`CUPRINSCAPITOLUL 1: SISTEME ELECTROENERGETICE DE BORD …………………………………..3

1.1 Evolutia instalatiei electrice a aeronavelor ………………………………………………………….3

1.2 Definirea sistemului electroenergetic de bord……………………………………………………….5

1.3 Conditiile de functionare a sistemelor electroenergetice de bord…………………………………...8

1.4 Cerinte tehnico-economice impuse sistemelor electroenergetice de bord…..………………………8

1.5 Masa de zbor a sistemului electroenegetic…………………………………………………………..9

CAPITOLUL 2 GENERATOARE DE CURENT CONTINUU PENTRU AERONAVE…………..11

2.1 Consideratii asupra sistemelor electroenergetice de curent continuu...............................................11

2.2 Generatoare de c.c. utilizate la bord………………………………………………………………..11

2.3 Caracteristicile generatorului de curent continuu cu exceptie derivatie …………………………..17

2.3.1 Caracteristica de mers in gol a generatorului derivatie ............................................................17

2.3.2 Conditia de autoexcitare a generatorului derivatie …………………………………………...17

2.3.3 Stabilitatea statica a excitatiei generatorului ………................................................................21

2.3.4 Caracteristica reglarii generatorului derivatie………………………………………………...22

2.3.5 Caracteristica reglarii generatorului derivatie ………………………………………………..23

2.3.6 Caracteristica externa a generatorului derivatie………………………………………………24

2.4 Metode de reglare a curentului de excitatie…….………………………………………………….25

2.4.1 Conectarea in serie a rezistentei de reglare …………………………………………………..25

2.4.2 Conectarea in derivatie a rezistentei de reglare ………………………………………………27

CAPITOLUL 3 COMANDA SI PROTECTIA SURSELOR ELECTRICE DE BORD DE

CURENT CONTINUU…………………………………………………………………………………..28

3.1 Cerintele impuse sistemelor de comnda si protectie……………………………………………….28

3.2 Releu de tensiune minima …………………………………………………………………………29

3.3 Releul diferential minimal………………………………………………………………………….31

3.4 Releul polarizat al releului diferential minimal……………………………………………………34

1

3.5 Protectia generatoarelor si a retelei la supratensiune………………………………………………40

3.5 Protectia generatoarelor si a retelei la supratensiune…....................................................................40

3.6 Protectia generatoarelor la suprasarcina……………………………………………………………43

3.7 Comanda si protectia acumulatoarelor de bord……….....................................................................44

CAPITOLUL 4 PORNIREA AUTOMATA A MOTOARELOR DE AVION………………………46

4.1 Consideratii generale……………………………………………………………………………….46

4.2 Pornirea motoarelor cu piston……………………………………………………………………...46

4.2.1 Consideratii asupra metodelor de pornire a motoarelor cu piston ……………........................46

4.2.2 Studiul procesului de accelerare si de franare a volantului…………………………………...49

4.3 Pornirea motoarelor cu turbina……………………………………………………………………..56

4.3.1 Pornirea turbomotoarelor la sol……………………………………………………………….56

4.3.2 Pornirea motoarelor in conditii speciale ……………………………………………………...59

4.3.3 Demaroare utilizate pentru pornirea turbomotoarelor………………………………………...59

4.3.3.1 Demaroare cu turbine cu gaze…………………………………………………………...60

4.3.3.2 Turbomotoarele cu pulbere………………………………………………………………60

4.3.3.3 Demaroare cu vapori si cu turborachete…………………………………………………61

4.3.3.4 Turbodemaroare pneumatice…………………………………………………………….62

4.3.3.5 Sisteme de pornire fara demaror…………………………………………………………62

4.3.3.6 Consideratii generale asupra utilizarii demaroarelor electrice…………………………..62

4.3.3.7 Relatia dintre puterea masinii electrice in regim de generator si in regim de demaror …65

4.4 Studiul metodelor de comanda a pornirii cu demaroare electrice………………………………….66

4.4.1 Clasificarea metodelor de comanda a pornirii………………………………………………...66

4.4.2 Metoda pornirii directe………………………………………………………………………..68

4.4.2.1 Demaror cu circuit magnetic saturat……………………………………………………..68

4.4.2.2 Demaror cu circuit magnetic nesaturat…………………………………………………..69

4.4.3 Metoda pornirii cu reostat………………………………………………………………….....71

4.4.4 Metoda cresterii in trepte a tensiunii sursei electrice de alimentare…………………………..71

4.4.5 Metoda cresterii continue a tensiunii de alimentare…………………………………………..73

4.4.6 Metoda micsorarii in trepte a fluxului magnetic……………………………………………...75

4.4.7 Metoda micsorarii continue a fluxului de excitatie…………………………………………..77

4.4.7.1 Regimul de stabilizare a curentului rotoric…………………………………………………78

4.4.7.2 Regimul de stabilizare a puterii …………………………………………………………80

4.4.8 Comparatie intre regimurile de comanda a procesului de pornire……………………………82

4.5 Studiul procesului de stabilizare a curentului rotoric al demarorului……………………………...82

Bibliografie………………………………………………………………………………………………84

2

CAPITOLUL 1SISTEME ELECTROENERGETICE DE BORD

1.1 EVOLUTIA INSTALATIEI ELECTRICE A AERONAVELOREnergia electrica a inceput sa fie utilizata la bordul aeronavelor inca de la aparitia

primelor aparate de zbor cu motor, pentru aprinderea amestecului carburant. Odata cu dezvoltarea si perfectionarea aeronavelor s-au extins si instalatiile de bord care necesitau un consum sporit de energie electrica: instalatii de incalzire, iluminatul electric etc.

Primele instalatii electrice au fost de curent alternativ la frecventa de 600-1200Hz. Prin anul 1920 s-au adoptat sistemele energetice de curent alternativ de 8V si apoi de 12V. Primele instrumente si motoare electrice de c.c. isi fac aparitia la bordul aeronavelor prin anul 1930. Curand dupa aceasta data s-au generalizat sistemele electroenergetice de c.c. cu tensiunea de 24 V.

In deceniul al cincelea situatia s-a schimbat radical ca urmare a dezvoltarii considerabile a aeronavelor, a cresterii complexitatii misiunilor aviatiei precum si a performantelor de zbor. Aparitia avioanelor cu propulsie-reactie a fost inca un factor important care a influentat dezvolterea instalatiilor electrice, electronice si de automatizare de la bord. Ca urmare, puterea electrica instalata pe aeronave a crescut vertiginos, iar sistemul electroenergetic de bord a inceput sa aiba o importanta vitala pentru indeplinirea misiunilor de zbor.

Puterea tuturor receptoarelor de energie electrica de la bordul unui avion modern de pasageri este de 150-360 kW, iar in cazuri speciale se atinge 1000 kW. Lungimea conductoarelor retelei electrice de bord este cuprinsa intre 30-300 km, iar masa intregului echipament electric de la bordul avioanelor grele este in jur de 5 t. In componenta

3

instalatiei electrice a aeronavelor moderne intra sute de micromotoare electrice, relee, contactoare etc.

In aceste conditii s-a facut resimtita nevoia de a se mari tensiunea retelei de bord. In prezent exista tendinta de a se generaliza, cel putin pe avioanele de pasageri de mare capacitate, sistemul electroenergetic de c.c. cu tensiunea de 200/115 V la frecventa de 400 Hz, iar pentru avioanele cu sisteme elecroenergetice de 1000 kW probabil se va trece la tensiunea de 380/220 V.

1.2 DEFINIREA SISTEMULUI ELECTROENERGETIC DE BORDIn acceptiunea cea mai generala, prin instalatie electrica de bord se intelege

ansamblul surselor si convertizoarelor de energie electrica, sistemul de transmitere si distributie a energiei electrice precum si consumatorii electrici. Nu se includ aici sistemele mecanice, electronice sau de alta natura decat electrica, desi necesita un consum de energie electrica.

Prin sistem electroenergetic de bord sau sistem de alimentare cu energie electrica se intelege ansamblul componentelor din instalatia electrica a unei aeronave care asigura producerea, conversia, transmiterea si distributia energiei electrice, adica: sursele electrice, convertoarele si reteaua electrica. Se observa ca sistemul electoenergetic nu include nici o categorie de receptori electrici.

Se numeste retea electrica ansamblul instalatiilor prin intermediul carora energia electrica este transmisa de la surse la consumatori. Ea cuprinde conductele electrice, aparatura de comutatie, protectie si control precum si dispozitive de montare a retelei pe avion.

Dupa felul curentului, sistemele electroenergetice pot fi: de curent continuu, de curent alternativ sau mixte.

In cazul sistemelor electroenergetice de c.c., sursele principale sunt generatoare de curent continuu. Pentru alimentarea consumatorilor de c.c. si a celor care necesita alimentare cu tensiune continua de valori superioare celei furnizate de generatorul principal, se utilizeaza diferite tipuri de convertizoare.

Spunem ca un sistem electroenergetic este de curent alternativ daca sursele principale sunt generatoare de c.a. iar consumatorii in majoritatea lor sunt tot de c.a. Pentru eventuali consumatori de c.c. se utilizeaza blocuri de transformare-redresare (BTR).

Sistemele electroenergetice mixte cuprind atat generatoare de c.c. cat si generatoare de c.a., puterile acestora fiind apropiate ca valoare. Fiecare dintre cele doua surse debiteaza energie pe o retea electrica proprie. In general, prin sistem electroenergetic mixt intelegem faptul ca la bord alimentarea consumatorilor se relizeaza in c.c. si in c.a. la tensiuni si frecvente diferite. Putem avea deci generatoare de c.c si de c.a., ambele actionate de motorul avionului. De asemenea, tot sistem mixt va fi si sistemul format din generator de c.a. cu frecventa variabila si generator de c.a. cu frecventa constanta.

Pe unele avioane se utilizeaza sisteme electroenergetice cu producerea energiei electrice in c.a. sub tensiune stabilizata si frecventa variabila, iar dupa redresare si filtrare, transmiterea energiei la consumatori se face sub forma de c.c.

Prin receptoare sau consumatori de energie electrica intelegem echipamentele si agregatele de la bord care necesita pentru functionare normala un anumit consum de energie electrica. Receptoarele pot fi grupate dupa cum urmeaza:

- actionari electrice;- instalatii de incalzire;

4

- sistem de iluminat si semnalizare;- sistem de pornire a motoarelor;- instalatii menajere de pe avioanele de pasageri.Tot consumatorii electrici sunt aparatele electrice de control si masura, aparatele de

pilotaj si navigatie, echipamentul radiotehnic, sisteme de conducere automata a aeronevelor, instalatiile foto etc.

Din punct de vedere al conditiilor de utilizare se disting:Sisteme electrenergetice principale (SEP), care sunt destinate sa alimenteze

consumatorii de bord in conditii normele de zbor.Sisteme electroenergetice auxiliare (SEA), care sunt destinate sa asigure alimentarea

instalatiei electrice de bord la sol, in conditii normale, dar cand nu functioneaza motoarele avionului.

Sistemul electroenergetic de avarie (SEA), este destinat sa asigure alimentarea consumatorilor electrici in zbor la avarie integrala a sistemului electroenergetic principal.

Sistem electroenergetic auxiliar-de avarie (SEAA) are rolul de a indeplini atat functia SEA la sol cat si functia SEA in zbor la avaria surselor principale.

Sistem de alimentare electrica de aerodrom se refera la sursele electrice exterioare avionului, care permit alimenterea lui pe timpul stationarii la sol.

Prin sursa primara de energie electrica se intelege o instalatie care transforma energia neelectrica in energie electrica. In majoritatea cazurilor, pe avioane, sistemul primar de alimentare este format din generatorul de bord actionat de motorul avionului.

Prin sistem de alimentare primar-auxiliar se intelege un generator actionat de o instalatie auxiliara de forta.

Prin sistem secundar de alimentare se intelege un dispozitiv electric sau electromecanic care converteste energia electrica a sistemului primar tot in energie electrica, dar la parametrii de tensiune si frecventa diferiti de ai sistemelor electroenergetice primare.

Pot exista si sisteme tertiale de alimentare electrica, care au rolul de a converti energia furnizata de sistemul secundar in energie electrica cu alti parametrii. Spre exemplu, daca sistemul primar este de c.a. cu frecventa variabila iar sistemul secundar de alimentare este de c.c., atunci alimentarea in c.a. cu frecventa constanta se realizeaza cu invertoare, care reprezinta, evident, sisteme tertiale de alimentare electrica.

Dupa numarul canalelor, sistemele electroenergetice de bord pot fi monocanal sau multi canal. Sistemele electroenergetice monocanal se intalnesc pe avioanele monomotor prevazute cu un singur generator la bord. Avioanele multimotoare sunt echipate cu sisteme electroenergetice multicanal, numarul canalelor fiind de regula egal cu numarul de motoare, deci si de generatoare.

Principalii parametri ai sistemelor electroenergetice utilizate la bord sunt sintetizati in tabelul 1.1.

1.3 CONDITIILE DE FUNCTIONARE A SISTEMELOR ELECTROENERGETICE DE BORDInstalatia electrica a aeronavelor functioneaza in conditii deosebite fata de instalatiile

terestre. Acestea sunt concretizate printr-o serie de parametrii, care pot fi reunite in doua mari grupe: factori climatici si factori mecanici.

Dintre factorii care tin de clima si de starea atmosferei, cei mai importanti sunt urmatorii: presiunea atmosferica, densitatea aerului, temperatura, umiditatea, praful, ceata

5

maritima, ozonul, ionizarea si radiatiile. Dintre factorii mecanici cei mai importanti sunt: vibratiile, socurile si acceleratia. La acestea se adauga, in cazul avioanelor echipate cu motoare de mare putere, actiunea zgomotului.

Toti factorii climatici variaza in limite foarte largi, in functie de altitudine, fapt care trebuie avut in vederere la proiecterea instaletiei de bord.

Presiunea atmosferica si densitatea aerului reprezinta doua marimi care scad rapid cu cresterea altitudinii de zbor. Din aceasta cauza scade rigiditatea dielectrica a aerului, precum si coeficientul de cedare a caldurii de catre corpurile incalzite. In aceste conditii ionizarea aerului dintre contacte se produce la tensiuni mai scazute. Rigiditatea dielectrica a aerului la altitudinea de 16 km este de 2,5 ori mai mica decat la sol astfel ca exista pericolul de aparitie a arcului electric intre contactele intrerupatoarelor, la colectoarele masinilor electrice etc.

Temperatura aerului variaza in limite foarte largi, in functie de anotimp, de latitudine si de altitudine. In figura 1.1. se arata graficul dependentei temperaturii atmosferice de altiudine precum si valorile definite conform atmosferei standard. Se observa ca temperatura scade cu altitudinea; conform atmosferei standard, temperatura la sol este de 15˚ C, iar gradientul de temperatura se considerea constant si egal cu 6,5˚/km.

TABELUL 1.1. Parametrii electrici ai sistemelor electroenergetice

Felul sistemelor

Tipul sistemului

electroenergetic

Tensiunea sursei electrice

V

Tensiunea la receptoare

V

Frecventa Hz Observatii

Primare

De curent continuu

2,8±3٪Se admite:28,5±4٪28,5±7٪

27±10٪In caz de avarie se admite 20 V —

V=28,5±2٪Cu regulator de precizie

De curent alternativ trifazat cu frecventa variabila

208/120±2٪208+3٪

200/115±5٪200±٪ 300–900

f=400±5٪Hz daca

actionarea este de la M.T.P.

De curent alternativ trifazat cu frecventa stabilizata

208/120±2٪208±2٪

200/115±٪200±5٪

400±1٪Se admite400±2٪

U=208±(2,1–1)٪ cu

regulator de precizie

Secundare

De curent alternativ

monofazat cu frecventa constanta

115±3٪ 115±5٪ 400±5٪

In unele cazuri

f = 400+7٪Hz –5٪

De curent alternativ cu

frecventa constanta

36±3٪Se admite

37±3٪36±5٪ 400±2٪

In unele cazuri

specialef=400±1٪

sauf=400±0,1٪

De curent Se utilizeaza

6

alternativ cu trifazat cu frecventa stabilizata

precis

36±3٪ 36±5٪ 400±0,05٪si frecvente de 500, 800, 1000, 1200,

2000, 4000 si 10000 Hz

De curent continuu 28,5±9٪ 27+10٪ —

Pulsatia admisa a

tensiunii 8٪

Legea de variatie a temperaturii pana la altitudinea de 11 km este

In care: este gradientul de temperatura; H – altitudinea; - temteratura la sol. De la altitudinea de 11 km si pana la aproximativ 30 de km, adica in limitele

tropopauzei, temperatura aerului ramane constanta si egala cu -56,5˚C . Peste 30 km temperatura incepe sa creasca atingand din nou o valoare stationara de 185˚C la altitudinea de 50 km (fig. 1.1, b).

Dupa cum se vede din figura 1.1, a temperatura atmosferica poate lua valori, in limitele troposferei si tropopauzei, de la +50˚C pana la -80˚C.

Fig. 1.1. Variatia temperaturii atmosferei:a – in functie de anotimp; b – cu altitudinea; 1 – vara; 2 – atmosfera standard; 3 – iarna.

Scaderea monotona a temperaturii compenseaza in parte efectele micsorarii densitatii aerului asupra regimului termic al instalatiilor electrice. Scaderea temperaturii are influenta negativa asupra functionarii unui mare numar de instalatii si aparate de bord, inclusiv asupra unor surse electrice, asa cum este cazul indeosebi al bateriilor de acumulatoare folosite la bord ca surse de avarie.

De regula aerul necesar rentru racirea fortata a unor instalatii electrice de putere, ca de exemplu generatoarele de bord, se capteaza din atmosfera cu ajutorul unor prize dinamice. Datorita franarii, aerul este captat la o temperatuta superioara temperaturii a mediului ambient, care depinde de patratul vitezei de zbor

(1.1)

7

unde V este viteza de zbor in m/s.Temperatura aerului captat pentru racirea instalatiilor de bord este ceva mai mica

decat valoarea data de (1.1)

astfel ca pentru iar pentru , .

Se poate vedea pe figura 1.2 ca daca se zboara cu 2000 de km/ora temperatura aerului franat depaseste 100˚C chiar si la altitudinea de 11 km.

Este evident ca in cazul avioanelor hipersonice aceasta compensare este insuficienta si trebuie sa se recurga la alte modalitatii de racire a instalatiilor electrice de bord.

Umiditatea aerului este un parametru care indica continutul in vapori de apa al atmosferei. Umiditatea absoluta a aerului, adica continutul de apa intr-un metru cub de aer, scade rapid incepand de la altitudinea de 6000 m. Spre exemplu pentru altitudini mai mari de 6000 m, umiditatea absoluta este de numai 0,001 g/m in timp ce la nivelul marii ea este de 10 g/m . Prin scaderea umiditatii si a continutului de oxigen se reduce considerabil pelicula de politura cu rol urguent pe colector, ceea ce produce o uzura accentuata a periilor masinilor electrice.

Continutul in vaporii de apa a unui m de aer variaza mult cu temperatura. De aici pericolul condensarii apei continute in aerul din interiorul unor agregate electrice atunci cand se trece de la temperaturi ridicate la temperaturi scazute, si depunerea de picaturi de apa pe conctactele electrice sau pe lagarele unor instrumente.

Fig. 1.2. Variatia temperaturii aerului franat in functie de viteza.

Vbratiile sunt produse la bord in principal de sistemul de propulsie si de fileurile de aer care se scurg pe suprafata avionului. Mai pot produce vibratii si unele agregate care lucreaza in zona de rezonanta. Spectrul de frecvente al acestor vibratii dupa axa normala a avionului se intinde intre 5 si 500 Hz si amplitudini cuprinse intre 0,25 mm si 0,02 mm.

Datorita acestor vibratii se produc acceleratii de vibratie ale caror valori pot atinge 10 g, iar in zona de montare a motoarelor nivelul acceleratiilor de vibratie poate depasii aceasta valoare.

