Авиационные синхронные машины специального применения, их технические и эксплуатационные характеристики Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.313.32

АВИАЦИОННЫЕ СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ, ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Е. А. Туговиков Научный руководитель - Н. В. Юрковец

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрены и проанализированы технические и эксплуатационные характеристики основных типов синхронных машин специального применения, используемых в самолетостроении.

Ключевые слова: самолетостроение, синхронные микромашины, микродвигатели, характеристики микромашин.

AIRCRAFT USE A SPECIAL SYNCHRONOUS MACHINES, THEIR TECHNICAL AND OPERATIONAL CHARACTERISTICS

E. A. Tugovikov Scientific Supervisor - N. V. Yurkovets

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Reviewed and analyzed technical and operational characteristics of the main types of synchronous machines for special applications used in aircraft.

Keywords: the aircraft, synchronous micromachines, micromotors, characteristics of micromachines.

В самолетостроении широко применяют синхронные микродвигатели мощностью от долей ватта до нескольких сотен ватт, так как они поддерживают постоянную частоту вращения, которая связана с частотой питающей сети. В ряде случаев синхронные микромашины (СММ) применяют как генераторы, например для получения переменного тока повышенной частоты и измерения частоты вращения.

По типу СММ подразделяются на: реактивные двигатели, шаговые двигатели, гистерезисные машины, синхронные машины с постоянными магнитами и индукторные машины [1]. Достоинства и недостатки каждого типа СММ приведены в таблице.

Шаговые двигатели. Шаговыми двигателями называют исполнительные двигатели, поворот ротора которых на определенный угол (шаг), осуществляется импульсными сигналами. Такие двигатели применяются в системах автоматического управления [3].

Шаговые двигатели обладаю следующими характеристиками, которые снимают при различных сочетаниях включаемых обмоток, моментах инерции двигателя и нагрузки и пр.:

• Статическая характеристика - это зависимость электромагнитного момента (М) от угла нагрузки (9) (рис. 1, а).

• Предельная механическая характеристика - это зависимость частоты управляющих импульсов от максимального момента на валу ротора, при котором происходит выпадение двигателя из синхронизма (рис. 1, б, кривая 1).

• Предельная динамическая характеристика приемистости - это зависимость частоты приемистости (пр) в динамическом режиме (например, при пуске) от момента нагрузки (М) (рис. 1, б, кривая 2).

Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионики»

Рис. 1. Статическая и предельные механическая и динамическая характеристики шагового двигателя

Гистерезисные двигатели. Гистерезисным двигателем (ГД) называют синхронный двигатель, вращающий момент которого создается за счет явления гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала.

При пуске двигателя, на роторе возникают гистерезисный момент (Мг) и асинхронный момент (Мас), возникающий в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами индуцируемыми этим полем в роторе. Асинхронный момент имеет максимальное значение при скольжении 5 = 1 [2].

Мас = /(я).

Результирующий момент ротора (Мрез).

Мрез = Мг + Мас.

Рис. 2. Зависимость моментов гистерезисного Рис. 3. Кривые моментов при пуске синхронного

двигателя от скольжения (я) двигателя с постоянными магнитами

СММ с постоянными магнитами. В этих машинах вместо обмотки возбуждения применяют блок постоянных магнитов, изготовляемый из магнитотвердого материала.

На ротор при пуске двигателя действует тормозной момент, величина которого зависит от скольжения 5 (рис. 3). Тормозной момент (Мт) обычно имеет максимум при скольжении 5 = 0,9^0,6.

Полезный пусковой момент (Мп) двигателя равен разности асинхронного момента (М) и тормозного момента (Мт). Вследствие действия тормозного момента Мт кривая пускового момента (Мп) имеет провал.

При правильном выборе пусковой обмотки минимальный результирующий пусковой момент (Мпмин) получается больше номинального (Мн) [1].

