1.5. ЭОВС. 1.5 ЭОВС. Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением

• Название: Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением
• Анкор: 1.5. ЭОВС
• Дата: 27.05.2022
• Размер: 0.51 Mb.
• Имя файла: 1.5 ЭОВС.docx
• Тип: Курсовая; #552350

Кирсановский авиационный технический колледж-

Филиал МГТУ
Курсовая работа

по дисциплине

«Электрифицированное оборудование воздушных судов»

Специальность 25.02.03

«Техническая эксплуатация электрифицированных и

пилотажно-навигационных комплексов»
________________***________________
Тема: «Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением»


Разработал: Лихонина Е.А.

Группа 40

Руководитель: Колесников А.М.
г.Кирсанов 2022
Индивидуальное задание

на выполнение курсовой работы
Курсант: Лихонина Е.А.

Тема курсовой работы «Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением»

Вариант 1.5

Начало выполнения КР:_________

Защита КР____________

Индивидуальное задание выдано:_______________

Руководитель КР: Колесников А.М.

Индивидуальное задание принято к исполнению

Курсант___________

Группа №40

Дата ________

Содержание.

Тема: «Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением» 1

Тема курсовой работы «Расчёт авиационного генератора с параллельным возбуждением» 2

Введение. 4

Задачей данной курсовой работы является расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением. 5

Курсовая работа состоит из трех основных разделов. 5

В первом разделе курсовой работы описываются краткие теоретические сведеньяавиационного генератора ГС-18 ТО. 5

Второй раздел посвящен выбору исходных данных, а именно: 5

Раздел 1.Назначение,конструкция и принцип действия генератора. 7

1.1.Назначение авиационного генератора. 7

1.2. Конструкция генератора ГС -18 ТО. 8

Раздел 2. Выбор исходных данных. 13

Раздел 3.Расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением. 14

3.1.Выбор основных размеров генератора. 14

3.2.Расчёт обмотки якоря. 17

3.3.Размеры магнитопровода 19

3.4.Расчёт параллельной обмотки возбуждения 23

Заключение. 24

Список используемой литературы. 25

Раздел 1.Назначение,конструкция и принцип действия генератора. 6

1.1.Назначение авиационного генератора. 6

1.2. Конструкция генератора ГС -18 ТО. 7

Раздел 2. Выбор исходных данных. 12

Раздел 3.Расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением. 13

3.1.Выбор основных размеров генератора. 13

3.2.Расчёт обмотки якоря. 16

3.3.Размеры магнитопровода 19

3.4.Расчёт параллельной обмотки возбуждения 22

Заключение. 24

Список используемой литературы. 25

Введение.

Генераторы являются основными источниками электрической энергии на летательном аппарате. Они способны работать на больших высотах полета. Удельные мощности, т. е. мощности, приходящиеся на единицу веса, авиационных генераторов в 5-10 раз больше промышленных агрегатов той же мощности. Это достигается за счет высокой скорости вращения, использования теплостойких и высококачественных материалов, интенсивного искусственного охлаждения, применения высотных щеток и др. Генераторы постоянного тока широко используются в качестве стартеров для запуска авиационных двигателей.

Наибольшее распространение из генераторов и стартер-генераторов постоянного тока имеют генераторы серии ГСР и стартер-генераторы серии ГСР-СТ (ГСР - генератор самолетный с расширенным диапазоном скоростей вращения, СТ - стартер) и СТГ (стартер-генератор). Выпускаемые генераторы и стартер-генераторы имеют номинальные мощности - 3, 6, 9, 12, 18, 22 квт при напряжении 30 в и рабочий диапазон скоростей вращения 4000÷9000 об/мин. Все они выполняются с параллельным возбуждением и для улучшения коммутации снабжаются дополнительными полюсами, число которых (для ГСР и ГСР-СТ) в 2 раза меньше числа основных полюсов. Катушки обмотки возбуждения основных полюсов соединены последовательно. Один конец обмотки возбуждения присоединен к минусовым щеткам внутри генератора , а второй - выведен на клеммовую панель.

Задачей данной курсовой работы является расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением.

Курсовая работа состоит из трех основных разделов.

В первом разделе курсовой работы описываются краткие теоретические сведеньяавиационного генератора ГС-18 ТО.