Socurile se produc la bord la aterizare si pe timpul zborului in atmosfera turbulenta. Mai pot aparea socuri la scoaterea dispozitivelor de franare , precum si la utilizarea agregatelor de catapultare sau a acceleratoarelor de decolare. De regula acceleratiile care se iau in calcule au valoarea de 9 g iar daca se tine seama de aterizarea fortata pe sol sau pe apa, acceleratia trebuie majorata la 25 g.

8

Acceleratiile au, de asemenea, o influienta mare asupra instalatiei electrice. Zborul avionului nu se face cu viteza constanta. Datorita evolutiilor executate se pot produce acceleratii de valoare importanta. Astfel pe timpul evolutiilor cu avioane interceptoare, acceleratiile pot atinge valori de 13 g, iar in cazul avioanelor grele se considera ca apar acceleratii pana la 7 g. Variatia tractiunii motoarelor provoaca o acceleratie longitudinala de numai 0,5 g.

1.4 CERINTELE TEHNICO-ECONOMICE IMPUSE SISTEMELOR ELECTROENERGETICE DE BORDImportanta si compelexitatea functiilor indeplinite de instalatiile electrice de bord

precum si conditiile specifice in care lucreaza ridica o serie de exigente in fata constructorilor si proiectantiilor. Aceste exigente in parte coincid cu cele impuse oricarei instalatii electrice. Exista un numar de cerinte specifice cum sunt:

Siguranta in functionare. Toate instalatiile electrice de bord trebuie sa aiba o inalta siguranta in functionare in orice conditii de zbor. Pentru realizarea acestui imperativ, componentele instalatiilor electrice se construesc dupa o tehnologie si cu materiale cat mai adecvate. In plus, sistemele de importanta vitala pentru securitatea zborului sunt dublate sau triplate.

Minimizarea greutatii si gabaritului. O cerinta majora impusa instalatiilor electrice de bord este reducerea greutatii si volumului tuturor componentelor, desigur fara diminuarea sigurantei in functionare si a simplitatii in exploatare. Echiparea aeronavelor cu instalatii supra dimensionate duce la micsorarea incarcaturii utile a avionului, deci la folosirea lui neeconomica.

Conditia respectiva de gabarit este impusa de spatiul limitat disponibil in aeronave. Pentru a reduce greutatea instalatiei electrice este necesar sa se utilizeze materiale usoare cu calitati electrice superioare.

Simplitatea in exploatare si securitatea echipajului si pasagerilor. Conform acestor cerinte instalatiile de bord trebuie astfel concepute si amplasate la bord incat sa permita un acces usor si o utilizare simpla a cestora. Se impune tot mai mult automatizarea functionarii tuturor agregatelor astfel incat numarul membrilor echipajului sa poata fi redus la 3 sau chiar numai la doua persoane.

Tehnologii de reparatie simple si pret de cost redus. Sistemul electroenergetic trebue astfel conceput incat avariile sa poata fi depistate si remediate cat mai repede, pentru a reduce durata de indisponibilitate a aeronavei. Pentru reducerea cheltuelilor de intretinere si reparatii se impune relizarea unor agregate perfectionate, cu resursa mare, care permit o crestere considerabila a duratei de utilizare intre reparatii.

Nivelul redus de perturbatii. Instalatia electrica de bord trebuie astfel realizata incat sa nu afecteze functionarea instalatiilor radiotehnice de bord, a aparatelor de pilotaj si navigatie etc.

Durata minima pentru pregatire si intrare in regim normal de functionare. Aceasta cerinta are o mare importanta mai ales pentru avioanele militare. Agregatele care utilizeaza energia electrica precum si componentele sistemului electroenergetic trbuie astfel realizate incat indiferent de conditiile atmosferice, durata pregatirii, pornirii si atingerii parametrilor nominali sa fie cat mai scurta.

Vurnerabilitatea redusa. Instalatia electrica a aeronavelor trebuie proiectata astfel incat sa fie putin vulnerabila, sa reziste la explozii si la incendii. In acest scop, in special la

9

avioanele militare, trebuie sa fie studiate variantele probabile de lovire si modul in care se va asigura functionarea in continuare a sistemului elecroenergetic pana la aterizare.

Interschimbabilitatea agregatelor si unificarea fabricatiei componentelor. Pentru a se realiza o exploatare usoara si o reducere a cheltuerilor de reparatii si intretinere se impune realizarea tuturor agregatelor si componentelor instalatiilor electrice la un asemenea grad de precizie incat sa poata fi oricand inlocuite cu altele existente in stoc.

1.5 MASA DE ZBOR A SISTEMULUI ELECTROENERGETICDupa cum sa aratat, instalatia electrica de bord se impune sa aiba greutatea minima,

deci si masa minima. Dar exista o deosebire intre masa de constructie a instalatiei electrice si asa-numita masa de zbor.

Masa de constructie a instaletiei electrice reprezinta masa tuturor compenentelor care intra in ansamblul functional al oricarui agregat de bord alimentat cu energie electrica.

Pentru a putea defini corect masa de zbor a instalatiei electrice sau a unui agregat electric introducem urmatoarele notatii:

m - masa partii electrice a instalatiei (motor electric, releu etc.);m - masa partii mecanice a instalatiei (reductor, pompa etc. );m - masa aparaturii exterioare care comanda agregatul (intrerupator, sigurante

etc.);m - masa conductoarelor retelei electrice instalate la bord pentru alimentarea

agregatului;m - masa suportului de rezislenta a agregatului;m - masa elementelor de montaj pe avion a agregatului (carcase, tuburi etc.);m - masa sistemului energetic de c.c. aferenta pentru alimentarea agregatului;m - masa sistemului energetic de c.a. aferenta pentru alimentarea agregatului;m - masa suplimentara a aeronavei, determinata de existenta agregatului respectiv

la bord (sistemul de racire, combustibil suplimentar necesar agregatului etc.)Masa sistemului electroenergetic de c.c. aferenta pentru alimentarea agregatului

electric se determina din relatia

(1.2)

unde: reprezinta masa sistemului energetic de c.c. (indicele 16 arata ca acasta consta

din componentele precizate de la la ); - puterea totala a consumatorilor de c.c. inclusiv consumatorii cu regim de scurta

durata; - puterea electrica a agregatului respectiv.

Masa sistemului electroenergetic de c.a. (termenul m ) se calculeaza cu o formula identica cu (1.2).

Masa suplimentara a aeronavei, m , conditionata de montajul agregatului electric, depinde de tipul aeronavei si poate depasi de 2-20 de ori masa componentelor agregatului.

10

CAPITOLUL 2GENERATOARE DE CURENT CONTINUU

PENTRU AERONAVE

2.1. CONSIDERATII ASUPRA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE DE CURENT CONTINUUDupa cum s-a mentionat in capitolul 1, unele aeronave sunt echipate cu sisteme

electroenergetice de c.c. Sursa primara de energie electrica este constituita din generatoare de curent continuu, de puteri unitare pana la 18 kW,in unele cazuri, chiar pana la 30 kW. Ca sursa de avarie de aceasta data se utilizeaza baterii de acumulatoare care functioneaza, in regim normal, in paralel cu generatoarele pe reteaua electrica de bord. Generatoarele de bord, la randul lor, pot functiona independent, pe retelele separate, dar de regula ele functioneaza in paralel, obtinandu-se astfel o utilizare mai judicioasa a puterii electrice instalate la bord.

Dintre conditiile tehnice pe care trebue sa le satisfaca sistemele electroenergetice de c.c. mentionam urmatoarele:

1. Functionarea in paralel a tuturor surselor pe reteaua magistrala de bord.2. Conectarea automata a surselor pe reteaua magistrala la intrarea lor in regim

normal de functionare.3. Deconectarea automata a surselor de energie de la retea la micsorarea tensiunilor

sub valoarea admisibila.4. Echilibrarea automata a sarcinilor generatoarelor ce functioneaza in paralel,

admitandu-se un dezechilibru de 5-10% din puterea nominala a unui generator.5. Stabilitatea functionarii in paralel a generatoarelor la cresterea sarcinii de la zero

pana la valoarea nominala si la iesirea din sarcina de la valoarea nominala pana la zero.6. Deconectarea automata si selectiva de la reteaua magistrala a surselor care ies

din functiune.7. Deconectarea automata si selectiva de la reteaua magistrala a surselor la aparitia

scurcircutelor sau a suprasarcinilor de durata.

11

8. Decuplarea automata de la retea a generatoarelor supraexcitate, a caror tensiune poate creste pana la 50 V si chiar mult mai mult.

9. Mentinerea capacitatii de functionare a retelei de bord atat timp cat exista cel putin o sursa electrica in stare de functionare normala.

10.Reteaua electrica de reglaj, comanda si control trebue sa fie prevazuta, cu protectie selectiva, care permite, in caz de scurcircuit, sa se deconecteze linia avariata si sa se mentina sistemul in stare de functionare.

2.2. GENERATOARE DE C.C. UTILIZATE LA BORD Actionarea generatoarelor de curent cuntinuu se asigura de la motorul avionului

prin intermediul unui angrenaj. In cazul motoarelor cu piston este necesar un angrenaj ridicator de turatie cu raportul de transmisie i = 1,4 3, iar in cazul turbomotoarelor, un angrenaj coborator cu raportul de transmisie i = 0,64 0,8. De regula, pe fiecare motor se prevede un generator de c.c. In cazul generatoarelor de c.c. nu se pune problema actionarii cu turatie constanta, avand in vedere ca tensiunea generatorului se regleaza prin variatia curentului de excitatie.

Generatoarele de c.c. mai pot fi actionate la bord cu ajutorul unor motoare cu turbina cu gaze speciale, formand asanumitele turbogeneratoare de c.c. Energia electrica produsa de aceste generatoare este utilizata pentru alimentarea demaroarelor electrice in vederea asigurarii pornirii automate autonome a aeronavelor, precum si pentru alimentarea unui timp scurt a retelei electrice de bord cand nu functioneaza sursele principale.

Pentru a nu se transmite socurile de la bornele motorului de avion la rotorul generatorului de bord, acestea din urma sunt prevazute cu o transmisie statica de tensiune. Arborele generatorului este tubular, iar in interiorul lui se introduce un arbore elastic prevazut in exterior cu un pinion canelat pentru antrenare.

Principial, generatoarele de bord de c.c. nu se deosebesc de generatoarele obijnuite. Astfel, greutatea si gabaritul sunt aproximativ de zece ori mai reduse decat pentru generatoarele de sol. Generatoarele de bord avand asemenea incarcarii nu pot functiona la parametrii normali decat avand un sistem de racire fortata. De regula, generatoarele de c.c. destinate pentru avioanele cu M<2 sunt racite cu aer atmorferic captat cu o priza dinamica. Debitul de aer necesar pentru racire este cuprins intre 40 si 235 l/s. Daca generatorul functioneaza fara racire, asa cum este cazul stationarii la sol, el nu poate fi incarcat decat cu 20 – 30% din putere nominala. In caz contrar, generatorul se supraincalzeste, avariindu-se. Circulatia fluxului de aer prin interiorul unui generator de bord este reprezentata in figura 2.1.

Pentru avioanele cu M>2 racirea nu se mai poate asigura cu aer captat de la prize aerodinamice, cunoscut fiind faptul ca aerul franat se incalzeste.

12

Fig. 2.1. Schema de racire fortata cu aer a generatoarelor de bord.

Generatoarele de bord incepand de la puteri de 3 kW sunt prevazute cu poli auxiliari, care, dupa cum se stie, au infasurare conectata in serie cu infasurarea indusului. Prezenta lor este justificata de faptul ca polii auxiliari reprezinta mijlocul cel mai modern de inbunatatire a comutatiei. Pentru generatoarele de bord, avand tensiunea joasa la care lucreaza, 30 V, si deci curentii de valori importante, este absolut necesar sa se asigure o comutatie cat mai buna a masinii. In figura 2.3, a se poate vedea schema de conexiuni a infasurarilor unui generator de c.c. Infasurarea polilor auxiliari IPA este in serie cu infasurarea indusului, iar insasurarea de excitatie IED se conecteaza in derivatie. Bornele de iesire sunt notate cu semnul plus (+), respactiv minus (-), iar borna de iesire a infasurarii de exceptie cu Ex. Ea se conecteaza la borna plus prin intermediul regulatorului de tensiune. Borna Eg serveste pentru echilibrare si se conecteaza la borna minus printr-o rezistenta a carei valoare la 20˚C este 13 pentru generatoerele de 4 kW si 10 pentru cele de 6 kW.

Fig. 2.2. Domeniul in care este posibila racirea cu aer a generatoarelor de bord.

TABELUL 2.1

Conditii tehnice impuse generatoarelor de c.c.Conditia impusa Valori caracteristice

Altitudinea de functionare Pana la 20 km

13

Temperatura mediului ambientUmiditatea relativaVibratia locului de fixareSuprasarcina in putereSuprasarcina de curent

De la -60 la +50˚CDe la 760 pana la 43 mm Hg98% la 20˚Cf=15 Hz, amplitudinea 3,5 mm50% - 5 min: 100% - 5s

TABELUL 2.2Parametrii generatoarelor de c.c.

Parametrul Valori standardizateGama puterilor nominale 0,35-30 kWTensiunea nominala 30 VTuratia, in rot/min 3800-9000 sau 4400-10000Racirea Fortata, cu aerExcitatia generatorului In paralelRandamentul 0,7-0,8Greutatea raportata G/P , in kg/kW 3,7-2 pentru 3-30 kW

Fig. 2.3. Scheme de conexiuni:a – pentru generatorul de c.c. de bord; b – pentru generatorul demaror.

Avand in vedere reversibilitatea masinilor electrice si tinand seama ca la pornirea motoarelor de avion trbuie sa fie actionate cu ajutorul unor sisteme de pornire, s-a adoptat utilizarea generatorul de bord si ca demaror. In felul acesta, in loc sa se prevada doua masini electrice pe aceeasi motor, una pentru producerea energiei electrice si alta pentru pornire, se utilizeaza o singura masina electrica. La pornire ea functioneaza in regim de motor, indeplinind functia de demaror (starter), iar dupa pornirea motorului de avion masina intra automat in regim de demaror.

Comparand datele din tabelele 2.3 si 2.4 se poate observa, de exemplu, ca generatoarele-demaroare, la aceeasi putere, au greutatea ceva mai mare decat generatoarele simple. Este vorba de infasurarea de excitatie serie care are un rol esential pe timpul functionarii masinii ca demaror. Schema de conexiune a indusului generatorului-demaror cu cele trei infasurari este prezentata in figura 2.3, b. Fata de schema din figura 2.3 a, intervine in plus borna D a infasurarii serie, care serveste pentru conectarea msinii in regim de demaror. Date tehnice ale generatoarelor de bord de c.c. TABELUL 2.3.

de constructie sovietica

Tipul masinii electrice

Date nominale in regim de generotorGreu-tateakg

Greutetearaportatakg/kW

Debitulde aer si presunea

l/s si mm apa

Gabarit Putrea

kWTensiu-

neaV

Curen-tulA

Turatia,rot/min

Diame-tru, Dmm

Lungi-mea, L

mm

GSK-1500 1,5 27,5 54 3,8-5,9 11,7 7,8 30/- 130 306

14

GSR-3000 3 28,5 100 4 – 9 11,0 3,67 40/- 146 436

GSR-6000 6 28,5 400 4 – 9 18,5 3,08 70/260 166 362

GSR-9000 9 28,5 300 4 – 9 24,0 2,67 95/260 166 427

GSR-12000 12 28,5 400 4 – 9 28,0 2,34 160/400

GSR-18000 18 28,5 600 3,8 – 9 41,5 2,33 235/400 198 480

GS-12000 12 28,5 400 4,2 – 9 33 2,75 160/400 196 382

GS-18000 18 28,5 600 4,2 – 9 40 2,22 160/400 205 448

Date tehnice ale generatoarelor-demaroare TABELUL 2.4

de constructie sovietica

Titul masinii electrice

Date nominale in regim de generotorGreu-tateakg

GreuteteaRaportata

kg/kW

Debitulde aer si presunea

l/s si mm apa

Gabarit Puterea

kWTensiu-

neaV

Curen-tulA

Turatia,rot/min

Diame-trulmm

Lungi-meamm

GSR-ST-9000

9 28,5 300 4 – 9 28,0 3,11 75/300 186 306

GSR-ST-12000

12 28,5 400 4 – 9 31,0 2,58 145/360 179 436

STG-12 V 12 28,5 400 4,2 – 9 31,5 2,66 160/400 199 362

GSR-ST-18000

18 28,5 600 4 – 9 43,0 2,39 225/400 198 427

STG-18 18 28,5 600 4,2 – 9 46 2,55 180/400 205 495

Trecerea de la un regim la celalalt, respectiv schimbarea conexiunilor infasurarilor, se realizeaza automat, cu ajutorul unor relee si contactoare care intra in componenta sistemului de pornire.

O serie de detalii privind constructia generatoarelor de bord se pot observa in figura 2.4. Remarcam ca fixarea generatorului se face in consola, cu ajutorul unei flanse si al unor suruburi. Se mai observa conducta 12, prin care se introduce axial in generator aerul de racire. Actionarea se face prin arborele flexibil de torsiune 9. In figura 9.5 este prezentat, spre exemplificare, un generator-demaror cu puterea de 6 kW.

Fig. 2.4. Generator de bord de c.c. de 12 kW

15

1 – cutia de borne; 2 – colectorul; 3 – infasurarea de excitatie; 4 – carcasa masinii;5 – polii de excitatie; 6 – suruburi de fixare a polilor; 7 – infasurarea indusului; 8 – ventilator;

9 – arbore flexibil de antrenare; 10 – rotor; 11 – poli auxiliari; 12 – conducta de aer pentru racire.

Fig. 2.5. Generator-demaror de 6 kW:1 – cutia de borne; 2 – ventilator; 3 – ax de antrenare; 4 – rotor; 5 – poli de excitatie;

6 – perie-portperie; 7 – conducta de aer pentru racire; 8 – colector.In tabelele 2.5 si 2.6 se precizeaza cateva date tehnice ale unor generatoare-

demaroare de constructie franceza, utilizate la bordul avioanelor.TABELUL 2.5

Date tehnice ale unor generatoare de bord de c.c. de constructie francezaTipul

generatorului Date nominale Greutatea

kg RacireSuprasarcinaPe 8 min la

4000 rot/min kW

PutereakW

TensiuneaV

Turatiarot/min

163-8 2 30 3200-8000 10,4 fortata 3

253-A 2,5 30 3000-8000 12,9 fortata 3,75

2405-2411 4 30 4000-8000 17,3 fortata 6

2655-B 6 30 3300-8600 22,3 fortata 7,5

6335 6 30 3300-8000 21,3 fortata 7,5

TABELUL 2.6Date tehnice ale unor generatoare-demaroare de constructie franceza

Tupul generatorului- demaror

Date tehnice2530 2350 2532 2690

Regim de generator:

16

- puterea maxima la 30V- gama de viteze

(rot/min)- suprasarcina maxima- viteza maxima admisa

(rot/min)Regim de demaror: - curenrul maxim consumat

3 kw7600-8000

125 A10000

800 A

4 kw7600-8000

166 A10000

800 A

5 kw7400-8100

-9000

900 A

6 kw7400-8000

-9000

900 A

Elementul constructiv cel mai deficitar pentru generatoarele de bord il constitue ansamblul colector-perii. Fiind vorba de componente in miscare relativa cu viteze mari, acestea sunt supuse uzurii accentuate, fapt care contribuie la micsorarea sigurantei in functionarea masinii electrice. Functionarea acestui ansamblu se inrautateste cu altitudinea de zbor. Astfel, creste uzura colectorului, arcul electric se stinge mai greu, iar racirea cu aer devine insuficienta, in special peste altitudini de 20 km.

