Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз icon

Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз




Скачати 93.49 Kb.
НазваУдк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз
Дата16.08.2012
Розмір93.49 Kb.
ТипДокументи



I SSN 1813–1166. Вісник НАУ. 2004. №4

УДК 62-83 (07)

І.М. Іщенко, канд. техн. наук

Ю.Т. Гуз, канд. техн. наук

Т.А. Сіткевич

ЕЛЕКТРОСТАРТЕРНИЙ ПУСК АВІАційних ДВИГУНІВ
І ГАЗОТУРБІННИХ ПРИВОДІВ


Аерокосмічний інститут НАУ, e-mail: sad@nau.edu.ua

Розглянуто питання електростартерного пуску авіаційних двигунів і газотурбінних приводів. Визначено основні вимоги до статичних перетворювачів для живлення електростартерів.

Вступ


Як свідчить аналіз електроенергетичних систем літальних апаратів (ЛА) і трубопровідного транспорту, одним з актуальних питань є забезпечення надійного вибухобезпечного пуску авіадвигунів та двигунів газотурбінних приводів (ГТП). Потужності, які необхідні для цих пусків, не дозволяють використовувати машини постійного струму як стартери.

У зв’язку з цим виникає необхідність дослідження і створення систем з безконтактними електростартерами змінного струму і статичними керованими перетворювачами.
^

Постановка завдання


Сформулюємо вимоги до створення перетворювача на основі аналізу особливостей пуску ГТП і авіаційних двигунів.

Дослідження пускових


систем газотурбінних приводів

і авіаційних двигунів

з електростартерами змінного струму

Одним з основних напрямів у розвитку сучасної авіаційної енергетики, а також наземного трубопровідного транспорту є дослідження і створення пускових систем авіаційних двигунів
і ГТП з електростартерами змінного струму.

Відомо, що електричні пускові системи зі
стартерами постійного струму широко використовуються на авіаційних двигунах літаків першого та другого поколінь. Використання таких систем практично на всіх ЛА було обумовлено низкою їх суттєвих переваг:

– можливістю суміщення функцій стартера і генератора і відповідно зниження льотної маси системи в цілому;

– простотою керування;

– достатньо високою надійністю в роботі.

Однак, зі збільшенням потужностей авіаційних двигунів потужностей колекторних електростартерів у більшості випадків стало недостатньо для пуску таких двигунів.

Спроби створення стартер-генераторів для двигунів літаків третього покоління (наприклад, для літаків Миг-23 та Миг-25) підтвердили недоцільність застосування таких систем. Це обумовлюється як складністю створення щітково-колекторних машин постійного струму великої потужності при заданих масогабаритних показниках, так і неможливістю забезпечення потрібної надійності їх роботи.

У зв’язку з цим на літаках третього і четвертого поколінь у більшості випадків використовуються пускові системи з повітряними і турбо-компресорними стартерами, основною перевагою яких є можливість забезпечення будь-якої потужності, що потрібна для пуску двигунів. Але їх застосування лише як стартерів в наземних умовах значно збільшує льотну масу систем у цілому.

Разом з тим, зараз на зазначених ЛА здебільшого встановлюються генератори змінного струму, потужності яких при роботі в режимі двигуна достатньо для пуску авіаційних двигунів.

Крім того, на таких ЛА встановлюються агрегати – перетворювачі електроенергії, первинні джерела – акумуляторні батареї або генератори допоміжних силових установок, об’єднання яких в єдиний комплекс дозволяє достатньо просто вирішувати питання забезпечення роботи генератора в стартерному режимі.

Зазначимо, що застосування електростартерних пускових систем авіаційного двигуна стає найбільш актуальним при створенні літаків з повністю електрифікованим обладнанням, а також при створенні надійних вибухобезпечних екологічно чистих систем пуску ГТП на газопровідному транспорті.

Розглянемо особливості роботи таких систем.

Відомо, що пуск газотурбінного двигуна (ГТД) є одним з найважливіших і найскладніших експлуатаційних режимів.

Як показано в праці [1] найбільш доцільним законом керування пусковим пристроєм при мінімальній потужності є розкрутка ротора ГТД при постійному динамічному моменті стартера або при постійному моменті на першому етапі і постійному динамічному моменті на наступних, тобто при постійному прискоренні. У цьому разі рівняння балансу моментів буде мати вигляд:

;

,

де k – коефіцієнт надлишкового моменту; – момент опору ротора двигуна та інших його частин, що створюється на початку пуску; – частота обертання ротора ГТД; – момент авіаційного двигуна на режимі малого газу.

Як стартер-генератор можуть бути використані асинхронна машина, асинхронно-синхронна каскадна машина або безконтактна синхронна машина з випрямлячами, що обертаються.