Второй раздел посвящен выбору исходных данных, а именно:

1. Номинальное напряжение U_н (В);

2. Номинальный ток нагрузки I_н (А);

3. Частота вращения якоря n (об/мин);

4. Режим работы;

5. Условия охлаждения;

6. КПД ;

7. Масса (кг).

В третьем разделе производим выбор основных размеров который включает в себя :

1.Расчет обмотки якоря;

2.Размеры магнитопровода;

3. Расчёт параллельной обмотки возбуждения;

4.Коллектор и щётки.

Раздел 1.Назначение,конструкция и принцип действия генератора.

1.1.Назначение авиационного генератора.

Процесс получения электрической энергии из других видов энергии называется генерированием электроэнергии.

Источниками электрической энергии на воздушных судах являются:

-генераторы постоянного тока;

-генераторы переменного тока;

-химические источники электрического тока.

На воздушных судах, где основной системой электроснабжения служит система постоянного тока, для получения переменного тока стабильной частоты применяются электромашинные однофазные и трехфазные преобразователи, а также статические преобразователи.

Для питания переменным током повышенного или пониженного напряжения используются трансформаторы.

Генераторы представляют собой электрическую машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую.

В основу принципа действия генератора положено явление электромагнитной индукции. Его сущность заключается в возникновении ЭДС в об­мотках якоря при пересечении ими магнитного поля индуктора. Это поле создается в полюсах генератора при прохождении постоянного тока по обмоткам катушек возбуждения. В зависимости от способа питания обмоток возбуждения генераторы подразде­ляются на генераторы:

-c независимым возбуждением;

-с самовоз­буждением;

-со смешанным возбуждением.

В генераторах с независимым возбуждением обмотки возбуж­дения питаются от постороннего источника постоянного тока.

В генераторах с самовозбуждением эти обмотки питаются то­ком, вырабатываемым самим генератором.

Стартеры-генераторы помимо своего основного назначения - снабжать бортовую сеть высококачественной энергией - запускают также турбореактивные и турбовинтовые авиадвигатели.

1.2. Конструкция генератора ГС -18 ТО.

Генератор ГС – 18ТО представляет собой шестиполюсную машину постоянного тока, с шунтовым возбуждением, теплостойкого исполнения и состоят из корпуса с полюсами и обмотками, якоря с коллектором, коллекторного щита, щита со стороны привода и защитной ленты.



Рис.1. Конструктивное исполнение генератора ГС-18ТО.

1 — фланец; 2 — шарикоподшипники; 3 — щит со стороны патрубка; 4 — клеммная панель;5 — клеммные болты; 6 — щетки; 7 —коллектор; 8 — якорь; 9 — корпус; 10 — полюс; 11 —шунтовая обмотка возбуждения; 12 — щит со стороны привода; 13 — крыльчатка.



Рис.2. Генератора ГС-18ТО .



Рис. 3. Принципиальная электрическая схема шестиполюсного генератора.

 

Корпус стальной и является магнитопроводом. К нему закреплены шесть основных и шесть дополнительных полюсов с обмотками. Основные полюса набраны из листовой электротехнической стали и имеют в полюсных наконечниках пазы для закладки компенсационной обмотки, дополнительные – цельные, выполнены также из электротехнической стали. На основных полюсах расположены шунтовая обмотка возбуждения ОВ, на дополнительных – обмотка дополнительных полюсов ОДП.

Компенсационная обмотка (КО) выполняет следующие функции:

- обеспечивает постоянство магнитного поля в воздушном зазоре при переходе генератора (Г) с режима холостого хода на режим нагрузки, т.е. компенсирует реакцию якоря и способствует повышению перегрузочной способности генератора;

- устраняет явление перемагничивания полюсов при повышенных частотах вращения;

- позволяет уменьшить размеры обмотки возбуждения и снизить ток обмотки возбуждения;

- обеспечивает устойчивость работы генератора при повышенных скоростях и малых нагрузках;

- даёт возможность увеличить линейную нагрузку и окружную скорость генератора.

Обмотка дополнительных полюсов создаёт магнитное поле, которое воздействует на поле якоря, не скомпенсированное компенсационной обмоткой. Применение дополнительных полюсов и компенсационной обмотки позволяет повысить линейную нагрузку, уменьшить массу и габариты генератора, повысить его надёжность.