Punerea la punct a diodelor semiconductoare cu siliciu de inalta rezistenta mecanica a permis sa se realizeze generatoare de curent continuu fara contacte, deci fara colector. In realitate este vorba de generatoare de curent alternativ fara contacte, in care, pentru pruducerea curentului continuu se utilizeaza punti de redresare.

In figura 2.6 este prezentata schema unui generator de c.c. fara contacte. Pe partea rotativa 3 se gaseste o masina excitatoare trifazata 2, care prin intermediul unui redresor 5, alimenteaza inductorul generatorului principal 7. Pe statorul 4 se gaseste indusul generatorului principal 8, infasurarea de excitatie a masinii excitatoare 6 si redresorul de iesire 9 al generatorului. De la acesta, prin intermediul unui regulator de tensiune 1 se alimenteaza infasurarea de excitatie 6 a excitatorului.

Masina se excita initial prin fluxul remanent. Din schema se poate observa ca, astfel conceputa , masina nu are contacte mobile. Legatura dintre elementele de pe rotor si cele de pe stator se face exclusiv prin camp electromagnetic. Rezulta o masina electrica robusta, care poate fi utilizata cu succes pe avioanele supersonice ce zboara la altitudini de peste 20 km. Masa raportata a acestor generatoare este de aproximativ 2 kg/kw, adica mai buna decat la generatoare de c.c. de constructie obijnuita.

Fig. 2.6. Generator de c.c. fara conctacte mobile:

17

1 – regulator de tensiune; 2 – excitator de c.a. 3 – rotor; 4 – stator; 5 – redresorul deexcitatie a excitatorului; 7 – inductorul principal; 8 – generatorul; 9 – redresorul de iesire.

2.3. CARACTERISTICILE GENERATORULUI DE CURENT CONTINUU CU EXCITATIE DERIVATIEDupa cum se cunoaste, generatorul cu excitatie este autoexcitat; el nu are nevoie de o

sursa exterioara de curent continuu pentru alimentatea infasurarii de excitatie.

2.3.1. CARACTERISTICA DE MERS IN GOL A GENERATORULUI DERIVATIEAceasta caracteristica este definita prin relatia pentru I=0 si n=n

=constant. Ea arata cum se modifica tensiunea la borne atunci cand variaza curentul de excitatie. Avand in vedere ca I este mic se pot neglija caderile de tensiune pe infasurarile indusului si polilor auxiliari si se poate scrie U ≈E . Forma acestei caracteristici se poate vedea in figura 2.8.

2.3.2. CONDITIA DE AUTOEXCITARE A GENERATORULUI DERIVATIESa presupunem ca rotorul unui generator derivatie este rotit de catre motorul

avionului cu viteza constanta. Inchidem intrerupatorul inversor K’ (fig. 2.7) in una din cele doua pozitii posibile, care conecteaza infasurarea derivatie la bornele infasurarii indusului. Presupunem deschis intrerupatorul de sarcina K, daca t.e.m. E indusa in infasurarea rotorului inainte de inchiderea lui K’ curentul de excitatie este si el nul, iar E continua sa ramana nula. Prin urmare masina nu se autoexcita. Daca insa polii de excitatie au un camp magnetic remanent, atunci cand indusul este rotit, in infasurarea lui se induce o t.e.m. E≠0, reprezentant 5 – 10% din tensiunea nominala. De aceasta data, la inchiderea lui k’, prin infasurarea de excitatie se stabileste un current proportional cu E

Fig. 2.7. Schema generatorului derivatie.

Fluxul produs de el poate fi de acelasi sens cu fluxul remanent, sau de sens contrar. Daca fluxul produs de curentul de excitatie intareste fluxul remanent, fluxul polilor de excitatie creste si t.e.m. indusa, care atrage dupsa sine cresterea in continuare in acelasi sens a fluxului etc. prin urmare, de data aceasta, in ipoteza existentei unui camp remanent si a unei conectari in derivatie a infasurarii de excitatie, este posibila autoexcitarea generatorului. Trebuie precizata limita la care se inchee procesul tranzitoriu de aotoexcitatie. Pentru aceasta aplicam legea inductiei electromagnetice circuitului format din infasurarea rotorului si infasurarea de excitatie. Daca notam cu e t.e.m. instantanee la

18

un moment oarecare t si cu i curentul respectiv din circuit, R fiind rezistenta infasurarii de excitatiee, R - rezistenta reostatului de camp, L - inductivitatea infasurarii de excitatie si L - inductivitatea infasurarii rotorului, se obtine

(2.1)

Prin urmare, la o t.e.m. e data corespunde un anumit curent de excitatie, i , care verifica ecuatia (2.1) si invers, la un anumit curent de excitatie i corespunde o anumita t.e.m. data prin carecteristica de mers in gol. Asadar intre e si i e exista o dubla dependenta.

Daca R =const, R si R fiind marimi date pentru o masina data, atunci caderea de tensiune (R +R +R )∙i varieaza proportional cu i si se poate reprezenta grafic printr-o dreapta, numita dreapta excitatiei (dreapta b din fig. 2.8) de panta unde K este o constanta de proportionalitate.

, (2.2)

In consetinta, fiecarei valori R a rezistentei reostatului de camp ii corespunde in figura 2.8 o dreapta tercand prin origine, dar de panta diferita. In regim stationar avem

.

Fig. 2.8. Caracteristica de mers in gol a generatorului de c.c. autoexcitat in derivatie.

In figura 2.8 segmentul AB dintre caracteristica de mers in gol si caracteristica excitatiei se poate exprima in regim tranzitoriu astfel

, (2.3)

el reprezentand o masura a intensitatii procesului de autoexcitate. Acest proces se considera terminat atunci cand segmentul AB devine nul, iar e si i nu mai variaza in timp. Deci procesul de autoexcitare este terminat atunci cand e si i ating valori corespunzatoare punctului M de intersectie dintre caracteristicile a si b din figura 2.8.

Se remarca imediat ca procesul de autoexcitare este favorabil pentru functionarea generatorului daca punctul M se gaseste in zona cotului curbei a sau dupa acest cot, adica

19

rezistenta R are o astfel de valoare incat dreapta b are o panta mai mica decat panta tg corespunzatoare portiunii liniare a caracteristicii de mars in gol

.Daca rezistenta R este mai mare decat aceasta limita (dreapta c din fig. 2.8), punctual

M coboara in zona t.e.m. foarte mici, de ordinul de marime a t.e.m. remanente. In aceasta situatie procesul de autoexcitare nu permite functionarea normala a generatorului; se spune ca generatorul nu s-a prins.

Exista deci o anumita valoare critica R a resortului de camp care satisface relatia (2.4)

Daca R <R , procesul de autoexcitare este convenabil pentru intrarea in functiune a generatorului, iar daca R >R , generatorul nu va functiona normal.

Obs. Pentru generatoarele de bord dare functioneaza cu turatia valabila este foarte important sa mentinem ca valoarea rezistentei critice se modifica odata cu viteza de rotatie a masinii, care defineste panta portiunii liniare a caracteristicii de mars in gol conform reletiei

.

In concluzie, pentru ca generatorul cu excitatie derivatie sa se autoexcite la mersul in gol trebue indeprinite trei conditii:

- existenta unui camp remanent al polilor de excitatie;- conectarea corecta a infasurarii de excitatie in paralel cu infasurarea indusului;- fixarea unei valori a rezistentei reostatului de camp sub valoarea critica

corespunzatoare vitezei de rotatie date.Daca intrerupatorul K de sarcina este inchis, iar rezistenta de sarcina este R, atunci

procesul de autoexcitatie necesita o conditie in plus. Sa scriem in acest caz sistemul de ecuatii in regim stationar:

In care I este curentul de sarcina. Eliminand din aceste relatii pe I si I rezulta

Se observa ca in acest caz ecuatia dreptei excitatiei se madifica. Panta acestei drepte, cum si pozitia punctului M depinde si de valoarea rezistentei de sarcina R. Dar, de regula, rezistenta R de sarcina este sensibil mai mare decat rezistenta R astfel ca prinderea generatorului direct in sarcina are loc practic intodeauna.

Pentru a lua in consideratie efectele saturatiei circuitului magnetic in studiul regimurilor tranzitorii la masiniile electrice de c.c. se defineste asa numitul factor de saturatie magnetica. Sa consideram in acest scop caracteristica de mers in gol din figura 2.9, in care s-a neglijat t.e.m. remanenta.

Se duce prin punctul M de functionare tangenta la caracteristica si fie U valoarea tensiunii la care ea intersecteaza axa ordonatelor. Daca punctual M corespunde tensiunii nominale U , atunci expresia

(2.5)

20

Defineste saturatia magnetica procentuala care pentru generatoarele de bord ia valori de 25 – 38%. Prin factor de saturatie magnetica se intelege raportul dintre cresterea relativa a tensiunii generatorului

,

Din figura 2.9 se vade ca: iar ,

deci

, (2.6)

Pe portiunea liniara a caracteristicii si iar in rest factorul de saturatie creste. Pentru generatoerele de bord , ia valori de 1,3 – 1,6.

Daca tinem seama ca

,

Rezulta urmatoarea relatie intre marimile si

(2.7)

Fig. 2.9. Definirea factorului de saturatie magnetica.

2.3.3. STABILITATEA STATICA A EXCITATIEI GENARATORULUISe spune ca functionarea generatorului in punctul M de pe caracteristicile a si b din

figura 2.8 este stabila daca la abaterea cu a curentului de excitatie fata de valoarea stabilizata , datorita unor perturbatii, curentul revine la valoarea initiala dupa incetarea cauzei care a produs abaterea. Fie marimile consemnate in figura 2.10. Conditia de stabilitate statica a excitatiei se poate determina din ecuatia circuitului de excitatie. La variatia curentului de excitatie cu , tensiunea generatorului variaza cu

,

In care

21

.

Fig. 2.10. Definirea coeficientului S .

Pe de alta parte, caderea de tensiune pe circuitul infasurarii de excitatie este , in care . Desigur, aici s-a presupus . Consideram ecuatia circuitului de excitatie sub forma

sau in cresteri

. (2.8)

Daca tinem seama ca , relatia (2.8) se poate scrie sub forma

, (2.9)

A carei solutie este

.

Constanta de integrare C se gaseste punand conditia initiala: pentru t=0, , de unde rezulta iar

. (2.10)

Pentru ca excitatia generatorului sa fie stabila, adica pentru ca sa tinda la zero, este necesar ca exponentul sa fie negativ. Deoarece >0 prin definitie, inseamna ca se poate formula conditia de stabilitate a excitatiei generatorului sub forma:

sau (2.11)

Marimea

= (2.12)

22

Se numeste coeficient de stabilitate statica a excitatiei. Cu aceasta notatie reletia (2.10) devine

. (2.13)

Se observa ca cu cat are valori mai mari, cu atat tind mai repede la zero abaterile aleatoare ale curentului de excitatie de la valoarea stabilizata , deci cu atat mai stabilizata excitarea generatorului. In cazul generatoarelor de bord de c.c. si este cu atat mai mare cu cat este saturatia masinii, deci cu cat este mai mare curentul de excitatie.

2.3.4. CARACTERISTICA DE MERS IN SARCINA A GENERATORULUIAceasta caracteristica reprezinta dependenta tensiunii la bornele generatorului in

functie de curentul de excitatie la turatie constanta si curent de sarcina constant, adica:

pentru n=const, =const.

Sau pentru n=const, R=const.

Utilizand caracteristicile de functionare in sarcina se pot determina limitele de variatie ale curentului de excitatie pentru mentinerea la bornele generatorului a unei tensiuni constante, U , la variatia sarcinii si vitezei de rotatie in anumite limite (fig.2.11). Raportul dintre valoarea maxima i a curentului de excitatie si valoarea lui minima i care corespund la rezistenta de sarcina minima si turatie minima , respectiv la rezistenta de sarcina infinita si turatie maxima se numeste factor de reglare a curentului de excitatie. Deci notand cu acest factor avem

.

Valoarea lui pentru generatoarele de bord este cuprinsa intre 1,5 si 3.

Fig. 2.11. Caracteristica de mers in sarcina.

2.3.5. CARACTERISTICA REGLARII GENERATORULUI DERIVATIEAceasta caracteristica reprezinta in general functia pentru si

In cazul generatoarelor de bord se obijnueste sa se defineasca o caracteristica de reglare in raport cu viteza si o caracteristica de reglare in raport cu curentul de sarcina.

Caracteristica de reglare in raport cu viteza este (v. fig. 3.12, a) pentru U=const si I=const.

23

Caracteristica de reglare in raport cu sarcina este (v. fig. 3.12, b) pentru U=const si n=const.

Fig. 2.12. Caracteristicile de reglare.

Din figura 2.12, a se vade ca pentru acceasi viteza n , cu cat curentul de sarcina este mai mare, cu atat curentul de excitatie trebuie sa creasca. La fel, din figara 2.12, b se observa ca la turatii mai mici, pentru acelasi curent de sarcina sunt necesari curentii de sxcitatie mai mari.

2.3.6. CARACTERISTICA EXTERNA A GENERATORULUI DERIVATIEAceasta caracteristica se defineste prin functia U=f(I) pentru =const si n=const=n

(fig. 2.13, a). caracteristica externa astfel definita demonstereaza influenta sarcinii asupra tensiunii la borne in situatia in care nu se intervine asupra reostatului de camp. Dar la generatoarul cu excitatie derivatie, conditia R =const nu inseamna si I =const, deoarece

. Scaderea tensiunii la borne cu cresterea curentului de sarcina se produce din

urmatoarele trei cauze:a) caderea de tensiune pe infasurarea indusului si perii;b) reactia transversala a indusului, care micsoreaza fluxul magnetic;c) micsorarea curentului de excitatie datorita scaderii tensiunii la bornele infasurarii

de excitatie datorita primelor doua cauze.La micsorarea rezistentei circuitului exterior, curentului debitat de generator creste

numai pana la valoarea critica maxima I , care cazul generatorelor de bord atinge valori de I =(1,5-2)I la turatia minima si I =(3-4)I la turatia maxima.

Fig. 2.13. Caracteristica externa a generatorului de c.c. :

a – fara regulator de tensiune; b – cu regulator de tensiune.

24

La micsorarea in continoare a rezistentei circuitului exterior se produce o asemenea micsorare a fluxului si tensiunii incat curentul dat de generator incepe sa scada, iar la scurcircuit atinge valoarea I =(1,2-1,45)I . Acest curent este determinat doar de fluxul remanent si de viteza de rotatie a generatorului.

La functionarea generatorului cu regulatorul de tensiune, valoarea tensiunii se mentine constanta datorita actiunii regulatorului de tensiune care modifica automat rezistenta circuitului de excitatie. Curentul de sarcina poate lua valori I ≤I . Acest curent corespunde valorii minime a rezisrentei circuitului de excitetie . La micsorarea in continuoare a rezistentei de sarcina, regulatorul inceteaza sa mai poata mentine tensiunea constanta, iar generatorul va incepe sa functioneze pe ramura instabila a caracteristicii externe (fig. 2.13, b).

2.4. METODE DE REGLARE A CURENTULUI DE EXCITATIEGeneratoarele de bord fiind actionate de motorul principal al avionului functioneaza

la un regim de viteze variabil, dupa cum se modifica regimul de zbor. Dar nu numai turatia generatorului variaza in limite largi, ci si curentul de sarcina. In aceste conditii tensiunea la bornele unui generator fara regulator de tensiune poate varia de la 0 pana la 110 – 120 V, dar pentru functionarea normala a consumatorilor de energie electrica de la bord este necesar sa se stabilizeze tensiunea la valoarea de 28,5 V.

Tensiunea la bornele generatorului fiind rezulta ca singurul parametru asupra caruia putem actiona in aceste conditii pentru mentinerea constanta a tensiunii la borne este curentul de excitatie. Pentru generatoarele de bord se pot examina doua modalitati de variatie a curentului de executie, si anume:

a) prin conectarea in serie cu infasurarea de excitatie a unei rezistente de reglare variabila, analoaga reostatului de camp (fig. 2.14);

b) prin conectarea in paralel cu infasurarea de excitatie a unei rezistente variabile de regrale (fig. 2.16).

2.4.1. CONECTAREA IN SERIE A REZISTENREI DE REGLARENotam rezistenta infasurarii de excitatie cu , rezistenta de regrare a curentului de

excitatie cu , iar suma lor cu . Dupa cum s-a aratat, limitele de variatie a curentului de excitatie se pot stabili cu ajutorul a doua caracteristici de sarcina: cea de mers in gol, corespunzatoare vitezei maxime de rotatie, si cea de mers in sarcina nominala la viteza minima de rotatie (fig. 2.11).

Fig. 2.14. Conectarea in serie a rezistentei de reglare.

Daca se cunosc deci valorile si se pot stabili si limitele de variatie ale rezistentei circuitului de excitatie:

25

; . (2.14)

Daca se considera ca si ca rezistenta de reglare variaza intre valoarea zero si , putem defini factorul de reglare a curentului de excitatie sub forma

(2.15)

Din aceasta relatie se poate exprima valoarea maxima a rezistentei de reglare in functie de rezistenta infasurarii de excitatie si de factorul de reglare K

(2.16)

Sa calculam acum puterea ce se disipa pe rezistenta de reglare prin efect Joule-Lenz

(2.17)

Ultima forma s-a scris avand in vedere ca din puterea totala disipata pe circuitul de excitatie numai reprezinta pierderi pe , termenul fiind pierderile pe infasurarea de excitatie a generatorului care nu intra in discutie.

Puterea definita prin (2.17) se anuleaza pentru si , caci in ultimul caz curentul se anuleaza. Prin urmare, curentul de excitatie poate varia in limitele

.

Sa determinam in continuare curentul de excitatie pentru care puterea disipata pe rezistenta de reglare este maxima. In acest scop anulam derivatele expresiei (2.17)

,

de unde rezulta

. (2.18)

Substituind pe (2.18) in (2.17) obtinem puterea maxima disipata pe rezistentade reglare

, (2.19)

in care este puterea disipata pe infasurarea de excitatie a generatorului in absenta rezistentei de reglare. Din relatia (2.19) se vede ca puterea maxima disipata pe rezistenta de reglare poate atinge cel mult 25% din puterea maxima disipata pe infasurarea de excitatie. Pe graficul din figura 2.15 sunt reprezentati toti termenii relatiei (2.17).

26

FIg. 2.15. Variatia puterilor.

Dreapta 1 reprezinta puterea disipata pe circuitul de excitatie, , curba 2, care este o parabola, reprezinta termenul , adica pierderile de excitatie, iar diferenta reprezentata prin curba 3 arata cum variaza pierderile de reglare.

Dintre neajunsurile acestei scheme mentionam:a) curentul de excitatie nu poate fi reglat pana la valoare zero;b) pentru reglarea curentului de excitatie in limite largi este necesara o rezistenta de

reglare de valoare mare.

2.4.2. CONECTAREA IN DERIVATIE A REZISTENTEI DE REGLARESe considera rezistenta de reglare montata asa cum se vade in figura 2.16, adica in

paralel fata de infasurarea de excitatie. Rezistenta aditionala se introduce limlitarea curentului in eventualitatea ca rezistenta de reglare se anuleaza. Se observa ca la variatia tensiunii generatorului se modifica tensiunea la bornele infasurarii de excitatie, iar variind pe se modifica valoarea curentului prin infasurarea de excitatie.

Variatia curentului de excitatie in functie de valorile rezistentelor din schema se poate stabili aplicand teoremele lui Kirchhoff circuitul format de elementele si . Avem evident:

(2.20)

Din primele doua relatii, eliminam pe , rezulta

,

Care, substitute in ultima ecuatie din (2.20), conduce la

(2.21)

Din (2.21) se vede ca pentru =0, =0, iar pentru obtinem

(2.22)

27

Fig. 2.16. Conectarea in paralel a rezistentei de reglare.