Незалежно від типу стартера-генератора найбільш доцільним є частотний пуск електродвигуна змінного струму. Як відомо [2], при частотному пускові залежно від частоти і моменту відповідно має змінюватися і напруга живлення, тобто співвідношення напруги і частоти можна описати так:

, (1)

де , – напруги при частотах та ; , – відповідні моменти.

Якщо момент має постійне значення, то рівняння (1) перетворюється в таке:

. (2)

Якщо постійною є потужність, то

. (3)

Якщо момент змінюється , що спостерігається при вентиляторному навантаженні, тобто навантаженні, яке створюється компресорами авіаційних двигунів або ГТП, співвідношення між U та f визначається за виразом

. (4)

Як приклад визначимо необхідний діапазон частот для перетворювача для живлення стартера при запуску ГТП АІ-4000.

На рис. 1 показана залежність критичного моменту електропривода і потужності від частоти обертання турбіни високого тиску nвдГТП.

Вважатимемо, що при максимальній частоті обертання стартера-генератора, що дорівнює 12000 об/хв, частота перетворювача повинна дорівнювати 400 Гц, а напруга 115 В. Тоді при максимальному споживанні потужності частота змінного струму буде дорівнювати 286 Гц, враховуючи ковзання, відповідно напруга буде дорівнювати:

;

.

Для частоти обертання стартера 1000 об/хв частота живлення з урахуванням ковзання буде дорівнювати 36 Гц, а напруга за наведеними виразами (1) – (4):

.

Таким чином, перетворювач для живлення стартера повинен забезпечувати зміну частоти в діапазоні від 30 до 400 Гц і зміну напруги (фазної) від 17 до 115 В.

Розглянемо можливість застосування аеро-
дромних перетворювачів для живлення стартерів.

На сучасних аеродромах знаходять застосування перетворювачі, виконані на тиристорах.



Рис. 1. Характеристика регулювання обер-тального моменту електроприводу для запуску

ГТП АІ-4000:

^ 1 – механічна характеристика пускового пристрою;
2 – механічна характеристика компресора ГТП

Указані перетворювачі (рис. 2) забезпечують перетворення змінного струму промислової мережі 380 В, 50 Гц у змінний струм частоти 400 Гц.



Рис. 2. Структурна схема перетворювача частоти

Будь-який перетворювач має в своєму складі: випрямляч, фільтр, інвертор, трансформатор.

На вхід випрямляча надходить напруга 380/220 В 50 Гц. З виходу маємо вже випрямлену напругу 50 Гц.

Середнє значення випрямленої напруги може змінюватися за допомогою тиристорів.

Регулювання напруги відбувається за допомогою зміни кута керування тиристорами  (рис. 3).



Рис. 3. Статична діаграма тиристора

На практиці тиристорами керують за допомогою імпульсно-фазових методів: горизонтального, вертикального, з використанням магнітного підсилювача.

Зміст імпульсно-фазового методу полягає в тому, що на керуючий електрод тиристора подається імпульс керування, зсунутий за фазою відносно анодної напруги тиристора на кут, що дорівнює куту керування.

У спеціальному пристрої відбувається порівняння двох напруг – пилоподібної (синхронної з напругою мережі) та постійної – через кожні півперіоду. У момент їх рівності формується імпульс керування (рис. 4).



Рис. 4. Часові діаграми струму і напруги

в тиристорних випрямлячах

Вертикальний метод використовується в аеродромному перетворювачі частоти АПЧС-60У1.

Метод з використанням магнітного підсилювача застосовується в ТО-12/400-123.

При зміні постійного струму, що протікає в обмотці керування підсилювача, змінюється момент його насичення і відповідно фаза керуючих імпульсів, які подаються на тиристори.

У тиристорних схемах в зв’язку з наявністю вхідної індуктивності з’являється так званий кут комутації тиристорів, як і кут керування. Він знижує середнє значення напруги на навантаженні (рис. 4).

Недоліком такого випрямлення є те, що на виході спостерігаються пульсації напруги. Тому після випрямляча необхідно встановлювати фільтр, щоб їх згладити.

Випрямлена напруга подається на інвертор, де вона інвертується в змінну наругу підвищеної частоти. Далі інвертована напруга підвищеної частоти подається на трансформатор, який знижує її до заданого значення. Також перетворювачі повинні забезпечувати близьку до синусоїдальної форму вихідної напруги. Тому для наближення кривої вихідної напруги до синусоїдальної між інвертором і трансформатором також встановлюють фільтр.

Випрямлячі та інвертори виконані на тиристорах, тому при розробці перетворювача застосовують спосіб комутації тиристорів: спосіб вимикання робочого тиристора і переведення струму на тиристор, що починає працювати.

Комутація може бути: паралельною (комутуючий конденсатор під’єднується паралельно тиристору, який потрібно закрити), послідовною (робочий вентиль, комутуючі дросель, конденсатор та навантаження підключаються послідовно), двоступеневою (струм переводиться з основного вентиля на допоміжний, а з допоміжного на наступний основний).

