного оборудования. 107

2.2.1 По роду работы.. 107

2.2.2 По характеру связи. 107

2.3 Приемники. 108

2.3.1 Приемники прямого усиления. 108

2.3.2 Гетеродинный приемник. 108

2.3.3 Супергетеродинный приемник. 109

2.4 Передатчики. 109

3 Радионавигационное оборудование. 110

3.1 Радиодальномеры.. 111

3.1.1 Фазовый радиодальномер. 111

3.1.2 Импульсный радиодальномер. 113

3.2 Радиовысотомеры.. 114

3.2.1 Частотный радиовысотомер. 114

3.3 Угломерные устройства. 115

3.3.1 Радиопеленгаторы.. 115

а) Метод максимумов. 115

б) Метод минимумов. 115

в) Метод сравнения. 116

г) Метод равносигнальной зоны.. 116

3.3.2 Фазовые радиопеленгаторы.. 117

3.3.3 Фазовый радиомаяк. 118

3.3.4 Бортовой автоматический радиокомпас. 119

3.4 Системы ближней и дальней навигации. 120

3.4.1 Радионавигационная система ближней навигации (РНСБН) 120

3.4.2 Радионавигационная система дальней навигации (РНСДН) 120

3.5 Доплеровский измеритель путевой скорости и угла сноса. 121

4 Радиолокационное оборудование. 123

4.1 Станции наблюдения земной поверхности (панорамные) 124

4.2 РЛС наведения ЛА.. 125

5 Системы посадки. 126

5.1 Упрощенная система посадки. 126

5.2 Радиомаячная система посадки. 127

5.2.1 Глиссадный радиоприемник. 127

Список литературы.. 129

Основные тактико-технические требования, предъявляемые к системам оборудования

1. Высокая надежность:

1.1. Вероятность безотказной работы .

1.2. Интенсивность отказов .

1.3. Время наработки на отказ .

2. Минимальная масса и габариты.

, где

– полетная масса;

– масса на земле переработанного агрегата;

– дополнительная масса.

,

.

3. Удобство и безопасность в эксплуатации.

4. Ремонтно-эксплуатационная технологичность.

5. Низкая стоимость.

Специальные требования, предъявляемые к системам оборудования

1. Сохранение работоспособности при любом положении в пространстве.

2. Достаточная термическая стойкость и прочность.

3. Достаточная механическая прочность и устойчивость.

, при . .

4. Электромагнитная совместимость.

5. Достаточная радиационная стойкость.

Химические источники тока

ХИТ – это устройства, непосредственно преобразующие энергию химической реакции в электрическую без какой-либо промежуточной трансформации в другой вид энергии.

ХИТ состоят из:

• аккумуляторной батареи (АБ), рассчитанной на заряд-разряд;

• гальванического элемента (ГЭ) - одноразового, в котором происходит только окислительная реакция;

• ампульной батареи (АБ), используемой только для одноразовых ЛА (ракет), которая быстро приходит в готовность и функционирует не более 2х суток;

• топливного элемента (ТЭ) – химической системы, которая может обходиться без электролита (автономно-водородный элемент).

Рисунок 1.5 – Электрохимическая система.

В основном на самолетах применяются АБ.

АБ – это химический источник тока многоразового действия, основанный на обратимых экзотермических химических реакциях (окисления и восстановления).

Таблица 1.1 – Характеристики АБ

Тип АБ	Компоненты	Предел рабочих температур,	Число зарядно-разрядных циклов	Время саморазряда,	Плотность электролита,	ЭДС,
Свинцовая
Серебряно-цинковая
Никель-кадмиевая

Серебряно-цинковые АБ:

• сохраняют неизменным свое внутреннее напряжение ;

• имеют хорошие стартовые свойства;

• являются эталонным источником.

Основные параметры АБ

1. ЭДС и размерное напряжение .

- если внешняя нагрузка отсутствует.

, где

– внутреннее сопротивление АБ, меняющееся в зависимости от температуры и плотности , и являющееся показателем химической активности электролита ;

– сопротивление электролита;

– сопротивление электродов;

– переходное сопротивление.