CAPITOLUL 3COMANDA SI PROTECTIA

SURSELOR ELECTRICE DE BORDDE CURENT CONTINUU

3.1 CERINTE IMPUSE SISTEMELOR DE COMANDA SI PROTECTIEConectarea generatoarelor la retea si mersul in paralel intre ele si cu bateriile de

acumulatoare sunt posibile numai la respectarea unei serii de conditii, si anume:1. Corectitudinea polaritatii surselor ce se conecteaza cu polaritatea retelei electrice,

adica borna de plus a sursei trebuie legata la borna de plus a retelei, iar borna de minus, la corpul (masa) avionului. Conectarea cu polaritate inversata a unei surse la retea, care de regula se gaseste sub tensiunea altor surse (generatoare sau baterii de acumulatoare) duce la scurtcircuitare reciproca (fig. 12.1), deoarece sursele devin conectate in serie. Acest lucru este foarte periculos atat pentru surse cat si pentru reteaua electrica de bord, din cauza valorilor mari ale curentului de scurtcircuit.

Fig. 3.1 Scurtcircuit la montarea grasita a surselor

Pentru ca generatorul ce se conecteaza sa poata furniza energie electrica in retea, acesta trebuie sa se racordeze in sistem numai atunci cand tensiunea electromotoare a sa este ceva mai mare decat tensiunea retelei.

28

2. In momentul opririi motorului de avion sau cand tensiunea electromotoare a generatorului scade sub valoarea tensiunii retelei, acesta trebuie sa fie deconectat imediat, deoarece altfel va aparea o circulatie de curent de la retea spre generator. Din cauza rezistentei mici a circuitului intern al generatorului, acest curent poate ajunge la valori foarte mari.

3. La cresterea tensiunii generatorului pana la valori periculoase pentru consumatori, acesta trebuie deconectat de la retea. Cresterea excesiva a tensiunii generatorului poate avea loc la defectarea regulatorului de tensiune.

4. Sursele de energie electrica trebuie sa posede sisteme de protectie contra suprasarcinilor si a scurtcircuitelor. Dupa cum este cunoscut, generatoarele de aviatie de curent continuu au o capacitate limitata de a suporta suprasarcini de lunga durata.

5. Schema de comanda trebuie sa realizeze semnalizarea deconectarii generatorului de la retea indiferent de cauza. In lipsa unei asemenea semnalizari deconectarea generatorului poate trece neobservata de catre echipaj, ceea ce va duce la supraincarcarea altor surse sau la o descarcare rapida a bateriei de acumulaoare.

6. Schema de comanda trebuie sa realizeze deconectarea generatorului si respectiv a bateriei de acumulatoare de la retea, daca la aceasta este racordata sursa de aerodrom.

In majoritatea cazurilor, schemele de comanda si protectie din sistemele electroenergetice de bord sunt concepute pe baza de relee care actioneaza intr-o anumita succesiune. Succesele obtinute in domeniul tehnicii semiconductoarelor au permis realizarea unor scheme in care releele electromagnetice sunt inlocuite cu dispozitive semiconductoare lucrand in regim de comutatie. De obicei, realizarea cuplarii generatorului la retea si protectia lui impotriva curentilor inversi se imbina intr-un sinur dispozitiv de comanda si protectie numit releu de minim, iar in cazul generatoarelor de putere mare releu diferential minimal (RDM).

3.2 RELEUL DE TENSIUNE MINIMAPentru comanda si protectia generatoarelor de bord cu putere maxima pana la 1500

W se utilizeaza scheme cu releu de tensiune minima si protectie la curent invers, cunoscut si sub numele de releu conjunctor disjunctor (fig. 3.2).

Fig. 3.2. Releul de tensiune minima

Pe miezul releului electromagnetic sunt dispuse doua infasurari: o infasurare de tensiune cu un numar mare de spire, , si o infasurare de curent cu un numar mic de spire, , inseriata cu circuitul de sarcina al generatorului. Cand generatorul nu functioneaza sau tensunea lui este mai mica decat o valoare prestabilita, contactul K este deschis. Generatorul se cupleaza la retea in momentul cand tensiunea lui atinge o valoare capabila sa actioneze electromagnetul releului cuplat la bornele generatorului. Tensiunea magnetomotoare de actionare a armaturii releului este data de solenatia infasurarii de

29

tensiune . Rezistenta R conectata in serie cu infasurarea de tensiune a releului foloseste pentru compensarea de temperatura.

De obicei, releul se regleaza in asa fel incat el actioneaza la o tensiune mai mica cu 1,5-2 V decat tensiunea la care este reglat regulatorul de tensiune. Dupa inchiderea contactelor K, generatorul se conecteaza la retea in paralel cu bateria de acumulatoare, iar daca tensiunea electromotoare a generatorului este mai mare decat tensiunea retelei, acesta furnizeaza energie retelei si, in acelasi timp, incarca si bateria de acumulatoare. Curentul de sarcina care strabate infasurarea serie produce o tensiune magnetomotoare care coincide ca sens cu tensiunea magnetomotoare produsa de infasurarea derivatie , astfel se mareste forta de retinere a armaturii (respectiv presiunea pe contacte) si se mareste siguranta functionarii in cazul vibratiilor. Solenatia rezultanta este:

(3.1)

in care: reprezinta solenatia rezultanta data de cele doua infasurari; este solenatia infasurarii de tensiune; este solenatia infasurarii de curent.

Protectia la curent invers se realizeaza de catre infasurarea de curent . In cazul micsorarii tensiunii generatorului apare un curent invers de la retea catre generator. Acest curent strabatand infasurarea creeaza o tensiune magnetomotoare de sens opus celei create de infasurarea de tensiune .

Solenatia rezultanta in acest caz este:

(3.2)

La o anumita valoare a curentului invers, tensiunea magnetomotoare rezultanta nu mai este suficienta pentru retinerea armaturii releului. Aceasta revine in pozitia initiala si generatorul se decupleaza de la retea.

Solenatia infasurarii serie se determina pe baza urmatoarelor consideratii:pentru actionarea armaturii releului din pozitia initiala (K- deschis) in pozitia finala

(K-inchis) sunt necesare amperspirele ;pentru ca armatura sa revina din pozitia finala in pozitia initiala sunt necesare

amperspirele: (3.3)

Coeficientul de revenire reprezinta raportul dintre amperspirele necesare la deschiderea si inchiderea armaturii mobile a releului, adica:

(3.4)

Prin urmare avem:

iar daca consideram ca atunci rezulta: (3.5)

Impunand ca generatorul sa se decupleze de la retea la o anumita valoare a curentului invers, , putem determina numarul de spire ale infasurarii serie:

(3.6)

30

Releul de tensiune minima se utilizeaza numai pentru comanda si protectia generatoarelor de putere mica, deoarece puterea de rupere a contactelor este limitata. De asemenea, aceasta schema nu realizeaza o protectie la inversarea polaritatii surselor. Pentru obtinerea unor performante mai bune se utilizeaza automate de cuplare si protectie formate din doua parti: un contactor cu rol de cuplare si decuplare a generatorului si un releu comanda (releu de tensiune minima). Schema electrica a unui asemenea automat se arata in figura 3.3. Releul de tensiune minima lucreaza pe principiul schemei din figura 3.2.

Fig. 3.3. Automat de cuplare si protectie a surselor electrice de bord

La actionarea acestuia se trimite alimentare la bobina contactorului K, iar acesta conecteaza la retea generatorul. Aceasta schema realizeaza protectia atat la curenti inversi cat si la conectarea generatorului la retea cu polaritate gresita, datorita diodei D care sunteaza infasurarea releului de comanda. Intrerupatorul I permite comanda cuplarii si decuplarii generatorului de la distanta (din cabina).

3.3 RELEUL DIFERENTIAL MINIMALGeneralitati. Releul diferential minimal (RDM) realizeaza comanda si protectia

automata a generatoarelor de bord de curent continuu cu puteri mai mari de 1,5 kW. Functiile pe care le indeplineste acest aparat sunt:cupleaza generatorul la retea atunci cand tensiunea electromotoare a lui este ceva

mai mare decat tensiunea retelei (0,3-0,7 V), adica atunci cand este capabil sa furnizeze energie in retea;

deconecteaza generatorul de la retea atunci cand tensiunea acestuia a scazut si din retea apare un curent invers spre generator;

face imposibila conectarea generatorului cu polaritate inversata;semnalizeaza echipajului momentul decuplarii generatotului de la retea indiferent de

cauze;permite conectarea si deconectarea manuala de la distanta a generatorului.Releul diferential minimal reprezinta un dispozitiv complex, care are in compunerea

sa un releu polarizat cu doua pozitii, cateva relee electromagnetice obisnuite si un contactor de forta, toate montate pe un panou comun (fig. 3.4), pe care sunt prevazute borne pentru cuplarea releului diferential minimal la circuitul de forta al generatorului si la schema de comanda.

In figura 3.5 se reprezinta schema electrica de principiu a unui releu diferential minimal din seria celor de 400 A.

31

Fig. 3.4. Constructia releului diferential minimal

Fig. 3.5. Schema electrica a unui releu diferential minimal pentru 400 A

Elementele componente ale acestui aparat de protectie si comanda sunt:1. Un contactor K, ale carui contacte normal deschise K’ sunt conectate in circuitul de

forta al generatorului.2. Un releu de conectare cu doua perechi de contacte normal deschise, .

Infasurarea acestui releu este conectata la generator prin intermediul intrerupatorului IG, montat pe tabloul de bord din cabina echipajului.

3. Un releu auxiliar , a carui infasurare se conecteaza prin contactele intre generator si reteaua de bord (baterie). Contactele sale normal inchise sunt conectate in circuitul infasurarii diferentiale a releului polarizat.

4. Un releu polarizat , a carui infasurare diferentiala se leaga prin contactele ca si infasurarea releului intre generator si retea, iar infasurarea serie , care

are o singura spira, este legata in circuitul de forta al generatorului.Contactele releului polarizat impreuna cu contactele sunt legate in circuitul

infasurarii contactorului K.32

Functionarea schemei este urmatoarea:Daca motorul avionului este oprit si tensiunea generatorului este egala cu 0,

inchiderea intrerupatorului generatorului IG nu are nici un efect si generatorul nu se cupleaza la retea. La pornirea motorului, pe masura ce turatia acestuia se mareste, creste si tensinea la bornele generatorului si cand atinge valoarea de 13-16 V actioneaza releul . Prin contactele infasurarea releului se conecteaza la o tensiune egala cu diferenta dintre tensiunea retelei si tensiunea generatorului .

Daca V, releul va actiona si va intrerupe prin circuitul ifasurarii diferentiale a releului polarizat .

Pe masura cresterii tensiunii generatorului, diferenta de tensiune se micsoreaza si cand V, releul va elibera armatura care prin contactele sale va stabili

circuitul infasurarii diferentiale. Aceasta, prin contactele inchise , va fi legata, de asemenea, la diferenta de tensiune dintre retea si generator.

Cat timp curentul prin infasurarea circula in sensul de la retea spre generator, iar solenatia creata va actiona in sensul mentinerii deschise a contactelor . Cand se schimba sensul curentului prin infasurarea diferentiala si la

V, releul polarizat va actiona si prin contactele sale va alimenta infasurarea contactorului K. Acesta, prin contactele sale , cupleaza generatorul la retea.

Dupa actionarea contactorului, infasurarea diferentiala a releului polarizat si infasurarea releului sunt suntate de catre contactele si sunt scoase din functiune. Contactele releului polarizat se mentin in pozitia inchisa dataorita fluxului magnetului permanent si fluxului infasurarii serie creat de curentul de sarcina al generatorului.

Daca dintr-o cauza oarecare tensiunea generatorului va incepe sa scada si sa devina mai mica decat tensiunea retelei, atunci va aparea un curent invers din retea spre generator. Inverarea sensului curentului in infasurarea va produce o solenatie in sensul deschiderii contactelor releului polarizat , iar cand curentul invers atinge valoarea de 15-35 A, acestea se deschid si intrerup alimentarea contactorului K si astfel generatorul se deconecteaza de la retea. Acelasi lucru se va intampla si la aparitia unui scurtcircuit pe portiunea de la generator la releul diferential minimal.

Deconectarea generatorului de la retea se poate face in orice moment si manual, cu ajutorul intrerupatorul IG.

Daca polaritatea generatorului este gresita, in momentul in care tensiunea ajunge la valoarea de 13-16 V, releul va actiona si va inchide contactele sale insa in acest caz infasurarea releului va fi conectata nu la diferenta ci la suma tensiunilor retelei si generatorului. In consecinta contactele sale vor ramane deschise la orice tensiune a generatorului. Ca atare, circuitul infasurarii diferentiale a releului polarizat va fi intrerupt si nu va fi posibila conectarea generatorului la retea.

In toate cazurile de deconectare a generatorului de la retea, odata cu intreruperea inafsurarii circuitului contactorului de catre contactele dispare tensiunea de alimentare

a releului de semnalizare , care, prin contactele sale normal inchise , va aprinde o lampa de semnalizare pentru avertizarea echipajului asupra deconectarii generatorului de la retea.

33

3.4 RELEUL POLARIZAT AL RELEULUI DIFERENTIAL MINIMALElementul sensibil de la care pleaca semnalul de comanda al RDM il reprezinta

releul polarizat. Acesta comanda conectarea generatorului la retea, cand polaritatea este corecta si valoarea tensiunii este corespunzatoare, si deconectarea generatorului in cazul aparitiei curentilor inversi.

Circuitul magnetic al circuitului polarizat (fig. 3.7) se compune din 2 placi de otel 1, magnetii permanenti 2 si piasele polare. Armatura mobila 4 a releului este executata sub forma unei lame subtiri de otel, care trece libera prin bobina diferentiala (de tensiune) si bobina serie (de curent) si se articuleaza pe suportul 5 confectionat din material megnetic si izolat fata de corp. Unghiul de rotatie al armaturii mobile este limitat de surubul de contact 6, izolat fata de corp si surubul limitator 7, prevazut cu varf de ebonita. Cu ajutorul surubului 3 se regleaza limitele sensibilitatii pentru cuplare (surubul 7) si decuplare (surubul 6) a RDM.

Fig. 3.7 Circuitul magnetic al releului polarizat

Fig. 3.8. Distributia fluxului magnetic

Peste fluxul produs de cele doua piese magnetice se suprapune fluxul produs de bobinele si cand acestea sunt strabatute de curenti. Sensul curentilor prin bobine va determina si sensul bascularii armaturii mobile, care, in lipsa curentilor prin bobine, poate ocupa oricare din cele doua pozitii extreme fata de linia mediana dintre piesele polare.

Distributia liniilor de camp ale fluxului magnetic produs de magnetii permanenti si bobine in functie de sensul curentului prin bobine se arata in figura 3.8, a si b.

Inlocuind sursele de camp magnetic cu surse de tensiuni magnetomotoare si tinand cont de reluctantele drumurilor parcurse de liniile campului magnetic, vom obtine schema echivalenta a circuitului magnetic de sus, schema aratata in figura 3.9, in care s-a notat cu:

34

Fig. 3.9. Schema echivalenta a circuitului magnetic

- tensiunea magnetomotoare produsa de piesa magnetica din stanga;- tensiunea magnetomotoare produsa de piesa magnetica din dreapata;- tensiunea magnetica produsa de bobina cand prin ea circula un curent;- reluctanta armaturii;

- reluctanta circuitelor magnetice.Deoarece reluctantele portiunilor de fier ale circuitelor magnetice sunt foarte mici in

comaparatie cu portiunile de intrefier, in continuare le vom neglija.Tinand cont ca reprezinta tensiunea magnetomotoare

corespunzatoare celor doua piese magnetice, iar fluxul magnetic total produs de aceleasi piese este , rezulta schemele echivalente din figura 3.10, a si b, in care s-au neglijat fluxurile de dispersie si reluctantele circuitului magnetic.

Fig. 3.10 Cazul particular

In aceasta schema reprezinta permeantele intrefierurilor si, respectiv, .

35

Caracteristicile releului polarizat cand prin bobine nu circula curent. Pentru analiza comportarii releului polarizat aflat numai sub influenta campului magnetilor permanenti se va recurge la schema echivalenta simplificata din figura 3.11.

Fig. 3.11. Schema echivalenta simplificata a circitului magnetic

Avem urmatoarele relatii de legatura:

(3.7)

(3.8)

(3.9)

in care reprezinta suprafata talpii pieselor polare in dreptul intrefierului. Din egalitatea caderilor de tensiune magnetice intre punctele C si D rezulta

(3.10)

Din (3.7) si (3.10) rezulta:

(3.11)

(3.12)

Tensiunea magnetomotoare produsa de fluxul magnetilor permanenti este data de relatia

in care reprezinta permeanta echivalenta a circuitului (fig. 10.14), definita de

din care rezulta

(3.13)

Prin urmare 36

(3.14)

Forta de retinere a armaturii de catre cele doua piese polare este data de ralatia

in care:

si

reprezinta fortele ce se manifesta asupra armaturii la nivelul intrefierurilor si . Putem deci scrie

(3.15)

Tinand cont de relatiile (3.11) si (3.14) rezulta

(3.16)

Din relatia (3.16) rezulta ca sensul fortei depinde de semnul diferentiei . Pentru pozitia mediana a armaturii, , deci forta rezultanta este nula. Aceasta conditie de echilibru nu poate fi indeplinita ia cazul releelor polarizate cu armatura libera, armatura mobila fiind atrasa de una din perechile pieselor polare.

Tensiunea magnetomotoare necesara pentru producerea fortei se obtine din (3.16) sub forma

, (3.17)

iar inductia magnetica necesara este

, (3.18)

In care: reprezinta grosimea utila a intrefierului; reprezinta grosimea armaturii moile.

Cu ajutorul schemei ajutatoare din figura 3.12 putem determina forta de apasare pe contactele . Cuplul ce se manifesta asupra armaturii este

, (3.19)

in care este lungimea armaturii de la axa de rotatie pana la axa pieselor polare (3.11).

Armatura se va roti spre stanga sau spre dreapta dupa cum este mai mare sau mai mic ca . Daca , si armature ar trebui sa fie in echilibru pe linia mediana. Dar, din cauza unor nesimetrii magnetice si geometrice, acest echilibru este instabil.

37

Forta de apasare pe contacte produsa numai de campul magnetilor permanenti si in lipsa curentului prin bobine este

. (3.20)

Caracteristicile releului in prezenta curentului prin bobine. Din descrierea principiului de functionare a RDM reiese ca in momentul premergator cuplarii generatorului in retea ( ) curentul incepe sa circule de la generator catre retea prin bobina de tensiune , conectata diferential.

Schema echivalenta, tinand cont numai de fluxul magnetic produs de bobina, este aratata in figura 3.13. Cu ajutorul acestei scheme echivalente putem determina tensiunea magnetomotoare produs de bobina:

;

; (3.21)

,

Fig. 3.12 Schema pentru calculul fortei de apasare

38

Fig. 3.13. Schema echivalenta in cazul circulatiei curentului prin bobine

in care (NI) reprezinta solenatia produsa de infasurarea bobinei strabatuta de curentul I

. (3.22)

Fluxurile rezultate la nivelul intrefierurilor si sunt:

;

, (3.23)

unde este fluxul magnetic produs de bobina releului polarizat. Corespunzator acestor fluxuri vom avea o forta de tractiune rezultanta , a carei expresie este

, (3.24)

In care:

; ,

Astfel ca relatia (3.24) devine

si respectiv cuplul

, (3.25)

in care este cuplul produs de fluxul bobinei de comanda.

Forta de apasare pe contacte cand sensul celor doua cupluri corespunde va fi

39

.

Momentul de incepere a miscarii armaturii dintr-o parte in alta se produce cand suma celor doua cupluri se anuleaza, adica atunci cand

, (3.26)

Din relatia (3.26) se poate determina solenatia minima de comanda

(3.27)

In realitate aceasta solenatie trebuie sa fie ceva mai mare pentru a compensa fluxurile de dispersie

, (3.28)

in care este un coeficient de majorare supraunitar, a carui valoare depinde de parametrii geometrici si electromagnetici ai releului polarizat.

