Многоступенчатое и плавное повышение напряжения на якоре стартера применяют часто. Запуск при многоступенчатом повышении напряжения используют для двигателей АИ-20, -24 от ВСУ ТГ-16, повышающей напряжение пятью ступенями до 60 В. Для запуска с плавным повышением напряжения до 70 В служат аэродромные источники. Запуск с многоступенчатым изменением напряжения применяют при питании стартера от генератора, напряжение которого повышают ступенями, регулируя его ток возбуждения (рис. 13.6, а). Для этого в определенные моменты запуска в цепь обмотки электромагнита регулятора напряжения, входящего в систему запуска, в определенной последовательности вводят добавочные сопротивления.
Моменты перестройки регулятора и значения ступеней выбираются так, чтобы броски токов при переключениях были бы одинаковы и равны броску тока при пуске. Значения ступеней напряжения и моментов переключения выбирают и из соображений приближения процесса запуска к оптимальному.
Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения при М С= const оптимальным является разгон при Ia =const. Значение тока якоря, а следовательно, и ускорения, выбирают по заданному значению потерь и с учетом ограничений, накладываемых на систему. В частности, на этом основании могут выбираться действующее или среднее значение тока при многоступенчатом изменении напряжения.
При многоступенчатом изменении напряжения стараются выполнить два условия: равенство бросков токов Ia max при переключениях на всех ступенях и равенство минимальных токов Ia min в конце каждой ступени.
Эти условия записывают в таком виде:
а) (13.4)
или .
б) (13.5)
или ,
где ω0 i - угловая скорость идеального XX на i -й ступени.
Из выражения (13.4):
,
Из уравнения (13.5):
.
Из условия равенства бросков тока при переключении ступеней следует, что приращение напряжения (в начале) каждой ступени должно быть равно приращению э.д.с. на каждой ступени:
.
Напряжение, подводимое к якорю стартера на всех ступенях, кроме первой, меняется n-1 равными ступенями:
∆ U=E 1 = (U max -U 1):(n-1).
Время запуска равно сумме временных интервалов работы на каждой ступени пуска. Для i -й ступени:
; ,
где ω i К - угловая скорость в конце i -й ступени.
Из условия равенства максимальных и минимальных значений тока якоря на ступенях пуска следует, что
откуда .
Время пуска t П = nt 1.
В пределе при и получается пуск с плавным повышением напряжения. Для этого напряжение также должно меняться плавно от некоторого начального значения U 1(рис. 13.6, б).
Характер изменения угловой скорости системы стартер - авиадвигатель определится из уравнения С Ф(U 1 /R А) =J (dω/d t), откуда dω= (С Ф/ J)·(U 1 /R А)d t и ω=[ С Ф/(J · R А)]·[ С Ф / (С Ф)] U 1 t или
. (13.6)
При условии I А= U 1 /R А = const угловая скорость растет по линейному закону во времени.
До конечной угловой скорости ωК стартера время пуска
(13.7)
Закон изменения напряжения при пуске находят из условия постоянства тока якоря в процессе пуска:
[ U (t)- С ωФ]/ R А= U/R А =I A = const.
Заменяя в формуле (13.7) , получают, что
. (13.8)
Из уравнения (13.8) следует, что при условии I А=const напряжение меняется во времени по линейному закону. Учитывая, что и угловая скорость стартера во времени также меняется по линейному закону (см. уравнение 13.6), следует, что и напряжение также является линейной функцией угловой скорости. Зная количественную связь между временем и угловой скоростью, которая определяется выражением t=Т М(ω/ω01), находят закон изменения напряжения в зависимости от угловой скорости:
.
Экономичность пуска определяется значением его к.п.д.:
(здесь ω2 - угловая скорость стартера при его отключении);
А Э - расход электроэнергии при пуске . Подставляя в выражение для расхода электроэнергии при пуске выражения
,
получают .
Подставив выражение расхода электроэнергии в формулу для к.п.д., определяют зависимость к.п.д. от величин, характеризующих запуск при линейном законе нарастания напряжения от угловой скорости
.
При пренебрежении моментами статической нагрузки, полагая М С=0 (или М С=const), разгон системы СТГ-ГТД до заданной угловой скорости при постоянном потоке возбуждения и постоянном токе якоря является оптимальным переходным процессом.
Значение 1 Аи dω/d t выбирают исходя из допустимых потерь за процесс разгона:
и ограничений, накладываемых на узлы системы по условиям работы (допустимые ускорения, допустимый ток якоря по условиям коммутации, допустимое значение напряжения на якоре стартера и т. д.).
Управление запуском плавным повышением напряжения - это наиболее совершенный способ управления стартером, позволяющий разогнать ГТД до заданной частоты вращения за минимальное время при заданных потерях и ограничениях. При учете моментов М К и М Т закон управления получается сложнее. Из-за сложности его технической реализации в реальных системах производится запуск при постоянном токе якоря.
Глава 14