Например: имеет .

2. Емкость ХИТ – это количество вещества , которое способен отдать аккумулятор при разряде номинальным током до предельно-допустимого напряжения.

.

Если , то - если разряжающий ток постоянный, где - время разряда.

3. Срок службы, определяющийся числом зарядно-разрядных циклов.

4. Время саморазряда.

Примеры АБ:

1) :

Стартерно-авиационная моноблочная; 12 – количество последовательно соединенных элементов; 28 – номинальная емкость .

2)

Серебряно-цинковая, среднего режима разряда; 15 – количество последовательно соединенных элементов; 45 – номинальная емкость .

3)

Никель-кадмиевая батарея, намазная; 20 – количество последовательно соединенных элементов; 25 – номинальная емкость .

Электромашинные генераторы

Принцип действия

Основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому в обмотке с числом витков , пронизываемой магнитным потоком , изменяющимся со скоростью , наводится ЭДС, равная произведению числа витков на скорость изменения магнитного потока .

, где

- электромагнитная постоянная, ;

- круговая частота, .

Для постоянного тока .

Генераторы постоянного тока

Любая электрическая машина по принципу действия состоит из 2х основных частей:

• якоря (якорной обмотки) – той части машины, где наводится ЭДС;

• индуктора – той части машины, которая наводит магнитный поток.

Рисунок 1.7 – Принципиальная схема генератора постоянного тока

,

.

Процесс самовозбуждения протекает следующим образом

Под действием потока остаточного магнетизма в якорной обмотке наводится ЭДС самовозбуждения, под действием которого по замкнутой цепи, состоящей из якорной обмотки и обмотки возбуждения (ОВ), начинает протекать ток возбуждения, который создает дополнительную намагничивающую силу.

И в случае согласованного направления тока в ОВ с потоком остаточного магнетизма происходит увеличение магнитного потока, а, следовательно, и увеличение наводимой ЭДС. И так до тех пор, пока наводимая ЭДС не уравновесится падением напряжения в цепи ОВ.

а) Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока

1. Наличие потока остаточного магнетизма.

2. Согласование включения ОВ с потоком остаточного магнетизма.

3. Минимальное сопротивление ОВ.

4. Внешняя нагрузка должна быть отключена.

б) Характеристики генераторов постоянного тока

1. Характеристика холостого хода .

Рисунок 1.8 – График зависимости .

2. Внешняя характеристика системы возбуждения .

Рисунок 1.9 – График зависимости .

3. Нагрузочная характеристика .

Рисунок 1.10 – График зависимости .

.

4. Регулировочная характеристика .

Рисунок 1.11 – График зависимости .

.

Поддержание напряжения генератора в заданном диапазоне осуществляется с помощью регуляторов напряжения, которые изменяют ток в ОВ и, соответственно, магнитный поток, ЭДС и напряжение.

Типы регуляторов:

• вибрационный;

Рисунок 1.12 – Принципиальная схема Рисунок 1.13 – График зависимости .

вибрационного регулятора

• реостатный (угольный);

Рисунок 1.14 – Принципиальная схема Рисунок 1.15 – График зависимости .

реостатного (угольного) регулятора.

• полупроводниковый;

Рисунок 1.16 – Принципиальная схема полупроводникового регулятора

• на магнитных усилителях.

в) Параллельная работа генераторов постоянного тока

Для обеспечения параллельной работы генераторов постоянного тока необходимо выполнять следующие условия:

1. генераторы должны иметь одинаковую полярность;

2. генераторы должны иметь одинаковые напряжения;

3. должен быть одинаковый ток нагрузки.

, где

- номинальный ток нагрузки.

Рисунок 1.17 – График зависимости . Рисунок 1.18 – График зависимости .

Для обеспечения равномерного распределения токов нагрузки необходимо уменьшить напряжение более загруженного генератора и увеличить напряжение менее загруженного. Это осуществляется с помощью специальной, уравнительной обмотки, входящей в состав регулятора напряжения.