Solenatia (NI) poate fi considerata ca fiind produsa fie de infasurarea diferentiala , fie de infasurarea serie , dar nu de amandoua simultan.

Relatia (3.28) ne permite sa alegem limitele de sensibilitate ale releului diferential minimal la cuplare sau decuplare prin stabilirea valorii curentului I prin infasurarea la decuplare.

3.5. PROTECTIA GENERATORULUI SI A RETELEI LA SUPRASARCINAIn timpul exploatarii sistemului electroenergetic de bord sunt posibile defectiuni sau

o functionare normala a sistemelor de reglare a tensiunii generatoarelor. Defectarea regulatoarelor de tensiune are la baza in principal doua cauze, si anume: intreruperea circuitului infasurarii de lucru a electromagnetului si sudarea rondelelor coloanei de carbune. In cazul regulatoarelor electronice defectul cel mai craracteristic este strapungerea jonctiunii elementului final. Datorita acestor defecte se produce supraexcitarea generatorului, ceea ce duce la marirea exagerata a tensiunii acestuia la borne in cazul cand lucreaza independent de retea. La functionarea in paralel cu alte generatoare, generatorul supraexcitat preia asupra sa o parte mare a sarcinii fara insa ca tensiunea in retea sa creasca prea mult.

Cresterea tensiunii generatorului peste valoarea nominala poate fi de scurta durata sau de lunga durata. Supratensiunile de scurta durata. Supratensiunile de scurta durata sunt conditionate de inertia regulatoarelor de tensiune si apar la decuplarea unor consumatori de putere mare sau la separarea unor scurcirtcuite din retea prin actionarea sistemelor de protectie la scurtcircuit. In aceste cazuri coloana de carbine nu se destinde instantaneu. Curentul de excitatie in primul moment corespunde regimului de sarcina mare si din acest motiv tensiunea creste brusc. De exemplu, la inlaturarea sarcinii nominale, saltul de tensiune poate sa ajunga la 32-35 V, iar la separarea unor scurtcircuite, pana la 45-55 V. Supratensiunile de scurta durata nu sunt periculoase nici pentru generatoare, nici pentru retea. De aceea sistemele de protectie la supratensiune nu trebuie sa actioneze in astfel de cazuri.

40

In cazul sudarii rondelelor coloanei de carbune sau in caz de intrerupere a circuitului infasurarii de lucru a regulatorului de tensiune, rezistenta coloanei de carbune devine minima, curentul de excitatie creste brusc si, odata cu aceasta, tensiunea generatorului poate sa se stabilizeze la valori inadmisibil de mari.

Caracteristicele externe ale unui generator de 12 kW , ridicate in conditiile intreruperii circuitului de lucru a regulatorului de tensiune cu carbune, sunt aratate in figura 3. 14. Din aceste caracteristici se vade ca la sarcini mici si la turatia maxima, tensiunea la borne poate ajunge la 100 V, valoarea periculoasa atat pentru generator cat si pentru consumatori.

Fig. 3.14. Caracteristicile externe ale generatoarelor de bord la turatii diferite.

In cazul cand avem cateva generatoare, precum si o baterie de acumulatoare cu capacitate mare conectate in paralel cu generatorul supraexcitat, tensiunea retelei nu poate se creasca brusc deoarece aceasta in asupra sa sarcina celorlalte generatoare si tensiunea lui scade. Daca curentul de sarcina al generatorul supraexcitat va depasii o anumita valoare, va actiona sistemul de protectie a generatorului la suprasarcina si generatorul este deconectat de la retea. De aceea, pe avioanele cu un numar mare de generatoare conectate in paralel, de regula nu se utilizeaza protectia retelei la supratensiune.

Protectia la supratensiune trebuie sa asigure decuplarea selectiva de la retea a generatorului supraexcitat dar numai in cazul supratensiunilor stabilizate. Pentru excluderea unei actionari false in cazul unor supratensiuni de scurta durata, sistemul de protectie se construeste cu o temporizare dependenta. In figura 3.15 se prezinta schema unui automat de protectie schema unui automat de protectie la supratensiune din seria AZP. Schema cuprinde ca element de masura un releu de tensiune cu temporizare, doua relee electromagnetice obijnuite si si un contactor K cu clichet, toate montate intr-o cutie. Cand se atinge tensiunea de aproximativ 26,5 V la infrasurarea de excitatie, actioneaza releul dupa un anumit timp. Folosirea tensiunii din infasurarea de excitatie pentru semnalul de comanda face posibila selectarea generatorului supraexcitat in cazul functionarii in paralel a mai multor generatoare. Actionarea releului permite alimentarea cu tensiune a releului , care prin contactele sale comanda actionarea contactorului K.

41

Fig. 3.15. Automat de protectie la supratensiune.

Acesta prin contactele sale K” scoate infasurarea de excitatie de la regulatorul de tensiune si o conecteaza prin contactele K”’ pe o rezistenta . Curentul de excitatie se micsoreza si tensiunea generatorului se reduce la cativa volti.

In acelasi timp prin contactele se comanda decoplarea generatorului de la retea prin intermediul RDM. La decuplarea generatorului releul este scos de sub tensiune; deci se intrerupe circuitul infasurarii de egalizare a sarcinilor. Aceasta este necesar pentru ca sa se excluda micsorarea tensiunii generatoarelor ramase in functiune din cauza actiunii circuitului de egalizare a generatorului decuplat. Protectia la supratensiune este ireversibila, deoarece la declansare contactorul K se blocheaza. Pentru punerea in functiune este necesar sa se apese pe butonul de deblocare a clichetului contactorului.

Introducerea rezistentei in circuitul infasurarii de excitatie este impusa de faptul ca la intreruperea circuitului de excitatie, in acesta apare o tensiune electromotoare mare de autoinductie, periculoasa pentru izolatia masinii.

In oricare schema de protectie la supratensiune, elemental cel mai important care determina functionarea corecta a protectiei este elemental de masura. In ultimul timp, ca elemente de masura in automatele de masura in automatele de protectie la supratensiune se folosesc punti cu rezistente si cu diode Zenner (fig. 3.16) pentru obtinerea tensiunii de referinta. Dioda cu siliciu micsoreaza erorile din cauza variatiei tensiunii de referinta a diodei Zenner cu temperatura.

In cazul sistemelor energetice cu un singur generator, automatul de protectie la supratensiune trebuie construit in asa fel ca regimul de avarie sa poata fi inlaturat fara deconectarea generatorului de la retea. Aceasta se poate face in principiu prin utilizarea unui regulator de tensiune de rezerva, care intra in functiune la comanda de deconectare a regulatorului defect de catre sistemul de protectie.

42

Fig. 3.16 Element de masurare cu diode Zenner

3.6. PROTECTIA GENERATOARELOR LA SCURTCIRCUIT SI LA SUPRASARCINAIn cazul unor generatoare de bord cu puteri mari, curentii de scurtcircuit pot ajunge

la mii de amperi, provocand avarierea sistemului electroenergetic si chiar aparitia unor incendii cu consecinte grave pentru securitatea zborului. Protectia contra scurtcircutelor se realizeaza in principiu cu ajutorul sigurantelor fuzibile (fig. 3.17). curentul nominal al sigurantei se alege astfel incat acesta sa se arda la un current egal cu dublul curentului nominal al generatorului. Din caracteristicile externe ale ganeratorului (fig. 3.18) rezulta ca la turatii mici ale acestuia, siguranta nu va proteja generatorul contra curentilor de scurtcircuit si cu atat mai putin la curenti de suprasarcina. Deoarece generatoarele au capacitatea de supraincarcare limitata in timp, acestea se vor defecta inainte ca siguranta sa se arda.

Fig. 3.17. Pritectia la scurtcircuit a surselor electrice

Fig. 3.18. Caracteristicile externe la turatii extreme

43

De fapt, montarea sigurantelor fuzibile la circuitul de forta al generatoarelor serveste in principiu pentru protectia retelei si nu a generatoarelor. In caz de scurtcircuit pe linie intre generator si tabloul de distributie, sau chiar in generator, va trece spre punctul de scurtcircuit din retea un curent . Acesta arde siguranta, asigurand astfel functionarea normala a altor surse si consumatori.

Pentru protectia generatoarelor contra suprasarcinilor este necesar ca sistemul de protectie respectiv sa reactioneze la starea termica a generatorului si sa-l scoata din functiune chiar cand acesta a atins o temperatura limita admisibila. Pantru aceasta se pot utiliza elemente sensibile la temperatura sau se poate utiliza variatia rezistentei infasurarii de excitatie cu temperatura.

3.7. COMANDA SI PROTECTIA ACUMULATOARELOR DE BORDBateriile de acumulatoare de bord si sursele de alimentare de aerodrom se

conecteaza la reteaua de bord prin intermediul unei scheme de comanda si protectie care trebuie sa asigure in principiu urmatoarele:

- deconectarea acumulatoarelor de bord in momentul conectarii sursei de alimentare de aerodrom la priza exterioara a aeronavei;

- conectarea si deconectarea de la retea a acumulatoarelor de bord si a sursei de aerodrom de catre echipaj direct din cabina;

- protectia acumulatoarelor de bord si a sursei de aerodrom contra conectarii acestora cu polaritate inversata;

- prevenirea aparitiei arcului electric si a arderii plotilor prizei exterioare la cuplarea si decuplarea sursei de aerodrom in cazul cand in reteaua de bord avem o sarcina.

Fig. 3.19. Schema de comanda si protectie a acumulatoarelor de bord

O schema de comanda si protectie care satisface conditiile de mai sus este aratata in figura 3.19. bateria de acumulatoare se cupleaza la retea prin intermediul contactorului

, a carei infasurare este alimentata de la bornele bateriei prin contactele normal inchise SI ale releelor auxiliare , respectiv si prin pozitia inchisa a intrerupatorului

din cabina. Dioda face imposibila cuplarea in retea a bateriei cu polaritate gresita.

44

In acest caz actioneaza releul auxiliar si intrerupe circuitul infasurarii contactorului . Sursa de aerodrom se cupleaza la reteaua avionului cu ajutorul prizei P cu trei ploti, doi principali si unul de comanda. La introducerea stecherului sursei de aerodrom la priza avionului, intai fac contact plotii principali de comanda. Ca atare, contactul conecteaza sursa de aerodrom la retea numai dupa aceea plotii principali s-au fixat bine in bornele prizei avionului. La scoaterea stecherului, intai iese plotul de comanda deconectand contactorul , inlaturand astfel aparitia arcului electric la ploti la scoaterea stecherului sub sarcina. La introducerea stecherului sursei de aerodrom in priza actioneaza releul auxiliar , care, prin contactele sale normal inchise , intrerupe circuitul infasurarii contactorului separand astfel bateria de acumulatoare de bord de la retea. Prin contactele normal deschise se inchide circuirul contactorului , care cupleaza in retea sursa de alimentere de aerodrom.

Relul auxiliar si dioda servesc pentru protectie in cazul cand sursa de aerodrom ar avea polaritate gresita. In acest caz cupleaza releul si prin contactele sale

intrerupe circuitul contactului impiedicand astfel cuplarea sursei la retea.

CAPITOLUL 445

PORNIREA AUTOMATA A MOTOARELOR DE AVION

4.1 CONSIDERATII GENERALESpre deosebire de motoarele electrice, care, cu exceptia motoarelor sincron dezvolta

un cuplu mare de pornire, motoarele cu ardere interna nu pot porni singure. Prin pornirea unui motor cu ardere interna se intelege ansamblul de operatii prin care acesta este adus din stare de repaus in situatia de a putea functiona stabil si independent. Totalitatea instalatiilor si agregatelor care asigura executarea corecta a pornirii unui motor se numeste sistem sau instalatie de pornire. Principalele parti componente ale acestei instalatii sunt:

Dispozitivele de antrenare a arborelui motorului din starea de repaus pana la o anumita turatie la care motorul poate sa-si asigure in conditii bune functiile de alimentatare si aprindere. La aceasta turatie minima de pornire (de mers in gol), energia dezvoltata de motor acopera energia consumata pentru invingerea momentelor de frecare si pentru actionarea diferitelor organe cuplate cu motorul, cum sunt: pompele, ventilatoarele, generatoarele electice, elicea, etc.

Agregate care asigura alimentarea motorului cu conbustibil in timpul pornirii. Instalatia de aprindere a combustibilului sau a amestecului carburant in timpul

pornirii. Dispozitivele necesare pentru asigurarea unor regimuri mecanice si termodinamice

optime ale motorului in perioada de pornire. Instalatia de automatizare a procesului de pornire. Sursele de alimentare cu energie a sistemului de pornire.Pentru alimentarea initiala la pornire se folosesc diferite tipuri de motoare auxiliare numite demaroare, care pot fi motoare electice, turbine cu gaze, motoare cu piston, etc. In unele cazuri se recurge la antrenarea manuala, direct la elice, sau cu ajutorul unui dispozitiv cuplat la arborele motor.

In afara de preocuparea pentru obtinerea unor caracterisitici energetice cat mai bune, cercetarile in acest domeniu au urmarit realizarea unor sisteme automate de pornire, cu fiabilitate inalta si cu masa de zbor cat mai redusa. Este de mentionat ca sistemelele de pornire trebuie sa asigure pornirea motorului nu numai la sol, ci si in timpul zborului in caz ca acesta s-a oprit cu sau fara dorinta pilotului.

Pornirea motoarelor cu piston si a celor cu turbine ridica o serie de probleme distincte si specifice. Desigur,turbomotoarele au o pozitie dominanta in aviatia moderna. Totusi, in cele ce urmeaza vor fi examinate pe scurt problemele pornirii motoarelor cu piston si apoi se va arata, mai pe larg, pornirea motoarelor cu turbina de gaze.

4.2 PORNIREA MOTOARELOR CU PISTON4.2.1 CONSIDERATII ASUPRA METODELOR DE PORNIREA MOTOARELOR CU PISTONPentru obtinerea unor conditii favorabile arderii amestecului carburant in cilindrii

motorului cu piston este necesar sa se imprime arborelui acestuia o turatie de 30-60 rot/min. Puterea dezvoltata la aceasta turatie este suficienta pentru accelerarea arborelui motor pana la regimul de functionare independenta (90-150 rot/min.), si dupa aceasta, pana la regim de mers in gol (ralanti).

46

Arborele motor, trebuie antrenat 1,5-2 rotatii cu ajutorul unei surse exterioare de energie, dar la viteza mentionata anterior, pentru a asigura comprimare amestecului, aprinderea acestuia si evacuarea gazelor arse. Antrenarea arborelui motor in vederea pornitii se poate face prin mai multe metode, dupa cum urmeaza:a. Antrenarea manuala este cea mai simpla, insa mai putin eficienta si nu lipsita de

pericol. O asemenea antrenare se poate face: prin rotirea palelor elicei, folosindu-le pe acestea drept pargii de actionare; cu ajutorul unei manivele si al uni angrenaj.

b. Antrenarea cu ajutorul autodemarorului se realizeaza de la un automobil prevazut cu un arbore special, care pintr-un cuplaj adecvat antreneaza elicea, folosind energia de la motorul automobilului. Si aceast sistem este rar folosit.

c. Antrenarea cu ajutorul demaroarelor de bord, care, in functie de felul energiei, se clasifica astfel: demaroare cu actiune directa, cu inertie sau combinate; demaroare cu aer comprimat; demaroare cu pulbere exploziva.

Dupa modul de actionare asupra motorului cu piston distingem doua grupe de demaroare:d. antrenarea cu demaroare ce rotesc direct motorul se realizeaza prin cuplarea acestuia

cu arborele motor. Din aceasta categorie fac parte toate dematoarele electice si o parte din dematoarele cu pulbere. Tot din aceasta categorie fac parte si autodemaroarele mentionate anterior.

e. Antrenarea cu demaroare care creaza presiune asupra pistoanelor, acestea rotind la randul lor arborle motorului. Din aceasta categorie fac parte toate dispozitivele de pornire cu aer comprimat si unele dintre demaroarele cu pulbere.In continuare se prezinta unele din metodele de pornire enumerate.1. Demaroarele electice sunt motoare electice de constucie speciala, de regula de

curent continuu cu excitatie serie sau mixta. Ele actioneaza fie direct asupra arborelui motorului, evident pintr-un reductor, situatie in care se numesc demaroare cu actiune directa, fie indirect, prin intermediul uni volant, caz in care se numesc demaroare cu inertie. In acest din urma caz motorul electic actioneaza volantul imprimandu-i o viteza foare mare de rotatie (zeci de mii de rotatii pe minut). Prin aceasta in volant se acumuleaza energie cinetica

unde:J - momentul de inertie al volantului; W - viteza unghiulara finala;

- energia consumata de la sursa electrica.Daca apoi volantul se cupleaza cu arborele motor printr-un redactor adecvat, se

realizeaza antrenarea arborelui. Energia necesara pentru pornirea motorului este egala cu energia din care trebuie sa se scada pierderea de energie in cupla si in redactor

. Pe langa aceasta, se considera pierdere de energie si energia corespunzatoare vitezei la care pornirea nu mai este posibila.

Deci energia utila este

47

In cazul demaroarelor cu inertie de regula avem:

asa in cat

iar randamentul sistemului de pornire devine

In cazul demaroarelor cu actiune directa randamentul sistemului de pornire este egal cu produsul randamentelor demarorului si reductorului . Prin urmare, considerand

si rezulta

deci de peste doua ori mai bun decat in cazul demaroarelor cu inertie.Datorita acestui neajuns motoarele de mare putere se pornesc cu demaroare cu

actiune combinata, care insumeaza atat calitatile sistemului de pornite cu inertie cat si pe cele ale demarorului cu actiune directa. In cazul demaroarelor cu actiune combinata, in prima faza motorul electric accelereaza volantul pana la viteza . Apoi volantul este cuplat de arborele motorului ce trebuie pornit, actionand concomitent cu motorul electric, care deci nu se decupleaza dupa terminarea procesului de accelerare a volantului.

Pentru ca pornirea sa fie sigura este necesar ca demarorul sa dezvolte cuplul

unde este cuplul necesar pentru rotatia de regim a motorului in momentul decuplarii demarorului. Acest moment depinde de puterea motorului, de gradul de compresie, cat si de o serie de factori cum sunt: vascozitatea uleiului in momentul pornirii, timpul de stationare anterioara, calitatea segmentilor pistoanelor, etc. Pentru temperaturi cuprinse intre +5 si -20°C poate fi folosita urmatoarea formula empirica de calcul al acestui moment

,

unde: este cuplul de pornire la 5°C si care pentru motoarele de 1500-2000 CP este de 45-

50 daN×m (circa 4,5-5 kgf×m); reprezinta vascozitatea dinamica a uleiului in motor la 5°C, fiind aceeasi marime dar

la temperatura la care se face pornirea. Exponentul x poate fi luat in cazul motoarelor moderne egal cu 0,2.

Cu scaderea temperaturii mediului ambient cuplul creste foarte mult iar pornirea devine extrem de dificila. Pentru a usura pornirea se recomanda urmatoarele masuri:

incalzirea motoarelor inainte de pornire cu ajutorul incalzitoarelor de aerodrome; incalzirea uleiului in exterior si umplerea instalatiei de ungere cu ulei fierbinte; folosirea unor combustibili speciali; diluarea uleiului la pornire cu benzina.Demaroarele cu actiune directa sunt rar utilizate pentru pornirea motoarelor de

avion din cauza cuplului mare care se cere din partea motorului electic. Mult mai raspandit este demaroroul cu inertie. De data aceasta puterea motorului electric de

48

antrenare a volantului este mica (1,5-2kW). In timp de 15-20s volantul atinge o turatie 14000-25000 rot/min, inmagazinand o energie de 5000-10000J. Intrucat viteza volantului este mult mai mare ( = 1400-2500 rad/s) decat viteza unghiulara cu care trebuie rotit arborele motorului ( rad/s), intre volant si ghiara de cuplare se monteaza un reductor cu demultiplicare mare.