Чтобы компенсация выполнялась при любой нагрузке и была пропорциональна ей, а следовательно, пропорциональна реакции якоря, компенсационную обмотку и обмотку дополнительных полюсов соединяют последовательно между собой и с обмоткой якоря таким образом, чтобы их магнитодвижущая сила МДС была направлена встречно с МДС обмотки якоря.

Пакет якоря набран из отдельных, изолированных друг от друга листов электротехнической стали и запрессован на стальную втулку. В пазы якоря заложена обмотка петлевого типа. Концы секций обмотки припаяны к пластинам коллектора тугоплавким припоем. В петлевой обмотке в связи с возможной магнитной асимметрией могут возникнуть уравнительные токи, ухудшающие коммутацию машины и увеличивающие потери в обмотке якоря. Для предотвращения этого явления в генераторе применяют уравнительные соединения.

Коллектор набран из пластин хромовой бронзы, изолированных друг от друга слюдяными прокладками. Якорь имеет полый и гибкий валы, изготовленные из высокопрочной стали. На вал насажен алюминиевый вентилятор турбинного типа.

Коллекторный щит выполнен из алюминиевого сплава. Щит прикреплён к корпусу генератора болтами. На внутренней поверхности щита размещены шесть латунных щёткодержателей с тремя гнёздами у каждой установки щёток. Щётки соединены между собой с помощью щёточных канатиков и общей контактной пластиной. Чтобы избежать ослабления контакта между щётками и поверхностью коллектора, в авиационных генераторах применяют щёткодержатели реактивного типа.

Щит со стороны привода изготовлен из стали и прикреплён к корпусу генератора. С внутренней стороны к щиту приклёпан специальный кожух, для защиты от попадания через вентиляционные окна во внутреннюю полость генератора посторонних предметов.

Защитная лента служит для прикрытия окон в коллекторном щите. С внутренней стороны к ленте приклёпана прокладка из стеклотекстолита, для изоляции щёточных канатиков от защитной ленты. Защитную ленту затягивают с помощью двух болтов и валиков. Лента по ширине перекрывает окна не полностью, оставляя отверстия, через которые часть охлаждённого воздуха выходит наружу. В генераторе применено принудительное охлаждение воздухом, отбираемым от компрессора двигателя

Раздел 2. Выбор исходных данных.

1.	Номинальное напряжение Uн (В)	28,5
2.	Номинальный ток нагрузки Iн (А)	300
3.	Частота вращения якоря n (об/мин)	7500
4.	Режим работы	длительный
5.	Условия охлаждения	принудительное
6.	КПД не менее	0,8
7.	Масса (кг)	не более 30 кг

Раздел 3.Расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением.

3.1.Выбор основных размеров генератора.

Электромагнитная мощность генератора P_э=E ^. I_я ^. 10^-3 (кВт),

где E=(1,15 - 1,25) U_н выбирается по кривой (рис. 4).






1,4
1,2

1,0 P_{н (кВт)}

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Рис. 4. Зависимость

E=1.2*28.5=34,2 В

Так как генератор работает совместно с угольным регулятором напряжения, то ток возбуждения определяется по формуле: , где



Электромагнитная мощность генератора

P_э=34,2*319,9 =10942 Вт =10,942 (кВт)
Номинальная мощность генератора равна:

(Вт)=8,55(кВт).
Найдя отношение = и используя график кривой, выбираем число пар полюсов 2р и диаметр якоря D.

D_см


13

11

9



7

1 2 3 4



Рис. 2. График зависимости диаметра якоря генератора от отношения .

Рекомендуемые диаметры якорей, которые приняты в единых сериях машин (табл. 2).

Таблица 2

D (см)	5,6	7	8,3	9,6	10,6	12,0	13,8
∆ш (см)	0,3	0,3	0,4	0,4	0,5	0,5	0,5

∆_ш – припуск на штамповку (на обе стороны).

Выбираем число полюсов 2р=4; диаметр якоря D=8,3 ; припуск на штамповку ∆_ш =0,4.

По величине диаметра , используя кривые (рис.5 и рис.6), определяем магнитную индукцию в воздушном зазоре и линейную нагрузку в обмотках .

Однако увеличение и ограничивается тем, что возрастают потери мощности в меди и стали, увеличивается перегрев и снижается коэффициент полезного действия машины.