г) Автоматическое выравнивание токов нагрузки при параллельно работающих генераторах постоянного тока

Рисунок 1.19 – Принципиальная схема автоматического выравнивания токов нагрузки при параллельно работающих генераторах постоянного тока

При .

, где

- ток нагрузки;

- балластное сопротивление.

Если , то , , .

Рассмотрим случай, когда ток нагрузки 1го генератора больше тока . При этом падение напряжения у 1го генератора будет больше падение напряжения на таком же балластном сопротивлении 2го генератора, а потенциал точки а будет меньше потенциала точки б.

В результате этого из точки а к точке б через уравнительные обмотки потечет уравнительный ток, который у регулятора 1го генератора вызовет суммирование тяговых усилий рабочей и уравнительной обмотки, что приведет к увеличению сопротивления угольного столба и уменьшению тока возбуждения и наводимой ЭДС.

д) Управление и защита генераторов постоянного тока

Управление генераторов – это операции включения и выключения при нормальных режимах работы.

Защита генераторов – это операция отключения при возникновении ненормальных режимов работы.

Задачи, решаемые системой управления работой генераторов:

1. генератор должен подключаться в сеть, когда его ЭДС больше напряжения сети;

2. генератор должен отключаться от сети, когда его напряжение станет меньше напряжения сети;

3. генератор не должен подключаться к сети в случае неправильной полярности;

4. генератор должен отключаться от сети, при чрезмерном повышении напряжения, либо при повышенных токах нагрузки или токах короткого замыкания;

5. должна постоянно выдаваться информация о включенном или отключенном состоянии генератора от сети.

Эти задачи выполняют:

• дифференциально-минимальное реле (ДМР);

• автомат защиты от перенапряжения (АЗП);

• автомат защиты сети (АЗС).

При напряжении и времени генератор должен быть отключен.

Генераторы переменного тока

Все генераторы переменного тока выполняются синхронными, т.е. получаемая электрическая энергия жестко завязана со скоростью вращения магнитного поля.

, где

- число пар полюсов;

- число оборотов.

По ГОСТ .

Таблица 1.2 – Характеристики номиналов

№	Генератор	Сеть

Все генераторы отличаются только способом возбуждения, и в соответствии с ним делятся на:

• генераторы с независимым возбуждением;

• генераторы с самовозбуждением;

• генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Примеры типов генераторов:

• СГО – синхронный генератор, однофазный;

• СГТС – синхронный генератор, трехфазный, самолетный;

• ГТ-40 – генератор трехфазный; 40 – номинальная выходная мощность .

Генераторы с независимым возбуждением

Рисунок 1.20 – Принципиальная схема генераторов с независимым возбуждением.

Генераторы с самовозбуждением

Рисунок 1.21 – Принципиальная схема генераторов Рисунок 1.22 – График зависимости

с самовозбуждением. .

Недостатки:

• возникают трудности с возбуждением диодов на начальном этапе.

Рисунок 1.23 – Устройство генератора без наличия скользящих контактов.

а) Привод генератора переменного тока

Привод генератора переменного тока осуществляется:

1. приводом от вала авиационного двигателя (АД)

;

2. с помощью привода постоянной частоты вращения (ППЧВ) или с помощью привода постоянной скорости вращения (ППСВ);

3. с помощью автономного привода.

Рисунок 1.23 – Устройство привода постоянной частоты вращения (ППЧВ).

Также существуют конструкции:

• интегрального привода генератора (ИПГ);

• компактного генератора постоянной частоты (КГПЧ);

• генератора переменной скорости, постоянной частоты (ГПСПЧ) .

Рисунок 1.24 – Устройство привода постоянной скорости вращения (ППСВ).

Рисунок 1.25 – Устройство системы с циклоинвертором.

б) Параллельная работа генераторов переменного тока

.

Условия параллельной работы генераторов переменного тока:

1. равенство амплитуд ;

2. равенство частот ;

3. отсутствие сдвига по фазе ;

4. равенство активных сопротивлений ;

5. равенство реактивных сопротивлений .