Alimentarea demaroarelor se asigura fie de la bateria de acumulatoare de bord, fie de la o sursa de aerodrom. Comanda demarorului se asigura de la un buton cu actiune dubla: prin tragere se cupleaza electromotorul (demarorul) la retea; prin impingere se deconecteaza motorul electric si se cupleaza gheara de antrenare a demarorului cu arborele motor. In acelas timp se cupleaza in unele cazuri si bobina de aprindere pentru pornire.

2. Pornirea cu aer comprimat consta in introducerea aerului sub presiune mare in cilindrii motorului in timpul unei curse utile. Ca urmare aerul actioneaza asupra pistoanelor iar acestea rotesc arborele motor. Admisia aerului in cilindri este asigurata de catre un distribuitor special care are aceeasi succesiune ca distribuitorul instalatiei de aprindere.

3. Demaroarele cu pulbere sunt de doua tipuri: motoare cu pulbere si generatoare cu pulbere (gazogeneratoare). Motoarele de pornire cu pulbere antreneaza direct arborele motor, asemanator cu demaroarele electrice. Gazele provenite din arderea pulberii preseaza asupra pistonului demarorului, care, executand o miscare de translatie impreuna cu o piulita, pune in miscare de rotatie un dispozitiv cu gheara, iar acesta transmite miscare arborelui motor.

In cazul demaroarelor de al doilea tip, adica cu gazogeneratoare, folosite in special pentru pornirea motoarelor cu piston de putere mica, gazele obtinute din pulbere actioneaza direct asupra pistoanelor motorului. Indiferent de sitemul de pornire folosit pentru motoarele cu piston, viteza de rotatie fiind mica, instalaita principala de aprindere nu poate sa asigure scantei si suficient de puternice pentru aprindere normala a amestecului carburant din cilindri. Ca urmare sunte necesare mijloace suplimentare de aprindere. Cel mai raspandit mijloc utilizat in acest scop este bobina suplimentara de pornire, care asigura transformarea tensiunii joase a bateriei de acumulatoare in tensiune inalta (12000-14000V) ce se aplica bujiilor prin intermediul distribuitorului de la magnetou.

4.2.2. STUDIUL PROCESULUI DE ACCELERARESI DE FRANARE A VOLANTULUI

Dupa cum s-a aratat deja functionare demarorului cu inertie si a celui cu actiune combinata are loc in doua perioade: perioada de accelereare a volantului si perioada de franare a demarorului datorita actionarii arborelui cotit al motorului. In perioada de accelerare demarorul trebuie sa invinga cuplul rezistent datorat frecarilor in legare, pe colectorul demarorului si in reductor, precum si frecarilor aerodinamice. Dependenta cuplului rezistent in functie de turatia demarorului poate fi aproximata analitic prin relatia

.In procesul de accelerare a demarorului exprimat prin functia n=n (t) se pot distinge

trei etape.Cursiv corespunde cresterii curentului indusului, rotorul fiind fix pana in momentul

cand cuplul dezvoltat este suficient pentru invingerea cuplului rezistent.

49

A doua etapa incepe din momentul punerii in miscare a rotorului. Din cauza t.e.m. din indus viteza de crestere a curentului se micsoreaza. La sfarsitul acestei etape, deci la timpul , curentul atinge valoare sa maxima.

In etapa a treia turatia continua sa creasca pana la valoarea dorita iar curentul se micsoreaza. La sfarsitul al acestei etape demarorul se cupleaza la arborele motorului de avion. Procese electomecanice care au loc in perioada de accelerare a demarorului cu inertie se pot studia considerand ca motorul electric are excitatie serie si ca este alimentat cu tensiunea direct de la bateria de acumulatoare.

In prima etapa rotorul fiind fix ( ) este valabila urmatoarea executie pentru circuitul indusului

(4.1)

unde: este inductivitatea indusului;- numarul de spire ale infasurarii serie;

- coeficinetul de dispersie;- fluxul produs de indus.Daca se considera saturatia circuitului magnetic, dependenta dintre fluxul magnetic

si curentul din indus se poate exprima prin relatia

,

unde a si b sunt constante.Putem deci scrie

,

in care s-a tinut seama ca inductibilitatea indusului este foarte mica in comparatie cu inductivitatea infasurarii de excitatie ( ).

Rotorul incepe miscarea daca este satisfacuta conditia,

unde este cuplul rezistent la timpul .Putem deci scrie

,

unde K este constanta masinii.Din ultima relatie se obtine expresia curentului la timpul cand incepe sa se puna

in miscare rotorul

.

Pentrul calculul turatie primei etape se poate considera ca

.

De obicei derivata se deosebeste putin de derivata astfel ca

.

50

In cea de-a doua etapa viteza de rotatie creste de la pana la iar curentul din rotor creste de la valoarea la . Ecuatia de echilibru a tensiunilor devine

, (4.2)

iar procesul electromecanic de accelerare rezulta din ecuatia actionarilor electrice

,

unde J este moementul de inertie al volantului raportat la arborele electromotorului.Intrucat in aceasta etapa viteza de rotatie continua sa creasca se poate considera ca

valoare cuplului rezistent este constanta si egala cu cea de la , adica cu .Considerand ca viteza de crestere a curentului in decursul etapei a doua este liniara

in timp, se poate scrie

’

unde egal cu .Dar , asa incat

.

Daca mai presupunem ca derivate este putin diferit fata de derivate obtinem

.

Daca admitem o viteza mare de variatie a lui W, , putem considera aproximativ ca la sfarsitul etapei a doua viteza unghiulara de rotatie este

. (4.3)

Intrucat la , , rezulta

. (4.4)

In baza ultimelor formule se obtine urmatoarea ecuatie satisfacuta de

,

unde.

S-a obtimut o ecuatie algebrica in cu solutia

(4.5)

In ultima relatie apare . Deoarece in momentul aparitiei curentului maxim are loc saturatia circuitului magnetic, se poate considera ca

,unde reprezentand curentul de circuit.

Cunoscand acuma pe se poate usor calcula expresia duratei etapei a doua. Din formula (4.3) si (4.4) se obtine

. (4.6)

51

Formulele obtinute pentru si arata ca cresterea lui J si determina cresterea valorii maxime a lui si prelungirea duratei a etapei a doua. Dimpotriva, cresterea parametrilor s, si R face sa scada maximul curentului.

In etapa a treia procesul de accelerare a demaroului cu inertie si variatia curentului indusului in timp sunt mult mai lente. In aceste conditii ecuatia de echilibru a tensiunilor la bornele demaroului devine

.Calculul analitic al caracterisiticilor I=I(t) si W=W(t) este laborious. Din acest motiv

rezolvarea acestei probleme se face prin metode grafo-amalitice. Pentru functia W=W(t) se obtine o curba asemanataoare cu o exponentiala. In majoritatea cazurilor practice viteza de rotatie la sfarsitul etapei a treia, , este mult mai mare decat viteza de la inceputul acesteia. situatie in care procesul de crestere a vitezei se poate aproxima analitic prin expresia

,

unde T reprezinta constanta de timp mecanica a demarorului. Valoarea acesteia se determina punand conditia

unde este viteza unghiulara nominala a volantului.

Deoarece rezulta ca ,

unde se poate considera egal cu 0,9 .In consecinta obtinem

.

Daca dorim sa se obtina o viteza unghiulara , este necesar ca durata etapei a treia sa fie .

Dupa cum se vede din ultima relatie, constanta de timp este mult influentata de cuplul M si deci de curentul I . Daca dorim sa acceleram cat mai mult procesul de pornire este necesar sa se mareasca cuplul demarorului, respectiv curentul consumat de acesta, sa se micsoreze rezistenta circuitului indusului, sa se mareasca tensiunea de alimentare si a se reduce cuplurile de frecare.

Dupa ce sa terminat procesul de accelerare a volantului acesta se cupleaza la arborele cotit si incepe franarea pieselor mobile ale demarorului, respectiv punerea in miscare a motorului de avion. In momentul initial al pornitii, viteza de rotatie al arborelui cotit este 0, desi partile mobile ale demarorului au turatia maxima. In aceste conditii, transmiterea cuplului de pornire de la demaror la arborele cotit se asigura prin frecarea de alunecare al discurilor ambreajului. In urma actiunii cuplului de frecare , daca aceasta depaseste cuplul rezistent al motorului incepe punerea in miscare a arborelui cotit. Viteza acestuia creste treptat in timp ce volantul isi incetineste viteza de rotatie . Procesul continua pana cand se realizeaza egalitatea . In acest moment inceteaza alunecarea discurilor si ambreajul functioneaza ca o cupla rigida.

In consecinta se pot distinge doua etape in procesul de pornire.Prima etapa a pornirii. Fie momentul de inertie al tuturor pieselor in miscare

raportat la arborele motorului si viteza de rotatie la iesirea demarorului. Intrucat are loc franarea lui ecuatia actionarii se scrie sub forma

52

.

Considerand ca = rezulta (4.7)

unde: - este cuplul de frecare de alunecare pe discurile ambreajului;- cuplul de frecare in lagarele demarorului.

Cuplul transmis prin ambreaj, se aplica la arborele cotit si il pune in miscare de rotatie proces care se exprima prin relatia

. (4.8)

Tinand seama ca avem

, (4.8`)

unde: - este momentul de inertie al motorului de avion; - viteza de rotatie a acestuia.

Din ecuatiile precedente se obtine:

si

Deoarce cuplul rM este o functie complicate de unghiul de rotatie al arborelui motor, este dificil sa se stabileasca pe cale analitica functiile si . Din acest motiv problema se rezolva pe cale grafo-analitica.

In timpul procesului de pornire viteza demarorului scade iar viteza motorului actionat creste, cea ce se poate exprima prin relatiile:

unde este viteza unghiulara initiala a demarorului.Din relatiile (4.7), (4.8) si (4.8`) se obtine:

;

.

In conditia rezulta

, (4.9)

de unde se termina timpul corespunzator primei etape a porniri

(4.10)

Substituind pe (4.10) in (4.9) rezulta viteza unghiulara la sfarsitul primei etape

sau daca se introduce notatia

53

Ultima formula arata ca maximul vitezei de rotatie a motorului creste proportional cu viteza unghiulara initiala a demarorului. Ea se micsoreaza cu cresterea cuplului rezistent si a momentului de inertie . Viteza unghiulara joaca un rol deosebit de important in procesul de pornire. Pentru cresterea sigurantei si probabilitatii unei porniri bune este necesar ca valoarea lui sa creasca. Din acest punct de vedere este necesar sa se determine conditia pentru care maximul vitezei de rotatie a motorului atinge cea mai mare valoare, daca pentru actionarea motorului se foloseste una si aceasi energie cinetica a demarorului acumulata in volant. Tinand seama ca energia cinetica inmagazinata in demaror este relatia (4.11) se poate scrie sub forma

(4.12)

Viteza atinge valoarea maxima pentu acea viteza initiala care anuleaza derivata .

Rezulta

, (4.13)

pentru care viteza maxima este

.

Daca se tine cont de expresia lui A, din (4.13) se obtine

’

de unde deducem expresia

.

A doua etapa a pornirii. Acuma demarorul si motorul de avion se rotesc impreuna pe seama energiei cinetice din volant. Desigur, cresterea vitezei de rotatie in continuare nu este posibila. Ecuatia ce caracterizeaza procesul de miscare in cea de-a doua etapa, cand

, are formula:

sau

De aici rezulta durata a acestei etape, adica

,

precum si unghiul de rotatie a arborelui cotit

.

54

Din ultima formula se vede ca unghiul de rotatie a arborelui cotit in etapa a doua este direct proportional cu variatia de energie cinetica corespunzatoare partilor mobile ale demarorului si motorului de avion si invers proportional cu cuplul rezistent. Pentru ca pornirea motorului sa fie sigura este important ca numarul de rotatii in cea de-a doua etapa sa fie pe cat posibil mai mare. Studiul factorilor care influenteaza unghiul de rotatie a arborelui cotit se poate face aplicand ecuatia bilantului energetic. Energia inmagazinata in volant este folosita pentru invingerea cuplului de frecare in reductor, a cuplului rezistent al motorului , precum si pentru acoperirea pierderilor in cuplajul cu frictiune .

Avem deci.

Din ultima relatie se obtine unghiul total de rotatie a arborelui cotit

.

Se observa ca pentru a obtine un unghi cat mai mare, la o valoare data pentru A, este necesar sa se micsoreze marimile si .

In incheiere prezentam cateva consideratii practice asupa pornirii motoarelor cu piston. De regula, pentru ca pornirea sa se faca sigur este necesar rotirea arborelui cotit cu 2-3 rotatii complete cu viteza de 50-60 rot/min. Admitand ca rezulta ca pierderile in cuplajul cu fictiune reprezinta aproximativ 45% din energia inmagazinata in volant. Desigur cu cat este mai mare pierderea de energie cu atat este mai mic unghiul total de rotatie a arborelui cotit. Pe de alta parte, cu cat este mai mare viteza de rotatie a volantului cu atat greutatea acestuia scade (pentru o nergie A data).

4.3 PORNIREA MOTOARELOR CU TURBINA CU GAZEInstalatia de pornire a unui avion trebuie sa permita, asa cum s-a mai mentionat, atat

pornirea la sol a motorului cat si pornirea lui in zbor. In afara de aceasta sistemul de pornire mai asigura in mod automat pornirea de prevenire cum si rotirea “la rece” pentru ventilarea si stocarea motoarelor cu turbine cu gaze. Desigur, destinatia de baza a sistemului este de a asigura pornirea la sol, care dealtfel este cea mai complexa dintre toate.

4.3.1 PORNIREA TURBOMOTOARELOR LA SOLTrebuie remarcat de la inceput ca pornirea turbomotoarelor reprezinta un proces

mult mai complex decat pornirea motoarelor cu piston. De data aceasta sunt necesare puteri mult mai mari, caci spre deosebire de motoarele cu piston, la turarie mica turbinele dezvolta o putere inferioara puterii minime necesar pentru antrenarea celorlalte organe ale motorului. Din aceasta cauza pornirea motorului turboreactor poate fi considerate ca terminate numai la o turatie de ordinal 15% din turatia nominala, in timp ce la motoarele cu piston este suficienta antrenarea pana la 2-3% din turatia nominala.

Donditiile principale care se inpun unui sistem de pornire pentru motoarele cu turbine cu gaze sunt urmatoarele:

sa asigure pornirea intr-un timp scurt impus de tipul de avion si de misiunile sale;

55

sa permita pornirea automata si sigura a motorului atat la sol cat si in zbor la toate altitudinile si vitezele de exploatare; la nevoie aceasta operatile trebuie sa poata fi repetate de 3-5 ori.

sa asigure porniri autonome in gama de temperaturi cuprinse intre -50°C si +50°C, fiind realizat la gabarit si greutate minime;

sa fie simplu, sigur si nepericulos in exploatare; sa aiba resursa cel putin egala cu resursa motorului.In afara de aceasta, pentru a realiza conditii cat mai bune de pornire din punct de

vedere termodinamic, instalatia de automatizare a procesului de pornire trebuie sa asigre: deschiderea la maximum a voletilor ajutajului de reactie, in felul acesta marindu-

se cuplul turbinei pe seama cresterii raportului de destindere a gazelor in turbine pentru o valoare data a lui ;

in cazul motoarelor turbopropulsoare pentru micsorare cuplului rezistent este necesar, in plus, sa fie aduse palele elicei la pas minim.

Este cunoscut ca puterea dezvoltata de turbina este proportionala cu temperatura a gazelor in fata turbinei. Dar, chiar si la valoarea maxima admisibila a acestor

gaze, puterea turbinei acopera puterea necesara antrenarii compresorului precum si a celorlalte agregate de-abia la o turatie suficienta de mare (fig. 4.1,a). Prin urmare, teoretic vorbind, arborele motorului ar trebui sa fie antrenat de la sursa exterioara de energie cel putin pana la turatia minima de pornire . In realitate se poate considera ca procesul de pornire cuprinde trei etape.

Prima etapa. Actionarea arborelui motor se face numai de la demaror, cuplul turbinei fiind practic nul, caci nu se debiteaza conbustibil in camerele de ardere.

Fig. 4.1 Etapele pornirii motorului turboreactor:a- grafigul cu variatie a temperaturii si a puterilor; b – graficul cu variatie a cuplurilor.

In felul acesta temperatura in fara turbinei este scazuta, practic egala cu temperatura din mediul ambiant. Accelerarea ansamblului compresor-turbina are loc de la turatia 0 pana la turaria , la care incepe alimentarea camerelor de ardere cu combustibil. Acum presiunea dezvoltata de compresor atinge valoarea minima necesara procesului de ardere. Datorita injectiei de combustibil la incepulul etapei a II-a, temperatura urca brusc pana la

56

valoara (fig. 4.1). In aceasta etapa, dupa cum se vede din figura 4.1,b, ecuatia de actionare are forma

, (4.14)

unde: - este cuplul dezboltat de demaror; - cuplul rezistent la arborele turbomotorului raportat la arborele demarorului;

-momentul de inerie al pieselor in miscare raportat la acelasi arbore.A doua etapa. De data aceasta turbina incepe sa dezvolte cuplul de actionare. Deci

la ccelerarea arborelui motor contribuie atat demarorul cat si turbina. Etapa dureaza pana cand se atinge turatia , la care puterea turbinei este mai mare decat puterea ceruta pentru actionarea arborelui motor cu un anumit exces necesar pentru siguranta pornirii. La turatia

demarorul se decupleaza. Din figura 4.1 se observa ca cuplul activ al turbinei, respectiv puterea acesteia, egalizeaza cuplul rezistent la arbore inca la turatia . Insa, deoarece la aceasta turatie functionarea turbomotorului nu este stabila si din necesitatea scurtarii timpului de pornire, demarorul isi continua functionarea in regim de insotire pana la turatia

.Intr-adevar, la turatia inca nu exista o rezerva de temperatura in fata turbinei

care sa permita decuplarea sursei exterioare, astfel ca cea mai mica inrautatire a alimentarii motorului ar putea provoca ratarea pornirii. In afara de aceasta, continuarea rotirii motorului cu turatie apropiata de ar insemna un surplus prea mic de putere, deci o durata prea mare a pornirii in conditiile temperaturii si a unei raciri reduse a motorului. Evident, cu cat este mai mare turatia la care demarorul este decuplat, cu atat va fi mai mica durata pornirii, insa aceasta presupune o putere mai mare dezvoltata de motorul instalatiei de pornire.

In aceasta etapa, conform figurii 4.1, b, ecuatia de actionare are forma

(4.15)

unde: este cuplul dezvoltat de turbina corespunzator puterii si vitezei de rotatie .A treia etapa. Aici are loc accelerarea finala a ansamblului turbina-compresor pana

la turatia de ralanti . Abia de la aceasta turatie, , turbina functioneaza la temperatura *

3T mai scazuta decat temperatura maxima admisibila , ca urmare a faptului ca numai intre si ritmul de crestere a debitului de aer depaseste ritmul de crestere a debitului combustibilului injectat. Ecuatia de actionare are forma

. (4.16)

In timpul acestei etape se ajunge la un echilibru intre puterea consumata si puterea dezvoltata de turbina in conditiile unei temperaturi acceptabile.

Cuplul existent este format din cuplurile compresorului , de frecare si de actionare a agregatelor

In calculele analitice, cuplul rezistent al compresorului poate fi considerat ca variaza proportional cu patatul vitezei de rotatie

.Intrucat adesea se considera ca .Valorile orientative ale turatiilor si raportate la turatia maxima a

motorului sunt date in tabelul 4.1. Din cele aratate rezulta ca o conditie de baza a instalatiilor de pornire este de a dezvolta un cuplu motor cat mai mare. In felul acesta se

57

poate scurta durata procesului de pornire, factor deosebit de imprtant in cazul avioanelor cu destinatie speciala. Asupra timpului de pornire influenteaza si capacitatea de aprindere a combustibilului injectat.