(А/см)

А

1

500
400
300

200 2

100 3

0 2 4 6 8 10 12 14 D(см)
Рис. 5. График зависимости линейной нагрузки авиационных машин постоянного тока длительного режима от диаметра : 1 – генераторы с поддувом; 2 – генераторы и двигатели с самовентиляцией;3 – двигатели с естественным охлаждением.


0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рис. 6. График зависимости индукции воздушном зазоре от

диаметра якоря в авиационных машинах постоянного тока

Длина якоря определяется из основного расчётного уравнения
Магнитная индукция в воздушном зазоре =0,7 Тл, линейная нагрузка в обмотках =300 А/см .
(см), где

Отношение , где (см). должно быть в пределах 0,8 – 1,6.

3.2.Расчёт обмотки якоря.

Число проводников в одной параллельной ветви:

, где ( ).

Принимается простая петлевая обмотка 2а=2p.

Общее число проводов якоря .

Далее следует выбрать число витков в секции, число коллекторных пластин и число пазов .

Число следует выбирать наименьшим, так как при этом уменьшается ЭДС в короткозамкнутой секции и улучшается коммутация. При число коллекторных пластин

.

Число пазов ,

где - число коллекторных пластин на паз, выбирается равным 1 или 3 при 2p=4, или 2 или 4 при 2p=6.

Шаг обмотки по пазам ,

где ,

Знак минус соответствует обмотке с укороченным шагом, знак плюс – обмотке с удлинённым. Удлинение шага нежелательно, так как это приводит к увеличению лобовых частей и удлинению якоря.

Шаг по коллектору .

Полное число проводников в пазу

Сечение обмотки якоря определяется по формуле:

(мм²),

где - плотность тока для машин с продувом равна

А затем сечение уточняется по таблице обмоточных проводов. При сечении до 2 мм² обмотка изготавливается из круглого провода марок ПЭЛШО или ПЭВ-2 (приложение 1(6) ). Для больших сечений – из прямоугольных проводов марок ПШД или ПЭВП.

Сопротивление обмотки якоря определяется выражением ,

где - удельное сопротивление меди обмотки при температуре +120⁰С;
- средняя длина полувитка обмотки якоря в (м);

- длина лобовой части обмотки с достаточной для практики точностью определяется:

а) для обмотки кругового провода

при 2P=2 (м);

при 2P=4 (м);

б) для обмотки из прямоугольного провода

_{=1,4*6,52=9,128 см=0,09128 м}

Падение напряжения в обмотке якоря

3.3.Размеры магнитопровода

Магнитопровод генератора изготавливается из следующих материалов:

- якорь (сталь Э21 толщиной 0,35 мм)

- изоляция листов (оксидирование);

- полюсы (сталь Э толщиной 0,5 мм);

- корпус (сталь Э или ЭА(армко));

Воздушный зазор (см),

где (см).

Величина воздушного зазора авиационных электрических машин постоянного тока (табл. 3).

Таблица 3

(Вт)	до 6000	9000 - 12000	18000 – 24000
(см)	0,05	0,05 – 0,06	0,07

Внутренний диаметр якоря определяется высотой спинки якоря , которая может быть определена как

(см),

где - магнитная индукция в спинке якоря. Для указанных марок стали рекомендуется принимать значения по табл. 4.

- коэффициент заполнения пакета сталью.

Для указанных марок стали .

Таблица 4

(Вт)	до 100	100 - 1000	>1000
(тл)	1,0 - 1,3	1,3 - 1,5	1,5 - 1,7
(тл)	1,0 - 1,2	1,2 - 1,4	1,4 - 1,7
(тл)	1,0 - 1,2	1,1 - 1,3	1,3 - 1,5

= 1,5 Тл, = 1,5 Тл , =1,4 Тл
Пазы якоря могут быть овальной и прямоугольной формы. Пазы овальной формы применяются для укладки круглых проводов, а прямоугольной формы для прямоугольных проводов. Для авиационных машин постоянного тока высота прямоугольного паза колеблется в пределах 0,65 – 1,3 см.