Индукторные машины. В индукторных машинах используют принцип генерирования переменного тока, основанный на действии зубцовых гармонических.

Реакция якоря, внешние и регулировочные характеристики индукторных генераторов близки к соответствующим характеристикам генераторов обычного типа. Но коэффициент полезного действия п (К.П.Д.) значительно меньше: при коэффициенте мощности (со8ф) С08ф = 1, п = 0,44^0,75, что

объясняется повышенными добавочными потерями в стали и в обмотке якоря вследствие высокой частоты перемагничивания [2].

Реактивные двигатели. Реактивный двигатель представляет собой явнополюсную синхронную машину без обмотки возбуждения.

Момент двигателя (Мд) возникает за счет неодинаковой проводимости ротора по осям d(xd) и д(хд), которая создается за счет впадин или введения алюминиевых прослоек между пластинами ротора. Наивыгоднейшим отношением xqlxd можно считать величину, близкую к 0,5. Согласно выражению электромагнитного момента синхронного двигателя реактивный момент двигателя пропорционален синусу двойного угла нагрузки 0 и имеет максимум при 0 = 45°. С учетом активного сопротивления обмотки статора (Яа) максимальное значение реактивного момента двигателя уменьшается. В этом случае максимум Мд имеет место при угле 0 = 25^40° [3].

Достоинства и недостатки авиационных даигателей

Тип двигателя Достоинства Недостатки

Реактивные двигатели (РД) 1. Отсутствие колебаний ротора. 2. Простота конструкции. 3. Отсутствие обмотки возбуждения. 4. Высокая надежность работы 1. Низкий максимальный момент. 2. Низкий соБф (< 0,5). 3. Низкий К.П.Д.

Шаговые двигатели (ШД) 1. Возможность выполнить на основе любого синхронного двигателя; 2. Большие моменты 1. Зависимость пусковых свойств от частоты импульсов (приемистости)

Гистерезисные двигатели (ГД) 1. Простота конструкции. 2. Малый пусковой ток (1п). 3. Высокая надежность работы. 4. Бесшумность. 5. Сравнительно большой К.П.Д. 1. Дорогие материалы. 2. Низкий СОБф. 3. Склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки

СММ с постоянными магнитами (СММПМ) 1. Высокая надежность. 2. Значительная устойчивость. 3. Простота конструкции 1. Невозможность регулировать выходное напряжение

Индукторные машины (ИМ) 1. Отсутствие обмотки возбуждения. 2. Высокая надежность. 3. Токи повышенной частоты 1. Индукторные генераторы имеют низкий К.П.Д.

Из анализа таблицы, можно сделать вывод о том, что СММ обладают такими достоинствами как: высокая надежность работы, работа в области высоких скоростей вращения, отсутствие обмоток возбуждения, простота конструкции. Недостатками СММ являются: дорогие материалы, низкие значения коэффициента мощности(со8ф) и коэффициента полезного действия (п).

СММ в самолетостроении применяются в качестве муфт и двигателей для гироскопических агрегатов, так как имеют большой пусковой момент; двигателей протяжных механизмов, средств регистрации параметров полета и генераторов постоянной частоты, так как обеспечивают синхронное сращение поля индуктора и якоря; тахогенераторов и др. Конечно, синхронные машины дороже в производстве, сложнее по конструкции и имеют К.П.Д. и коэффициент нагрузки меньше, чем асинхронные машины, но они обеспечивают высокую надежность работы и постоянство характеристик, требуемых в авиации.

Библиографические ссылки

1. Акзигитов Р. А., Кацура А. В., Юрковец Н. В. Специальные электрические машины : учеб. пособие ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. 180 с.

2. Брускин Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины : учеб. для электро-техн. спец. вузов. В 2 ч. Ч. 2. 2-е изд. М. : Высш. шк., 1987. 335 с.

3. Кулик Ю. А. Электрические машины. М. : Высшая школа, 1966. 362 с.

© Туговиков Е. А., 2016