In medie se poate admite ca pentru majoritatea turboreactoarelor timpul de pornire este cuprins intre 30 si 60 s, iarputerea instalatiilor de pornire se poate calcula cu formula aproximativa

,unde: este tractiunea motorului la sol, in daN;

este un coeficient cuprins intre 2 si 8, valorile mai mari fiind recomandate pentru motoarele cu raport de comprimare ridicat.

TABELUL 4.1Valorile relative ale turatiilor si

Tipul motorului

Turboreactor cu compresor centrifugal 0,06-0,1 0,08-0,11 0,12-0,15 0,2-0,25Turboreactor cu compresor axial 0,07-0,12 0,11-0,18 0,20-0,33 0,28-0,40

Turbopropulsor cu compresor axial 0,08-0,15 0,11-0,22 0,35-0,6 0,5-0,84.3.2 PORNIREA MOTOARELOR IN CONDITII SPECIALEExista mai multe situatii in care este posibila pornirea motorului in aer. Spre

exemplu, in cazul unor evolutii bruste, la unghiuri mari de incidenta, debitul de aer al compresorului se poate reduce, ceea ce determina oprirea motorului. Acelasi lucru se poate intampla daca un avion intra cu difuzorul in jetul de gaze evacuate din motorul altui avion sau al rachetelor lansate de la bord. In toate aceste situatii inceteaza procesul termodinamic de ardere a combustibilului injectat in motor. De aceea scade temperatura si odata cu ea scade si cuplul turbinei precum si viteza de rotatie. Dupa un timp oarecare, ansamblul compresor-turbina intra in regim de autorotatie stabilizat.

Gradul de micsorare a turatiei depinde de altitudinea de zbor si de viteza din momentul stingerii motorului.

Restabilirea functionarii motorului se face prin asa numita pornire in zbor. Pornirea se realizeaza fara utilizarea demarorului, tinand seama de fenomenul de autorotatie. In acest scop este necesar sa se asigure:- punerea in functiune a sistemului de aprindere a petrolului injectat in camera de ardere;- propagarea flacarii, aprinderea si arderea stabile a combustibilului de baza;- accelerarea motorului pana la regimul de mers in gol.

Dupa ce s-a atins regimul de mers in gol, sistemul de aprindere se decupleaza iar motorul este introdus in regimul de functionare dorit. Pornirea in zbor a motoarelor turbopropulosare este usurata de prezenta palelor elicei, al caror pas poate fi reglat astfel incat sa se asigure turatia optima necesara pornirii. Unele sisteme de pornire sunt astfel concepute incat asigura automat pornirea de prevenire, adica imediat dupa aceea a incetat functionarea motorului dintr-o cauza oarecare. De data aceasta debitul de aer prin dispozitivul de aprindere este de 4-6 ori mai mare decat la pornirea in regim de autorotatie. Pentru ca pornirea sa fie posibila in aceste conditii sant necesare unele masuri speciale. Astfel trebuie injectat o cantitate mai mare de combustibil si utilizat un sistem special de aprindere cu o descaracare electrica mai puternica intre electrozii bujiei. Uneori pornirea de prevenire se rezuma la conectarea sistemului de aprindere si la debitarea combustibilului de pornire concomitent cu injectarea de oxigen in camera de ardere, operatii care previn oprirea motorului in situatiile deja mentionate.

58

4.3.3 DEMAROARE UTILIZATEPENTRU PORNIREA TURBOMOTOARELORDupa cum s-a aratat deja, demarorul reprezinta un motor special destinat sa asigure

accelerarea arborelui turbomotorului pana la turatia . Exista in present o mare varietate de tipuri constructive de demaroare, care se deosebesc prin constuctia motorului si prin natura agentului de lucru folosit la motor. Acestea pot fi impartite in doua grupe principale: demaroare electrice si demaroare cu turbina cu unul sau doua motoare. La randul lor, demaroarele cu turbina pot fi: cu gaze, cu aer, cu pulbere, cu gaze si aer, precum si cu turborachete. Turbodemaroarele cu doua rotoare se impart in: pneumatice, cu gaz si hidraulice. In unele cazuri pentru pornirea turbodemaroarelor de mica putere se utilizeaza sisteme de pornire fara demaror.

In cele ce urmeaza vor fi prezentate pe scurt demaroare de tip neelectric, urmand ca intr-un paragrat sa se acorde atentie mai mare demaroarelor electrice.

4.3.3.1 DEMATOARELE CU TURBINA CU GAZEEste vorba de mici turbomotoare asemanatoare turbomotoarelor din instalatiile

turbopropulsoare, cu deosebirea ca acestea sunt destinate sa functioneze o durata scurta, numai in timpul pornirii. Turbomotoarele de acest tip sunt echipate cu compresoare centrifugale cu o singura treapta, avand camerele de ardere in spirala si in contracurent, sau in bucla. Pentru usurarea pornirii si micsorarea duratei procesului, turbomotoarele sunt decuplate de la arborele motorului de avion. Abia dupa ce au intrat in regim normal de functionare sunt cuplate la arborele motorului prin intermediul unui reductor (fig 4.2). Turbodemaroarele au nevoie de un sistem propriu de pornire, ceea ce complica constructia instalatiei in ansamblu.

In cazul schemei din figura 4.2 prima miniturbina este destinata pentru antrenarea compresorului turbodemarorului, iar a doua pentru accelerarea motorului ce trebuie pornit. Intre ele nu exista decat o legatura fazodinamica. Ca urmare , prima turbina atinge repede turatii inalte, servind apoi ca generator de gaze pentru a doua turbina. Turbodemaroarele de acest tip sunt caracteizate prin puteri mari la freutate si gabarite relative mici ale instalatiei, prin porniri automate practic in numar nelimitat. Raporturile greutate/putere ale acestor sisteme sunt de 1,7-2,5 daN/kW, ale turbodemarorului propriu-zis de 0,8-1,5 daN/kW, iar puterile ce se obtin sunt cuprinse intre 136-272 kW.

Dintre dezavantajele sistemelor de pornire cu turbodemaror mentionam: constuctia complicate, fiabilitatea redusa si durata relativ mare a pornirii.

59

Fig. 4.2. Schema unui turbodemaror cu doi arbori, cu compresor propriu si cu turbina libera:1 – compresor centrifugal; 2 – turbina compsorului; 3 – camera de ardere in spirala

4 – reductor de turatie; 5 – ax motor.

4.3.3.2 TURBODEMAROARELE CU PULBEREDe data aceasta pentru actionarea compresorului sunt folosite gazele produse prin

arderea unei pulberi (fig.4.3). Incarcatura de pulbere este plasata in camera 2 cu pereti grosi. Pentru aprindere se utilizeaza pulberea neagra amorsata pintr-o scanteie electrica. Gazele rezultate prin ardere sunt trimise in colectorul de gaze 5 si prin fereastra diafragmei de siguranta 6 patrunde la paletele turbinei cu gaze 7. La iesirea din turbina gazele evacuate in atmosfera. Cuplul dezvoltat de turbina este transmis la motorul care este pornit. Asemenea turbine dezvolta turatii foarte mari. Avantajul principal al turbodemaroarelor cu pulbere consta in crearea unui mare impuls la pornire. Astfel la o masa a incarcaturii de pulbere de 1-1,5kg si la o durata a arderii de 3-4s, pulberea dezvoltata de demaror poate ajunge la 200-296kW. Asemenea puteri permit reducerea substantiala a timpului de pornire. Masa specifica a demarorului este numai 0,136-0,204kW, iar gabaritele sunt mici. Totusi, sistemul prezentat are o serie de neajunsuri, motiv pentru care este putin utilizat in aviatie.

Fig. 4.3. Schema demarorului cu pulbere1 – incarcatura de pulbere; 2 – camera incarcaturii; 3 - butonul de pornire; 4 – aprinzator;

5 – colectorul de gaze; 6 – diafragma de siguranta; 7 – turbina; 8 – reductorul; 9 – cuplajul de antrenare;10 – supapa de siguranta; 11 – dispozitivul de actionare a diafragmei 11.

4.3.3.3 DEMAROARE CU VAPORI SI CU TURBORACHETE

60

Schema demarorului cu vapori de apa este prezenta in figura 4.4. Turbina 4 a unui asemenea demaror functioneaza cu vapori obtinuti prin disocierea apei oxigenate. Din rezervorul 2 apa oxigenata este dislocate in generatorul de vapori 3 cu ajutorul aerului comprimat din butelia 1. Descompunerea apei oxigenate se face in prezenta unui catalizator si are loc cu mare degajare de caldura. Aburul supraincalzit in amestec cu oxigenul format prin descompunerea apei oxigenate este folosit drept fluid de lucur in turbina 4, al carui cuplu este transmis prin reductorul 5 si cuplajul 6 la arborele motorului ce trebuie pornit. Si aceste demaroare au o serie de neajunsuri esentiale, motiv pentru care sunt putin raspandite.

Demaroarele a caror turbina functioneaza cu produsele descompunerii unui singur component sau cu produsele de ardere a carburantului si oxidantului, ambele luate la bord, poarta denumirea conventionala de demaroare cu turboracheta. Combustibilul folosit este acidul azotic si petrolul sau acidul azotic si furfurolul. Sistemul rezulta mai simplu daca se foloseste un combustibil cu un singur component. In felul acesta s-a ajuns la demaroarele cu turboracheta care dezvolta 220-295kW la o masa propie de 30-40kg. Tinand seama de rezerva de combustibil necesara pentru 5-6 porniri s-a ajuns la mase specifice ale acestor instalatii de numai 0,4-0,54 kg/kW.

Fig. 4.4 Schema demarorului cu vapori de apa;1 – butelia de aer comprimat; 2 – rezervorul de apa oxigenata; 3 – deneratorul de vapori;

4 – turbina; 5 – reductorul; 6 – cuplajul de antrenare.4.3.3.4 TURBODEMAROARE PNEUMATICETurbina turbodemarorului pneumatic functioneaza cu aer comprimat din butelii.

Pentru a se reduce consumul de aer direct din butelii, de regula acesta este supus unei preincalziri prin arderea unui combustibil. Dar chiar si in acest caz consumul de aer ramane mare, din care cauza este greu de construit pe acest principiu un sistem de pornire autonom. Pe avioanele multimotoare ca sursa de alimentare a turbodemaroarelor pneumatice este avanatjos sa se foloseasca un generator de aer cu turbina cu gaze montat chiar la bord (fig. 4.5). Distributia aerului spre motoarele de pornit se face prin conducte adecvate si, la nevoie, acest aer poate fi preincalzit in camere speciale inainte de a fi intordus in turbina demarorului. Masa specifica a unui asemenea sistem de pornire raportat la puterea tuturor turbinelor cu aer reprezinta 0,68-0,81 kg/kW pentru un avion cu patru motoare si 0,4-0,54 kg/kW pentru un avion cu sase motoare. Aceasta solutie constructiva este avantajoasa si prezinta largi perspective de utilizare.

61

Fig. 4.5 Sistem de pornire cu generator de aer comprimat si turbina destinat unui avion cu patru motoare.K – compresorul generatorului de aer; T – turbina generatorului; CA – camera de ardere;

CP – camera de preincalzire a aerului; RA – repartitorul aerului; TD – turbina demarorului.

4.3.3.5 SISTEME DE PORNIRE FARA DEMARORPentru antrenarea motorului se poate utiliza chiar turbina proprie a acestuia, fluidul

de lucru fiind aerul comprimat sau gazele obtinute prin arderea unei pulberi si trimise spre turbina prin ajutaje speciale. Principalul avantaj al acestui sistem de pornire este constructia simpla. Dar asemenea instalatii sunt neeconomice, fapt pentru care se folosesc rar, in cazurii speciale, la motoare de mica putere pentru o singura pornire.

4.3.3.6 CONSIDERATII GENERALE ASUPRA UTILIZARIIDEMAROARELOR ELECTRICEDemaroarele electrice reprezinta de regula masini electice de current continuu

alimentate de la acumulatoarele de bord sau de aerodrom la tensiunea de 24-48V. Caracteristica acestora este faptul ca sunt simple in exploatare, asigura o antrenare perfect controlata a arborelui motor pe timpul pornirii si permit automatizarea completa a proceselor. Din aceste motive demaroarele electrice ca si turbodemaroarele au capatat o raspandire mare la bordul aeronavelor. In cele ce urmeaza se vor face cateva consideratii asupra pornirii automate cu demaror electric si cu turbodemaror. In figura 4.6 este prezentata structura a patru variante de pornire. Examinand aceste doua scheme se constata ca agregatele de pornire cu demaror electric D si respectiv cu turbodemaror TD sunt utilizate doar la pornire, fiind transportate complet inutil pe timpul zborului.

Mult mai rationale sunt schemele de figura 4.6, c si d, unde este sintetizata idea de a folosi deneratorul de bord, pe timpul pornitii motorului, ca demaror electric. In acest caz majoritatea agrefatelor componente sunt utilizate in tot timpul zborului, iar sistemul de pornire si cel electroenergetic de bord constituie de fapt un sistem unitar ca componente in majoritatea comune, mai simplu din punct de vedere constructiv, mai putin voluminous si cu o masa de zbor mai mica.

62

Fig. 4.6 Variante de sisteme de pornire.a – sistem de pornire cu demaror electic; b – sistem de pornire cu turbodemaror; c – sistem e pornire cu

generator-demaror; d – sistem de pornire cu generator-demaror excitat in derivatie; G – generator electic;D – demaror; TD – turbodemaror; B – baterie de acumulatoare; PP – panou de pornire; R – reductor;

M.Av. – motorul de avion; MC – mecanizmul de cuplare; APR – aparatul de pornire si reglare;C, A, U – combustibil, aprindere si ulei pentru TD.

In figura 4.6, c este reprezentat sistemul de pornire in care generatorul de bord preia si functie de demaror. Pentru asigurarea cuplului de pornire, generatorul-demaror G-D este prevazut cu o infasurare suplimentara de excitatie de tip serie. In schimb, generatorul-demaror G-D din figura 4.6, d functioneaza numai cu excitatia derivatie atat in regim de fenerator cat si in regim de motor electric. Reductorul R impreuna cu dispozitivul de cuplare MC sunt plasate in interiorul generatorului-demaror, solutie ce complica, constructiv masina electica, dar care aduce o importanta simplficare a cutiei de agregate CA a motorului de avion. Actionarea in regim de demaror se face prin intermediul arborelui elastic, fapt care permite micsorarea dimensiunilor reductorului si ale dispozitivului de cuplare in comparatie cu celelalte trei variante.

Pentru a asigura caracteristici optime de functionare ca demaror si ca generator se recurge in general la o transmisie cu doua viteze, asa cum este reprezentat schematic in figura 4.7. Canalul si viteza de lucru se modifica automat, la trecerea de la regimul de demaror la cel de generator si invers. In regim de demaror masina electrica 1 actioneaza motorul de avion 5 prin intermediul rotilor dintate 4-7 si a cuplajului de ghidare 6. Dupa pornire, sensul de transmitere a energiei se inverseaza, dar are loc prin rotile dintate 8-2 si prin cuplajul de role 3, cuplajul cu gheare intrerupand legatura cinematica anterioara.

Raportul de transmisie optim se calculeaza punand conditia ca timpul de accelerare pana la turatia sa fie minim.

63

Fig. 4.7 Mecanismul de transmisie cu doua viteze.1 – generatorul-demaror; 2, 4, 7, 8 – roti dintate; 3 – cuplaj cu role; 5 – motor; 6 – cuplaj cu gheare.

Se considera ca se poate aproxima caracteistica mecanica a demarorului pintr-o dreapta,

unde: este cuplul maxim al demarorului; este viteza unghiulara de mers in gol.

Considerand ca principala sarcina pe arborele demarorului este cuplul dnamic, scriem ecuatia actionarii sub forma

(4.17)

unde: este momentul de inertie raporat la arborele demarorului; este raportul de transmisie al reductorului la functionarea in regim de

demaror.Din (4.17) dupa separarea variabilelor se obtine:

.

Integrand aceasta relatie cand viteza demarorului variaza de la zero la se obtine timpul de accelerare pana la aceasta viteza

(4.18`)

Daca se are in vedere ca relatia (4.18`) se poate scrie sub forma

(4.18)

unde se vede ca pentru valori cunoscute ale marimilor , , si timpul de accelerare este functie de raporul de transmisie.

Pentru calculul valorii extreme a lui care minimizeaza timpul de accelerare se anuleaza derivata expresiei (4.18) in raport cu . Rezulta

64

adica

Aceasta ecuatie in se rezolva pe cale grafica si se obtine

valoare pentru care timpul de accelereare din (4.18) devine minim. De regula , unde iar , fiind turatia generatorului. Se poate considera iar

.

4.3.3.7 RELATIA DINTRE PUTEREA MASINII ELECTRICEIN REGIM DE GENERATOR SI IN REGIM DE DEMAROREste important sa se stabileasca relatia dintre puterea unei masini electrice in regim

de generator si in regim de demaror pentru a vedea limita inferioara a puterii unui generator sub care acesta nu poate fi utilizat ca demaror, fiind necesar sa se aplice schema din figura 4.6, a. Puterea ce o dezvolta masina electrica in regim de demaror trebuie sa atinga valoarea maxima la turatia respectiv la viteza unghiulara . Prin urmare avem

,

unde: este cuplul rezistent maxim; este cuplul dinamic.

Puterea electromagnetica a demarorului este,

unde: sunt pierderile de mers in gol.In regim de generator, considerand tensiunea nominala si valori nominale pentru

curentul rotoric si fluxul, acelasi ca in regim de demaror, puterea electromagnetica a generatorului se poate scrie sub forma

, (4.19)unde: sunt pierderile de mers in gol in regim de generator;

este viteza unghiulara minima la care generatorul dezvolta puterea nominala la tensiunea nominala.

Daca masina electrica trebuie sa intre in regim de generator la viteza unghilara a motorului de avion, atunci definind

, (4.20)puterea electromagnetica (4.19) a generatorului devine

(4.21)Intrucat punem conditia

, (4.22)obtinem urmatoarele relatii intre puteri

(4.23)

de unde rezulta puterea nominala a generatorului

, (4.24)

in care este un coeficient de suprasarcina care tine seama de faptul ca in regim de demaror masina electrica functioneaza un timp scurt (prin urmare ).

65

In general se obtine , acesta in functie de valorile concrete ale marimilor care intervin in formula (4.24).

4.4. STUDIUL METODELOR DE COMANDAA PORNIRII CU DEMAROARE ELECTRICE4.4.1.CLASIFICAREA METODELOR DE COMANDA A PORNIRIIPentru a se obine sisteme de pornire cu craracteristici energetice cat mai bune, pentru

reducerea timpului de pornire si pentru limitarea socurilor mecanice, termice si electrice in timpul accelerarii motorului de avion este necesara realizarea unor caracteristici mecanice artificiale cat mai adecvate fiecarei etape a pornirii. Posibilitatile existente in acest sens se pot observa din expresia caracteristicii mecanice a motorului electric de curent continuu.

Ecuatia de echilibru a tensiunilor la bornele masinii electrice este, (4.25)

unde: U – tensiunea de alimentare a demarorului; R – rezistenta totala a circuitului indusului; I – curentul prin acel circuit.Vom considera ca

, (4.26)unde este o rezistenta aditionala legata in serie cu circuitul indusului.Tensiunea electromotoare E a masinii are expresia

, (4.27)

unde:K – constanta generala a masinii electrice;

- fluxuk magnetic.Din expresiile (4.25) si (4.27) rezulta ecuatia caracteristici , adica

. (4.28)

Intre puterea electromagnetica a masinii si cuplul motorului M exista relatia , de unde rezulta

, (4.29)

In care este constanta masinii mantionata anterior.Substituind pe I din (4.29) in (4.28) rezulta ecuatia caracteristicii mecanice naturale

a motorului electric

, (4.30)

respectiv,

, (4.31)

Din expresiile (4.28), (4.30) si (4.31) se observa ca se poate actiona asupra marimii vitazei unghiulare a demarorului madificand parametrii U, si . Valoriile nominale ale acestor parametrii le corespunde caracteristica mecanica naturala, care este unica pentru motorul electric dat. Modificand acesti parameri se pot obtine o multime de caracteristici mecanice artificiale. Prin comanda pornirii se intelege tocmai modificarea convenabila a parametrilor mentiomati astfel incat sa rezulte caracteristricile dinamice si

66

energetice dorite petru sistemul de pornire cu demaror electric. Se disting mai multe metode de comanda a pornirii.

