Классификация электрооборудования

Все электрооборудование самолетов и вертолётов гражданской авиации в зави­симости от назначения отдельных его элементов можно разделить на оборудование систем электроснабжения и электрооборудование электрифи­цированных самолёт­ных систем.

Системы электроснабжения включают в себя:

- электрические генераторы постоянного или переменного тока со своей пускорегулирующей и защитной аппаратурой;

- преобразователи электрической энергии;

- аккумуляторные батареи;

- систему передачи и распределения электрической энергии

Потребители электрической энергии:

- пилотажно-навигационный комплекс;

- электрифицированные системы управления самолётом или вертолё­том;

- системы управления закрылками, предкрылками, интерцепторами;

- система управления перестановкой стабилизатора;

- системы управления уборкой и выпуском шасси;

- система управления поворотом колёс передней стойки шасси;

- тормозная система самолёта;

- электрооборудование гидравлической системы;

- электрооборудование топливной системы;

- система запуска вспомогательных силовых установок и двигателей;

- электрооборудование системы кондиционирования воздуха;

- противообледенительные системы;

- внешнее и внутреннее светотехническое оборудование;

- бытовое электрооборудование.

По характеру использования элект­рической энергии всё электрообору­дование можно разделить на следующие категории:

- управляющие схемы сложных самолётных систем (например система запуска ВСУ, система управления механизацией крыла и др.);

- электрические приводы отдельных агрегатов и механизмов (шас­си, за­крыл­ков, триммеров, насосов и т. д.);

- электронагревательные и противообледенительные устройства;

- осветительные и светосигнальные установки;

Помимо классификации по назначению, все электрооборудование де­лится на три категории по характеру работы:

- электрооборудование длительного режима работы;

- электрооборудование кратковременного режима работы;

- электрооборудование повторно-кратковременного режимов работы.

При этом имеется в виду не абсолютная длительность работы, а её связь с тепловой инерцией элементов оборудования.

При работе электрооборудования часть электроэнергии расходуется на на­грев проводов, перемагничивание железных сердечников, на преодо­ление сил трения и т.д. Как следствие, происходит выделение тепла, кото­рое рассеивается в окружающей среде.

При длительном режиме работы после включения соответствующего элек­троагрегата выделение тепла в окружающую среду сначала незначи­тельно – почти всё тепло уходит на нагрев самого агрегата. По мере на­грева агрегата ко­личество тепла, уходящего в окружающую среду, увели­чивается. Рост темпера­туры агрегата замедляется. В некоторый момент времени количество тепла, от­даваемого в окружающую среду, становится равным общему количеству выде­ляемого тепла. Дальнейший рост темпера­туры агрегата прекращается.

При кратковременном режиме работы электроагрегаты за время ра­бо­ты не успевают нагреться до установившихся значений температуры, а во время паузы в работе охлаждаются до температуры окружающей среды.

При повторно-кратковременном режиме работы электроагрегат за время ра­боты не успевает нагреться до установившихся значений темпера­туры, а за время пауз в работе не успевает охладиться до температуры ок­ружающей среды.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуют относи­тельной продолжительностью работы (относительной продолжительно­стью включения):

ε =

В зависимости от условий работы и нагрузки ε мо­жет изменяться в широком диапазоне. При этом чем больше время пауз, тем меньше ε, тем большую на­грузку можно допустить.

В повторно-кратковременном режиме работают электромеханизмы тримме­ров, электромеханизмы триммерного эффекта и секции цикличе­ского электро­обогрева элементов планера и воздушных винтов.

Все элементы элетрооборудования выбирают с таким расчё­том, чтобы при их работе с заданной нагрузкой при заданных условиях ох­лаждения температура их отдельных частей не превышала допустимого значения.

1.2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВ­ЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ САМОЛЁТОВ И ВЕРТО­ЛЁТОВ ГРАЖДАН­СКОЙ АВИАЦИИ

Все требования, предъявляемые к самолетному электрооборудо­ванию, можно разделить на общие (обязательные для любого электро­оборудования) и специаль­ные (обусловленные спецификой его работы на самолете).

К общим требованиям относятся:

- высокая надежность, т. е. свойство элемента, узла, агрегата ли,
системы сохранять свои параметры в заданных пределах при соблю­дении уста­новленных правил технической эксплуатации;

- минимальный вес и габариты;

- удобство и безопасность в эксплуатации;

- ремонтно-эксплуатационная технологичность и низкая стои­мость.

Высокая надежность работы в течение установленного срока службы на самолётах и вертолётах имеет первостепенное значение, так как электрооборудова­ние эксплуатируется в полёте и при его отказе последствия могут быть катастро­фическими.

Высокая надёжность самолетного электрооборудования обеспечивается сле­дующими мерами:

- на стадии конструирования – разработка наиболее грамотных и рацио­нальных электрических схем;

- использование качественных материалов;

- высокая культура производства;

- многократное дублирование цепей питания ответственных потребите­лей;

- дуб­лирование наиболее ответственных агрегатов электрооборудова­ния

- защита от ошибочных действий члена экипажа (оператора), могущих при­вести к авариям;

- защита источников, потребителей и сети в случае ава­рий и коротких замыка­ний.

Требование минимального веса и габаритов (без ущерба для надежности и других технико-экономических показателей).

Данное требование имеет для самолетного электрооборудования осо­бенно большое зна­чение. Это объясняется тем, что самолетное электрообору­дование вме­сте с дополнительными опорными конструкциями и крепежным ма­териалом перево­зится на самом дорогом виде транспорта.

Так как на перевозку каждого килограмма собственного веса само­лета на пол­ную дальность тратится 4÷5 кгтоплива, то каждый лишний килограмм веса элек­трооборудования приводит к четырех-, пятикратному увеличению его полетного веса.

Подсчитано, что стоимость перевозки электрооборудования в течение его срока службы превышает стоимость самого электрооборудования и что подав­ляю­щая часть затрат на электрооборудование в связи с этим связана не с производст­вом, а с эксплуатацией.

Снижение веса самолетного и вертолетного электрооборудования по сравне­нию с наземным электрооборудованием достигается сле­дующими ме­рами:

- применением высококачественных и легких конструктивных, изо­ля­ционных и магнитных материалов;

- повышением допустимых механических, электрических и тепло­вых нагру­зок с допустимым снижением срока службы, но в пределах ресурса самолёта;

- применением электрических машин с повышенными скоростями вра­щения;

- заменой медных проводов в электрических сетях и аппаратах, где это воз­можно, на алюминиевые.

Все перечисленные меры привели к значительному снижению веса са­молетного электрооборудования по сравнению с наземным. Например, если на­земная элек­трическая машина постоянного тока мощностью 25 кВтимеет вес свыше 300 кг, то электрическая машина той же мощности, устанавливае­мая на самолете, весит 50 кг. Тем не менее, вес электро­оборудования превы­шает вес всего остального специ­ального обору­дования самолета. Только вес электрической сети на тяжелых са­молетах превышает тонну и составляет около 25% веса всего обору­дования.

Поэтому дальнейшее снижение веса самолетного электрооборудо­вания остается важной задачей.

Требование минимальных габаритов самолетного электрообору­дования вы­звано ограниченностью пространства внутри самолета.

Удобство и безопасность в эксплуатации и ре­монтно-эксплуатационная технологич­ность

Самолётное электрооборудование эксплуатирует экипаж конкретного самолёта (вертолёта). Удобное расположение аппаратуры управления (вы­ключателей, пере­ключателей, кнопок), контрольно-измерительной и сигналь­ной аппаратуры, мак­симальная автоматизация операций по управлению и контролю позволяет облег­чить работу летного экипажа и уменьшить его чис­ленность, увеличить уровень безопасности.

С точки зрения безопасности также должна быть исключена возмож­ность со­прикосновения членов экипажа или пассажиров с токопроводящими элементами, находящимися под повышенным напря­жением или имеющими температуру выше 70 °С.

Требование ремонтно-эксплуатационной технологичности преду­смат­ривает такое размещение и монтаж агрегатов электрооборудо­вания на само­лете, при котором обеспечиваются хорошие подходы к агрегатам, возмож­ность быстрого нахождения и устранения неис­правностей и замены вышед­шего из строя оборудования.

Специальные требования предусматривают:

- независимость работы электрооборудования от атмосферных факто­ров (давле­ния, темпе­ратуры и влажности окружающей среды);

- независимость работы электрооборудования от присутствия в воздухе паров бен­зина, керосина, смазочных масел, гидравлических жидкостей и кислот;

- независимость работы электрооборудования от положения в про­странстве;

- нормальную работу при вибрационных и инерционных перегруз­ках, наблю­дающихся на самолетах;

- взрывобезопасность и пожаробезопасность;

- отсутствие влияния на работу бортового оборудования.

Эти требования вызваны условиями работы самолетного электро­обору­дования и также накладывают существенный отпечаток на выбор конструк­тивных, провод­никовых и изоляционных материалов, на кон­структивное вы­полнение агрегатов, технологию их производства и монтажа и другие пара­метры.

1.3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕ­НИЯ И ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ

В состав системы электроснабжения входят элементы элек­трооборудо­вания, при помощи которых обеспечивается генерирование, преобразование, передача и рас­пределение электрической энергии, т. е. источники, преоб­разователи и элек­трическая сеть самолета вместе с относящимися к ним системами контроля, управления, регулирования и защиты.

В зависимости от того, какой ток (постоянный или переменный) на самолете является основным, различают основные системы электроснаб­же­ния постоянного тока, пе­ременного тока и смешанные.

В системах постоянного тока основными источниками электриче­ской энергии являются генераторы постоянного тока, устанавливаемые на двигателях и преобразующие часть механической энергии генераторов в электрическую энер­гию. При этом на каждом маршевом двигателе устанав­ливают один или два генера­тора одинаковой мощности. Мощность генерато­ров определяют из расчёта макси­мальной потребляемой мощности с запасом, необходимым для питания всех потре­бителей электроэнергии в случае отказа одного генератора или одного из двигате­лей. На самолётах и вертолётах с электрическим запуском маршевых двигателей вместо генераторов исполь­зуются стартер-генераторы, которые при запуске рабо­тают в стартёрном ре­жиме, т.е. режиме электродвигателя, обеспечивая раскрутку соответствую­щего двигателя. После запуска они переходят в генераторный режим, обес­печивая выработку электроэнергии.

На газотурбинных самолётах, имеющих вспомогательную силовую ус­тановку (ВСУ), предусматривается резервный генератор (стартёр-генератор), который уста­навливается на ВСУ. Его мощность соизмерима с мощностью основных генерато­ров. В полёте резерв­ный генератор используется при от­казе всех основных генера­торов для питания бортсети. При этом часть мало­важных потребителей автомати­чески или вручную отключается. На земле ре­зервный генератор используется при отсутствии аэро­дромного источника для питания бортсети.

Аварийными источниками электроэнергии являются аккумулятор­ные бата­реи. В полёте при отказе всех основных генераторов они обеспечи­вают электропи­тание всех жизненно важных потребителей электроэнергии, а также аварийный за­пуск ВСУ. На земле, при отсутствии аэродромного ис­точника постоянного тока, от аккумуляторов производится автономный за­пуск ВСУ. Также на земле от аккуму­ляторов возможно кратковременное электропитание маломощных потребителей.

Предусматривается подключение аэродромного источника постоян­ного тока с помощью специального ште6псельного разъёма.

Для получения переменного тока применяются электромашинные или статиче­ские преоб­разователи, использующие часть электроэнергии основной системы элек­троснабжения.

На самолетах с системами электроснабжения переменного тока ос­нов­ными ис­точниками электрической энергии являются генераторы трёхфазного переменного тока, обычно по одному генератору на каждом двигателе. Боль­шинство потребите­лей в этом случае получает питание от сети переменного тока. На ВСУ предусмат­ривается резервный генератор переменного тока.

Для питания жизненно важных потребителей переменного тока ис­пользуются электромашинные или статические преобразователи постоянного тока в перемен­ный (на современных самолётах – статические).

Для питания потребителей постоянного тока в таких системах электро­снабжения используются трансформаторно-выпрямительные блоки (выпря­мительные устрой­ства), а также аккумуляторные батареи, являющиеся ава­рийными источниками по­стоянного тока.

На самолетах со смешанными системами электро­снабжения на каждом двига­теле устанавливаются как генераторы постоянного тока, так и соизме­римые с ними по мощности генераторы переменного тока. К та­ким системам можно отнести сис­темы электроснабжения турбовинтовых самолетов и верто­лётов. Например, на са­молёте Ан-26 на каждом двигателе устанавливается ге­нератор СТГ18ТМО-1000 мощностью 18 кВт и генератор ГО16ПЧ8 мощно­стью 24кВА. На ВСУ устанавлива­ется, как правило, стартёр-генератор посто­янного тока и генератор переменного тока.

В системах электроснабжения отечественных самолетов и вертолётов приняты следующие величины номинальных напряжений:

у генераторов постоянного тока — 28,5 В;

у аккумуляторных батарей — 24 В;

у преобразователей постоянного тока в однофазный переменный ток частотой 400 Гц— 115 в;

у преобразователей постоянного тока в трехфазный переменный ток частотой 400 Гц— 36 В;

у трехфазных генераторов переменного тока частотой 400 Гц— 120/208 В

(120 В— фазное, 208 В— линейное напряжение).

Однофазные генераторы переменного тока выполняются на номи­наль­ное напря­жение 120 Вили 208 В.

2. ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ САМОЛЁТОВ С ОСНОВНОЙ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРО­СНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

На самолётах с основной системой электросн6абхения постоянного тока как правило дополнительно предусмотрены две вторичных системы электроснабжения переменного тока, соответственно однофазного перемен­ного тока 115 В частотой 400 Гц и трёхфазного переменного тока 36 В часто­той 400 Гц.

В системе постоянного тока основ­ными источниками электроэнергии явля­ются генераторы постоянного тока, уста­новленные на маршевых двига­телях, ре­зервным источником является генератор ВСУ, аварийными источни­ками – аккуму­ляторные батареи. Предусмотрено под­ключение аэродромного источника постоян­ного тока.

Во вторичной системе электроснабжения однофазного переменного тока 115 В частотой 400 Гц в качестве источников электро­снабжения исполь­зуются три элек­тро­машинных преобразователя постоянного тока в однофаз­ный пере­менный ток на­пряжением 115 В частотой 400 Гц – один рабочий (основной), второй – резерв­ный, третий – аварийный. На некоторых самолё­тах пре­дусмотрено подключение аэродромного ис­точника однофазного пе­ременного тока напряже­нием 115 В часто­той 400 Гц.

Во вторичной системе электроснабжения трёхфазного переменного тока 36 В частотой 400 Гц в качестве источников электро­снабжения исполь­зуются четыре электро­машинных преобразователя постоянного тока в трёх­фазный пере­менный ток на­пряжением 36 В частотой 400 Гц. Два из них, мощностью от 500 ВА до 1500 ВА, соответственно рабочий и резервный, обеспечивают электропитание сети 36 В. Два других, чаще всего ПТ-200, обеспечивают резервное питание авиагори­зонтов.