Синхронизация – процесс выполнения условий параллельной работы генераторов.

Синхронизаторы – устройства, обеспечивающие синхронизацию.

Синхронизация бывает:

• грубая – внешнее выравнивание напряжений (возникают колоссальные динамические нагрузки);

• точная – сравнивание напряжений и , и нахождение разностного напряжения – напряжения биения , которое выравнивается через выпрямитель.

Включение генераторов осуществляется, когда напряжение биения близко к нулю.

Вторичные источники энергии

Рисунок 1.26 – Вторичные источники энергии.

;

.

До электроэнергии идет без преобразования.

Трансформаторы

Трансформаторы – это устройства, преобразующие переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Рисунок 1.27 – Принципиальная схема трансформатора.

, , где

- коэффициент трансформатора;

- соответственно напряжение и магнитный поток первичной катушки;

- соответственно напряжение и магнитный поток вторичной катушки.

Сердечник трансформатора выполнен из электротехнической стали, если частота тока , либо из феррита, если частота тока .

Сердечник трансформатора состоит из тонких пластин, толщина которых определяется по формуле

.

КПД трансформатора определяется формулой

.

Погрешность по мощности равна

, где

- общая погрешность из-за меди;

- погрешность сердечника из-за стали.

Выпрямители

Выпрямители – это полупроводниковые или электровакуумные устройства, обладающие свойством односторонней проводимости.

Рисунок 1.28 – График зависимости .

КПД выпрямителя составляет .

;

.

Выпрямители, как правило, применяются совместно с трансформаторами – трансформаторно-выпрямительные блоки (ТВБ).

Рисунок 1.29 – Принципиальная схема Рисунок 1.30 – Принципиальная схема

однополупериодного выпрямителя. двухполупериодного выпрямителя.

Рисунок 1.31 – Графики сглаживания пульсаций.

Коэффициент пульсации определяется формулой

.

Для сглаживания пульсаций применяются фильтры .

Рисунок 1.32 – Принципиальная схема для Рисунок 1.33 – Графики сглаживания

сглаживания пульсаций с фильтрами . пульсаций.

Постоянная времени фильтра, характеризующая спад, рассчитывается по формуле

.

.

Более эффективен дроссельный фильтр .

Инверторы

Инверторы – это преобразователи постоянного тока в переменный ток.

Инверторы делятся на:

• электромашинные;

• статические.

а) электромашинные инверторы

Примеры электромашинных инверторов:

• ПО-750 – преобразователь однофазный; 750 – номинальная выходная мощность по переменному току ;

• ПТ-1000 – преобразователь трехфазный; 1000 – номинальная выходная мощность по переменному току ;

• ПТО-300/500 – преобразователь трехфазный однофазный (комбинированный); 300/500 – соответственно, номинальные выходные мощности ПТ и ПО .

Недостатки электромашинных инверторов:

1. большой удельный вес

;

2. низкий КПД ;

3. ограниченный срок эксплуатации, ввиду того, что они не обслуживаются в процессе эксплуатации;

4. ограниченная высотность применения;

5. повышенные радио- и магнитные помехи.

Рисунок 1.34 – Принципиальная схема электромашинного инвертора

Максимальная выходная мощность до .

б) статические инверторы

Достоинства статических инверторов:

1. меньший удельный вес по сравнению с электромашинными инверторами

;

2. высокий КПД ;

3. нет вращающихся частей, поэтому они более эксплуатационно-пригодны;

4. нет скользящих контактов, а, следовательно, не ограничения по высоте применения;

5. меньший уровень радио- и магнитных помех.

Недостатки статических инверторов:

• чувствителен к радиационному фону.

Примеры статических инверторов:

• ПОС-750 – преобразователь однофазный статический; 750 – номинальная выходная мощность по переменному току ;

• ПТС-1000 – преобразователь трехфазный статический; 1000 – номинальная выходная мощность по переменному току .

Статические инверторы бывают на:

• транзисторах, если ;

• тиристорах, если .

Статические инверторы на транзисторах – это усилители с глубокой положительной обратной связь