Внутренний диаметр якоря определяется как

=8,3-2*(0,65+1,04) = 4,92 см

Для машин мощностью свыше 300 – 500 Вт внутренний диаметр якоря обычно больше диаметра вала: Это объясняется необходимостью размещения в якоре гибкого и полого валов и каналов охлаждения. Диаметр канала определяется по кривой (рис. 7 )




d_в

см

3,2
2,4



1,6
0,8
0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 D см

Рис. 7. Зависимость диаметра вала от диаметра якоря
Для определения размеров полюса необходимо выбрать допустимую индукцию в нём по табл. 4.

Магнитный поток, проходящий через полюсы и корпус, равен ,

где - коэффициент рассеивания полюсов, равный 1,1 – 1,25.

=1,1*0,0028064036=0,003087043( Вб)

Сечение полюса –

(см²).

Длина сердечника полюса берётся равной или меньшей

Задавшись длиной , находят ширину полюса :



Высота полюса определяется как

Корпус машины (ярмо) является активной частью. Сечение корпуса выбирается по допустимой индукции , которую следует выбирать по табл. 4, тогда (см²).

Длина корпуса обычно равна , а высота спинки корпуса и должна быть не менее 0,35.

Наружный диаметр машины определяется как (см).

Отношение наружного диаметра к диаметру якоря находится в пределах:

.

3.4.Расчёт параллельной обмотки возбуждения

Сечение меди обмотки возбуждения (мм²), где А/мм² (для машин с продувом). По величине выбирается диаметр изолированного провода =2,02. (Приложение 1 (6)).

Средняя длина витка обмотки возбуждения (м),

где - ширина катушки. Предварительно принимают м.
Необходимое число витков на один полюс: , где , а берётся в (м). Магнитодвижущая сила (МДС) обмотки возбуждения на один полюс: .
3.5.Коллектор и щётки
Диаметр коллектора принимается равным диаметру якоря (для генераторов с продувом). Коллекторное деление

.

Ширина коллекторной пластины

, где

см – толщина изоляции между пластинами.

Окружная скорость коллектора

м/c ; не должна превышать

50 – 55 м/c.

Общая площадь щёточного контакта

(см²), где , а (А/см²).

Ширина щётки

.

Длина щётки для обеспечения хорошей коммутации не должна превышать 20 – 25мм.

Число щёток на один болт, равное должно быть целым числом. Используя Приложение 3 (6) , выбирают марку щёток и их номинальные размеры.

МГС-7.

Заключение.

Генераторы  постоянного тока являются источниками  постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем.

В ходе данной курсовой работы были рассчитаны параметры авиационного генератора с параллельным возбуждением, работающим с угольным регулятором напряжения РН-180. Исходя из основных размеров я произвела расчет:

1. 
   Параметров обмотки якоря;
   
2. 
   Размеров магнитопровода;
   
3. 
   Последовательной обмотки возбуждения;
   
4. 
   Коллектора и щетки.
   

На основании полученных данных был выбран тип магнитопровода и соответствующий тип щеток.

В ходе расчета параметров авиационного генератора с параллельным возбуждением , я определила что он соответствует заданным стандартам.

Также в процессе выполнения курсовой работы в первом разделе был рассмотрен авиационный генератор ГС-18 ТО, его назначение, конструкция и принцип работы .

Из-за большой эффективности данные генераторы нашли широкое применение в авиации.

Таким образом, анализируя полученные результаты, я установил, что задание курсовой работы выполнено успешно.

Список используемой литературы.

1. 
   Барвинский А.П., Козлова Ф.Г. Электрооборудование самолётов. М., Транспорт, 1981. 288 с.
   
2. 
   Синдеев И.М. Электроснабжение летательных аппаратов. М., Транспорт, 1982. 272 с.
   
3. 
   Бертинов А.Н., Ризник Г.А. Проектирование авиационных электрических машин постоянного тока. М., Оборонгиз, 1958. 424 с.
   
4. 
   Морозов А.Г. Расчёт электрических машин постоянного тока, М., Высшая школа, 1972. 223с.
   
5. 
   Голубенко Я.А. Расчёт авиационных электрических машин переменного тока. М., Машиностроение, 1986. 232 с.
   

6.Волосатов С.Ю., Методические указания и задания к курсовому проекту по дисциплине «Электрифицированное оборудование воздушных судов» для специальности 25.02.03 «Техническая эксплуатация электрифицированных и пилотажно – навигационных комплексов».