Інвертори з послідовною комутацією застосовуються при високих вихідних частотах (більше ніж 1000 Гц)

Паралельні інвертори використовуються для вихідної частоти 100 – 500 Гц.

Інвертори з двоступеневою комутацією мають перевагу порівняно з двома першими способами в тому, що процес комутації майже не залежить від величини і характеру навантаження. Але їх доцільно використовувати при низьких частотах.

На зовнішню характеристику інвертора впливає вхідна індуктивність, наявність фільтра та ін.

Для покращення вихідної характеристики, а, отже, і для регулювання вихідної напруги можуть використовуватись такі способи:

– зміна постійної напруги, що подається на вхід інвертора або амплітудне регулювання (застосовується в стаціонарному аеродромному перетворювачі частоти АПЧС-60У1);

– зміна коефіцієнта трансформації вихідного трансформатора (використовується в аеродромному випрямлячі АВС-40У1);

– геометричне додавання вихідної напруги двох і більше інверторів;

– включення зустрічно-паралельно керованих вентилів послідовно з навантаженням;

– включення між інвертором і навантаженням стабілізатора напруги.

На аеродромах використовуються такі перетворювачі, як стаціонарний аеродромний перетворювач частоти АПЧС-60У1, який забезпечує перетворення трифазної напруги 380 В, 50 Гц у трифазну напругу з частотою 400 Гц, і статичний перетворювач частоти ТО-12/400-123, який перетворює трифазну напругу 380 В 50 Гц у однофазну напругу 120 В, 400-900Гц.

У даних перетворювачах забезпечується стабілізація вихідної напруги під час зміни напруги живлення і навантаження за допомогою випрямляча, а частота підтримується постійною. Тобто їх застосування для запуску авіадвигунів є практично неможливим.

Окрім того, вони виконані на тиристорах, на практично застарілій елементній базі.

Освоєння промисловістю силових транзисторів і транзисторних модулів з напругою від 500 до 1000 В і струмами 100-200 А дозволяє створити перетворювач з використанням сучасних
мікомодульних елементів (процесорів), який відповідає наведеним вище вимогам. Структурна схема такого перетворювача буде приблизно такою самою, як показано на рис. 2.

Основні енергетичні співвідношення, а також визначення законів і алгоритму керування потребує подальших досліджень.

Висновки


Аналіз електроенергетичних систем ЛА і трубопровідного транспорту показав, що невеликі потужності стартерів постійного струму не задовольняють нагальні потреби, тому виникла необхідність у використанні електростартерів змінного струму, а отже, і створенні статичних керованих перетворювачів для забезпечення надійного, вибухобезпечного пуску цих стартерів.
^

Список літератури


1. Кац Б.М., Жаров Э.С., Винокуров В.К. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1976. – 220 с.

2. Костенко М.П., Биатровский Л.М. Электри-ческие машины. Ч.2. – М.,Л.: Энергия, 1975. – 704 с.

3. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательная техника. – К.: Вища шк., 1983. – 431 с.

Стаття надійшла до редакції 05.11.04.

И.М. Ищенко, Ю.Т. Гуз, Т.А. Ситкевич

Электростартерный пуск авиационных двигателей и газотурбинных приводов

Рассмотрены вопросы електростартерного пуска авиационных двигателей и газотурбинных приводов. Определены основные требования к статическим преобразователям для питания електростартеров.

I.M. Ischenko, J.T. Guz, T.A. Sitkevich

Starting the aircraft engines and gas-turbine drive by means of electric starter

In the article the questions of the starting the aircraft engines and gas-turbine drive by means of electric starter is considered. In the same way in the article are determined the main requirements to steady-state converter for feeding electric starter.



Схожі:

Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconГосударственный стандарт союза сср конструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconСтроительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconУдк 621. 67. 01 Использование сменных проточных частей в центробежных НасосАХ
И. А. Ковалев,* канд техн наук, проф.; С. О. Луговая**, И. Б. Твердохлеб, канд техн наук, доц
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconГосударственный стандарт союза сср трапы чугунные эмалированные технические условия гост 1811-81
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. И. Горбунов, канд техн наук
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconПо делам строительства москва разработан министерством промышленности строительных материалов СССР исполнители
В. А. Лопатин, канд техн наук; Н. Н. Бородина, канд техн наук; Т. А. Мелькумова; В. И. Голикова; Л. Г. Грызлова, канд техн наук;...
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним сортамент гост 6942. 1-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconТрубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Крестовины прямые со смещенной осью отвода конструкция и размеры гост 6942. 19-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconТрубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Раструбы и хвостовики фасонных частей типы, конструкции и размеры гост 6942. 2-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Муфты конструкция и размеры гост 6942. 22-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Удк 62-83 (07) І. М. Іщенко, канд техн наук Ю. Т. Гуз iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним. Ревизии конструкция и размеры гост 6942. 24-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи