Плавное уменьшение потока стартера

Способ управления стартером плавным уменьшением его потока ши­роко применяют при запуске авиадвигателей от СТГ. При этом способе поток на втором этапе запуска двигателя плавно уменьшают. При этом возрастает угловая скорость и обеспечивается надежное сопровождение авиадвигателя до конца запуска. Уменьшение потока, как и при его ступенчатом изменении, должно начинаться при угловой скорости ω_1, достаточно близкой ω₀₁= U /(C Ф₁). Если поток начать снижать слишком рано, угловая скорость может упасть, а не возрасти. Поток возбуждения стартера, начиная с угловой скорости ω₁ уменьшают по такому закону, который при нарастании угловой скорости обеспечил бы постоянство противо-э.д.с. машины Е =СωФ=const. При соблюдении этого условия поток возбуждения должен изменяться обратно пропорционально угловой скорости привода Ф= Е /(С ω), а ток якоря в процессе регулирования изменением потока должен оставаться постоянным, т. е.

I _А =(U- СωФ)/ R _А= const.

Постоянство тока и противо-э.д.с. означает и постоянство электро­магнитной мощности Р _Э= ЕI _А=const. Поскольку при I _А = const электри­ческие потери в якоре постоянны , а магнитные потери вследствие уменьшения потока при увеличении угловой скорости меняются незначительно, считают, что такой закон изменения потока обеспечивает и приблизительное постоянство потребляемой мощности:

    ,

где  - механические потери.

При работе с постоянным потоком максимальная электромагнитная мощность стартера достигается при t ₁=0,69 Т _М, что соответствует угловой скорости ω≈0,5ω₀. Диаграммы тока якоря, потока возбуждения и угловой скорости стартера (в о.е.) приведены на рис. 13.4,а.

При постоянном напряжении питания якоря и максимальном потоке возбуждения стартера Ф₁=const система стартер - ротор ГТД разгоняется до угловой скорости ω₁. Начиная с момента времени t ₁, соответствующего угловой скорости ω₁ поток возбуждения уменьшают таким образом, чтобы выполнялись усло­вия Е = С ωФ=const и 1 _А=const.

Поток на втором этапе запуска снижают от его форсированного зна­чения Ф₁до номинального значения, соответствующего угловой скорости ω₂ в момент отключения стартера. Из условия постоянства противо-э.д.с. и тока якоря при работе на втором этапе запуска следует, что поток в функции от угловой скорости меняется по закону Ф(ω)=Ф_Н(ω₂/ω), где ω₂ - конечная угловая скорость стартера; ω - текущее значение угловой скорости. Максимальное значение потока равно Ф₁(ω)=Ф_Н(ω₂/ ω₂).

Электроэнергия, потребляемая стартером при запуске, равна суммарной энергии, которую стартер потребляет на первом и втором этапах запуска:

.

Используя уравнение движения привода М - M _С =J (dω/d t), выражая ток в виде

i_a= [ J /(С Ф)](dω/d t), и учитывая, что U =Сω₀Ф_ПОТ, выражение для электроэнергии, израсходованной при запуске, записывают так:

.

Функция А _Э = f (ω₀)экстремума не имеет.

Запасенная системой в процессе разгона кинетическая энергия

.

К. п. д. запуска при этом способе управления определяют из соотношения:

.                                                       (13.3)

Так как на этапе регулирования потоком между значениями угловой скорости и потока должно выполняться соотношение ω₂/ω₁ = Ф₁/Ф₂, то выражение (13.3) переписывают в виде:

,

где  - коэффициент форсировки потока.

Значение функции  при коэффициентах формировки по­тока φ =2-3 возрастает довольно быстро, однако дальнейшее увели­чение коэффициента форсировки (φ >3) не вызывает быстрого возраста­ния функции ψ (рис. 13.4, б). Поэтому в реальных системах запуска делают обычно φ =2.5-3. Поскольку ω₂/ω₁= 0,7, то . Полу­ченная зависимость η = f (φ) позволяет выбрать значение φ, эффективно влияющее на к. п. д.

Время запуска определяют как сумму интервалов времени при работе на первом и втором этапах пуска t _П= t ₁+ t ₂ -Значение t ₁ определяют, используя выражение:

ω₁= ω₀₁ [1-eхр(- t ₁ /T _M)],

где ;

    ;

Время t ₂запуска на втором этапе определяют из уравнения движения системы:

С I _АФ =J (dω/d t), где Ф = Ф_Н(ω₂/ ω); I _А = (U - С ω Ф/ R _А) = const.

Используя законы изменения Ф и I _А в уравнении движения привода с учетом того, что U= С ω_оФ_н, получают

 или ,

откуда

.

При φ = 2 к.п.д. запуска η = 0.56, время пуска t _П= t ₁+ t ₂= 1,17 Т _М.

Для плавного изменения потока возбуждения стартера применяют угольный регулятор тока РУТ-600. Основной рабочей обмоткой регуля­тора тока является его последовательная (токовая) обмотка w _П (рис. 13.5, а), по которой проходит весь ток якоря стартера. В отличие от регулятора напряжения электромагнитная сила F _П последовательной обмотки сжимает угольный столб, а реакция пружины F _ПР ослабляет сжатие. Управляющая обмотка w _У служит для постройки регулятора на нужное значение тока якоря стартера; ее электромагнитная сила F, тоже сжимает угольный столб. Когда регулятор включен, любое отклонение тока якоря СТГ от значения, установленного при настройке, приводит к изменению силы F _П. В результате изменяются сжатие угольного столба и его сопротивление R _УС, ток возбуждения СТГ и его противо-э.д.с. Е = С ωФ. Плотность и значение приращения противо-э.д.с. таковы, что их воздействие устра­няет отклонение тока (с определенной статической ошибкой) от его зна­чения, установленного при настройке. В системе запуска с плавным изме­нением потока возбуждения возможно возникновение неустойчивого ре­жима вследствие особенностей параметров регулятора. Точность стабили­зации тока в первую очередь определяется чувствительностью регулятора и цепи возбуждения, которую характеризуют коэффициенты передачи электромагнита к _ЭМ = (дF _Э /дi _p)₀, угольного столба К _УС=(дК _УС /д δ)₀регуля­тора и К _В=(дi _В /дR _УС)₀обмотки возбуждения (здесь i _Р= i _А+ w _У i _У/ w _П - суммарный ток электромагнита регулятора; δ - воздушный зазор).

С увеличением чувствительности регулирование приближается к аста­тическому, но уменьшается запас устойчивости системы. Учитывая, что характеристики реальных угольных регуляторов (рис. 13.5, б) близки к ас­татическим, не исключена опасность неустойчивой работы. Для повышения устойчивости в регулятор тока вводят ОСС по току возбуждения СТГ, используя специальную обмотку стабилизации w _CT, включенную на паде­ние напряжения на обмотке возбуждения. Сила электромагнита F _Э= F _П+ F _У- F _СТ.