- metoda pornirii directe, care presupune cuplarea demarorului la sursa electrica fara a se modifica parametrii U, R si ;

- metoda pornirii cu reostat, caz in care in serie cu indusul se conecteaza o rezistenta aditionala.

- metoda cresterii in trepte a tensiunii sursei de alimentare cu energie electrica.- metoda cresterii continue sau in mai multe trepte a tensiunii de alimentare.- metoda micsorarii in trepte a fluxului magnetic.- metoda micsorarii continue a fluxului magnetic al demarorului.

Pentru pornirea turbomotoarelor cu moment de inertie mic a rotorului se poate aplica numai una dintre metodele de comanda mentionate. Dar in cazul motoarelor cu moment de inertie mare, de regula, se combina convenabil doua sau mai multe metode de comanda a pornirii in vederea asigurarii accelerarii motorului de avion pana la regimul de relanti in timpul impus, obtinandu-se astfel un sistem de pornire in mai multe trepte. Metodele a patra si a sasea presupun pentru aplicarea lor fie unele coplicatii constructive, fie utilizarea unor surse de energie de tip special.

Comportarea matodelor de comanda a pornirii se face de regula avandu-se in vedere urmatorii indicatori:

- randamentul sistemului in procesul de accelerare a matorului de la o viteza unghiulara initiala pana la o viteza finala oarecare . Aceasts se defineste ca raport dintre energia , inmagazinata in piesele puse in miscare de rotatie in procesul pornirii, si energia , debitata de sursele electrice in aceeasi perioada. Avem deci

, (4.32)in care

, (4.33)

unde J este momentul de inertie al ansamblului compressor-turbina, restul elementelor mobile putand fi neglijate.- durata a pornirii, adica timpul necesar pentru accelerarea turbomatorului de

la la .- uniformitatea curentului consumat de demaror, caracterizata prin forma

variatiei curentului . Este important san u se solicite curenti prea mari si sa nu existe socuri de curent, cunoscut fiind faptul ca functionarea bateriei de acumulatoare care alimenteaza sistemul este insuficienta nefavorabil la curenti de descarcare. Studiul analitic al procesului de pornire este laborios. Problemele pot fi prezentate mai concis, cu concluziile practice de prima importanta daca se admit urmatoarele ipoteze simplificatoare:

a. se neglijeaza reactia indusului.b. Se neglijeaza pierderile mecanice, magnetice precum si procesele tranzitorii

electrice.c. Se presupune , adica se admite ca demarorul este incarcat numai de

cuplul dinamic. In plus, tensiunea sursei electrice de alimentare se presupune ca nu varieaza cu curentul debitat.

4.4.2. METODA PORNIRII DIRECTE

67

Dupa cum s-a mentionat, in acest caz demarorul se cupleaza direct la surza electrica de alimentare (fig. 4.8). avand in vedere ca saturatia magnetica a demaroruluiare o influenta esentiala asupra caracteristicilor procesului de pornire, se examineaza doua cazuri limita.

4.4.2.1. DEMAROR CU CIRCUIT MAGNETIC SATURATIn acest caz se presupune ca datorita saturatiei magnetice fluxul se mentine constant.

Considerand condtanta tensiunea electrica a sursei , energia consumata in timpul al pornirii este

(4.34)

Fig. 4.8. Conectarea demarorului la sursa in cazul pornirii directe.

Din ecuatia fundamentala a actionarilor neglijand pe avem

, (4.35)

Cu care expresia (4.34) devine

. (4.36)

Introducand notatia pentru viteza unghiulara de mers in gol ideal a demarorului, din (4.36) dupa integrare rezulta

, (4.37)Din relatiile (4.32), (4.33) si (4.37) se obtine expresia randamentului procesului de

pornire

, (4.38)

Sau daca =0 rezulta .In ipoteza ca se vede ca randamentul acestei metode de pornire nu poate

depasi valoarea de 0,5 deoarece .Durta procesului de pornire de calculeaza plecand de la ecuatia de variatie a vitezei

de rotatie a demarorului

, (4.39)

Unde este constanta electromecanica de timp a actionarii electrice.Ecuatia (4.39) admite solutia

, (4.40)Daca accelerarea se face pana la in timpul , din (4.40) rezulta

, (4.41)

Formula ce permite calculul timpului de pornire.

68

Daca expresia (4.41) devine

.

Variatia curentului de sarcina pe timpul regimului tranzitoriu electromecanic de pornire se obtine plecand de la ecuatia fundamentala a actionarii electrice, in care se exprima cuplurile prin curenti. Rezulta o curba exponentiala de forma

(4.42)Deci in momentul cuplarii curentului consumat are valoarea maxima iar apoi

scade exponential.

4.4.2.2. DEMAROR CU CIRCUIT MAGNETIC NESATURATDe aceasta data se poate presupune ca fluxul magnetic variaza in functie de curentul

din Indus dupa o lege oarecare. Pentru simplificarea calculelor se admite o lege liniara de variatie, considerand ca demarorul functioneaza pe portiunea liniara a curbei de maganizare

. (4.43)Randamentul procesului de pornire poate fi exprimat, daca notam , sub

forma

, (4.44)

In care sunt pierderile de energie prin efect Joule in circuitul indusului, adica

. (4.45)

Daca se tine seama ca

Integlala (4.45) se scrie sub forma

. (4.46)

In momentul terminarii porniri avem , astfel ca ecuatia echilibrului tensiunilor devine

. (4.47)

Introducand notiunea de vitaza limita de rotatie la mers in gol pentru , (4.48)

Din (4.47) rezulta

,

Cu aceasta precizare expresia (4.46) devine (4.49)

Iar pentru randament, coniderand ca =0, rezulta

, (4.50)

Admitand ca atunci pentru randament se obtine valoarea 0,538.Durata procesului de pornire se obtine din ecuatia fundamentala a actionarii

electrice in care se ia iar fluxul este dat de relatia (4.43)

69

, (4.51)

Pe de alta parte, ecuatia de echilibru a tensiunuilor la bornele masinii se scrie sub forma

, (4.52)Eliminand pe intre relatiile (4.51) si (4.52) rezulta

, (4.53)

De unde prin integrare de la zero la in stanga si corespunzator de la la in dreapta se obtine

, (4.54)

Variatia curentului din Indus in timpul pornirii se calculeaza din (4.52), adica

,

Unde se substitute din (4.54) calculate la ub timp oarecare 0<t<t la care 0< . In final rezulta

, (4.55)

Daca se compara parametrii obtinuti pentru demarorul nesaturat magnetic du parametrii rezultati in cazul demarorului saturat se constata ca primul prezinta performante mai bune din punctual de vedere al randamentului, timpului de pornire si variatiei curentului din indus. Cu toate acestea demarorul cu circuit magnetic nesaturat are dimensiuni si greutate mai mari, ceea ce il face neindicat la bordul aeronavelor.

4.4.3. METODA PORNIRII CU REOSTATDatorita introducerii unei rezistente in cilindrul rotoric (fig. 4.9) aceasta metoda

permite micsorarea curentului consumat initial de demaror. Prin urmare, metoda este indicat sa fie aplicata in prima faza a procesului de pornire. Expresia energiei consummate de la sursa ramane cea stabilita in paragraful 4.4.2.1, caci la stabilirea ei nu s-a introdus nici o restrictie privind variatia curentului. Deci randamentul va avea expresia (4.38) iar durata pornirii se calculeaza cu relatia (4.41), care se scrie sub forma

,

Fig. 4.9. Conectarea demarorului in cazul pornirii cu reostat

70

unde constanta masinii are expresia

,

fiind mai mare decat constanta obtinuta in absenta rezistentei aditionale.Acaasta inseamna ca accelerarea se face mult mai lentLegea de variatie a curentului din indus este tot o exponentiala, dar prezinta

o variatie mai lenta in timp.

4.4.4. METODA CRESTERII IN TREPTEA TENSIUNII SURSEI ELECTRICE DE ALIMENTAREPentru studiul acestei metode se considera ca tensiunea variaza numai in doua

trepte, ceea ce se obtine folosind doua surse electrice conectate pe prima treapta in paralel iar pe treapta a doua in serie. Montajul care permite comutarea surselor se poate vedea in figura 4.10, a. in cea de-a doua etapa se inchide si se deschid contactoarele , astfel ca cele doua surse se inseriaza, dublandu-se tensiunea la bornele demarorului.

Fig. 4.10. Metoda cresterii in trepte a tensiunii de alimentare:a – conectarea demarorului la sursa; b – diagramele de variatie a marimilor caracteristice.

Ecuatia de echilibru a tensiunilor la conectarea surselor in paralel se scrie sub forma (4.57)

iar la conectarea lor in serie sub forma. (4.58)

Demarorul se considera cu circuitul magnetic saturat, astfel incat . Introducem notatiile:

. (4.59)

Din (4.57) , (4.58) si (4.59) rezulta urmatoarele expresii pentru curentii din indus in cele doua cazuri:

; (4.60)

(4.61)

Momentul comutarii surselor electrice din paralel in serie se alege in asa fel incat la timpul , cand , curentul san nu depaseasca valoarea de la (fig. 4.10, b). Prin urmare punem conditia

, (4.62)din care, daca substituim relatiile curentilor, rezulta

71

adica

. (4.62)

Randamentul procesului de pornire se poate calcula plecand de la energia debitata de sursele electrice care se poate exprima ca o sursa de energii corespunzatoare celor doua trepte

.

Cele doua integrale conduc la expresii de forma (4.37), care trebuie insa particularizate corespunzator vitezelor initiala si finala a celor doua trepte. Mai trebuie preciza ca viteza de mers in gol din cea de-a doua etapa, dat fiind faptul ca tensiunea de alimentare se dubleaza in cea de-a doua etapa. Putem scrie deci

. (4.63)Energia inmagazinata in masele in miscare de rotatie pe timpul ambelor etape fiind

se obtine imediat expresia randamentului

,

care, daca substituim pe din (4.62), devine

. (4.64)

Durata procesului de pornire se obtine insumand timpii corespunzatori celor doua trepte de tensiune, care au forma (4.41). putem scrie deci

, (4.65)

In care s-a tinut seama ca viteza de mers in gol din prima treapta este jumatate din cea din a doua treapta. Constantele de timp din (4.65) au expresiile:

;

.

Variatia cutentului din indusul demarorului se obtine sub forma exponentiala pe ambele trepte de pornire. Pe prima treapta este valabila legea de variatie a curentului data de relatia (4.42). pe cea de-a doua treapta, care incepe de la , constanta de timp a demarorului este . Daca punem conditia ca in momentul cuplarii surselor curentul sa nu depaseasca valoarea initiala de pe prima treapta, adica , integrand ecuatia diferentiala a curentului indus

rezulta

. (4.66)

Constanta de integrare C se determina punand conditia: pentru , 72

Se obtine.

Cu care legea de variatie a curentului pe cea de-a doua treapta de pornire devine

, (4.67)

Valabila pentru .Desigur, pornirea cu doua trepte de tensiune ofera performante superioare pornirii

reostatice din punctual de vedere al randamentului si al duratei pornirii. Pe langa aceasta, solicitarea electrica a surselor de alimentare este mai mica deoarece curentul initial de pornire revine pe jumatatea fiecareia si nu in intregime ca in cazurile precedente.

In calculele facute s-a presupus desigur ca cele doua surse sunt identice din punct de vedere al caracteristicilor electrice.

Aceasta metoda de comanda a pornirii este frecvent utilizata la bordul aeronavelor care dispun de doua surse electrochimice.

4.4.5. METODA CRESTERII CONTINUE A TENSIUNII DE ALIMENTAREStudiul acestei metode de comanda a pornirii se bazeaza pe idea variatiei in mai

multe trepte a tensiunii de alimentare, astfel incat curentul din indusul demarorului sa se mentina intre doua limite convenabil stabilite.

Este indicat ca metoda cresterii continue a tensiunii de alimentare sa fie aplicata atunci cand alimentarea sistemului de pornire se asigura cu surse autonome de bord, asa cum sunt de exemplu turbogeneratoarele (fig. 4.11, a). De data aceaste generatorul electric al sursei mentionate fiind echipat cu regulator automat de tensiune RT, este necesara variatia in trepte a rezistentei conectate in circuitul bobinei de lucru a electromagnetului (fig. 4.11, a). La un numar mare de trepte se poate considera ca se asigura un curent aproape constant de pornire dat de expresia

,

Pe de alta parte scriem ecuatia actionarii sub forma

,

Fig. 4.11. Metoda cresterii continue a tensiunii:a – schema elctrica de principiu; b – graficele de variatie a tensiunii si curentului.

de unde prin integrare se obtine

73

, (4.68)

unde s-a introdus notatia .Din (4.68) se vede ca viteza unghiulara a demarorului variaza liniar in timp, deci

accelerarea motorului este constanta. Pe de alta parte, din ecuatia tensiunilor la bornele demarorului se poate scrie

, (4.69)

din care, daca tinem seama de (4.68), rezulta legea de variatie in timp a tensiunii. (4.70)

Prin urmare, pe timpul pornirii, tensiunea aplicata demarorului rebuie sa aiba o variatie liniara.

Randamentul procerului de pornire se poate calcula avandu-se in vedere energia consumata de demaror

,

de unde, substiruind curentul din (4.69) si integrand, se obtine

. (4.71)

In consecinta randamentul are expresia

, (4.72)

Durata procesului de pornire rezulta imediat din (4.68) punand conditia ca la sa se atinga viteza de rotatie , adica

. (4.73)

Daca se tine seama in (4.72) de expresia timpului de pornire (4.73) putem scrie

. (4.74)

4.4.6. METODA MICSORARII IN TREPTE A FLUXULUI MAGNETICMicsorarea in trepte a fluxului magnetic de excitatie se poate realiza prin conectarea

unui resistor in circuitul de excitatie (fig. 4.12, a) sau suntand infasurarea de excitatie serie (fig. 4.12, b), respectiv intrerupand infasurarea de excitatie derivatie a demarorului cu excitatie derivatie a demarorului cu excitatie mixta (fig. 4.12, c).

74

Fig. 4.12. Schema de variatie a fluxului magnetic al demarorului.

Fig. 4.13. Graficul de variatie a marimilor ce caracterizeaza pornirea.Sa presupenem ca fluxul magnetic variaza in doua trepte, asa cum se veda in figura

4.13.Randamentul pornirii se obtine plecand de la expresia energiei care se consuma pe

cele doua trepte de flux si . Aceasta are forma

, (4.75)

unde:

, (4.76)

Substituind expresiile (4.76) in (4.75) si integrand rezulta, (4.77)

unde s-au folosit notatiile:

; . (4.78)

Momentul comutarii treptei a doua de flux magnetic se alege din conditiile egalitatii curentilor la sfarsitul celor doua trepte, deci la si , respectiv la si . Prin urmare putem scrie

75

,

de unde se obtine

, (4.79)

Avandu-se in vedere notatiile (4.78) mai putem scrie

.

Cu aceste precizari expresia energiei devine. (4.80)

Valoarea energiei devine minima pentru marimea lui care anuleaza derivate expresiei (4.80), adica

,

deci pentru , asa incat

. (4.81)

Acestei energii ii corespunde randamentul maxim al procesului de pornire

, (4.82)

Durata procesului de pornire se calculeaza insumand duratele corespunzatoare celor doua trepte de flux, adica

.

Daca tinem seama ca in conformitate cu (4.79) si ca

; ,

adica , se obtine urmatoarea expresie pentru timpul de pornire

. (4.83)

Legile de variatie ale curentilor pe cele doua trepte ale pornirii corespunzatoare fluxurilor si se obtin din (4.76) in care se substitute din ecuatia tensiunii la bornele indusului:

; , (4.84)

Pe prima treapta considerand la , se obtine. (4.85)

Pe cea de-a doua treapta se pune conditia ca la , deci la inceputul acestei trepte, varful de current sa nu depaseasca varful de curent de la inceputul primei trepte . Deci iar expresia curentului devine

76

(4.85)

fiind valabila pentru .Intrucat rezulta o variatite mai lenta a curentului pe cea de-a doua treapta

de pornire. Analizand relatiile obtinute in cazul pornirii cu doua trepte de flux se constata ca metoda micsorarii in trepte a fluxului este superioara metodei de pornire prin cresterea in trepte a tensiunii din punctual de vedere al randamentului si timpului de pornire, dar este inferioara din punctul de vedere al uniformitatii curentului consumat de la surse. Tinand seama ca prin micsorarea fluxului se comanda usor cresterea rapida a vitezei de rotatie, aceasta metoda de comanda a pornirii este adesea utilizata pe ultima parte a etapei a doua a procesului de pornire, cand este necesara o turatie mare la un cuplu relativ mic.

4.4.7. MATODA MICSORARII CONTINUEA FLUXULUI DE EXCITATIEMentinerea constanta a tensiunii electromotoare, a curentului si a puterii

electromagnetice a demarorului in procesul de pornire poate fi realizata fie micsorand continu fluxul de excitatie, fie micsorand raportul de transmisie al reductorului prin care demarorul actioneaza motorul de avion. Practic, aceasta miscare poate fi aplicata numai de la o anumita vieza unghiulara de rotatie initiala (fig. 4. 14). Reglajul magnetic se asigura cu ajutorul unui regulator, care modifica automat curentul de excitatie corespunzator regimului impus.

Se pot distinge doua regimuri de functionare a regulatorului: regimul de stabilizare a curentului rotoric ( ) si regimul de stabilizare a puterii consummate de demaror

Fig. 4.14. Graficul de variatie a fluxului magneticla reglarea automata a lui .

4.4.7.1. REGIMUL DE STABILIZARE A CURENTULUI ROTORICAcesta se realizeaza prin modificarea fluxului magnetic invers proportional cu

viteza de rotatie, astfel incat sa avem

,

77

Se vede ca daca se asigura relatia , atunci rezulta implicit

, (4.87)

Prin urmare, daca fluxul variaza invers proportional cu viteza , atunci pentru U=const si R=const se obtine =const. In acest caz puterea electromagnetica nu se modifica pe timpul pornirii caci si deci pentru U=const, regimul de stabilizare a curentului indusului este activat stabilizarii puterii demarorului. Practic micsorarea fluxului se face de la valoarea initiala corespunzatoare vitezei unghiulare .

Randamentul procesului de pornire se determina plecand de la expresia energiei consummate de demaror pe cele doua etape

, (4.88)

unde: este randamentul pornirii pe prima treapta - randamentul pornirii pe cea de-a doua treapta, care de altfel intereseaza in

cazul de fata .Pe prima treapta randamentul este

,

iar daca tinem seama ca pe baza relatiei (4.87) putem scrie

,

expresia randamentului devine

, (4.89)

unde reprezinta factorul de reglare a fluxului.Tot in baza relatiei (4.87) avem sau , iar expresia (4.89)

devine. (4.90)

Randamentul pornirii pe cea de-a doua treapta se exprima prin relatia evidenta

, (4.91)

Expresia energiei devine acum

, (4.92)

iar randamentul procesului de pornire este

.

Daca mai tinem seama ca rezulta in final

, (4.93)

78

ceea ce arata ca randamentul depinde de factorul de reglare a fluxului magnetic. Influenta lui asupra randamentului este considerate numai pentru . Pentru randamentul tinde catre valoarea .

Mentionam ca marimea lui duce la cresterea greutatii demarorului. De aceea este necesar ca fluxul la finele pornirii sa fie egal cu fluxul nominal al unui demaror la care nu se regleaza aceasta marime.

Durata pornirii se calculeaza simplu daca nu se ia in consideratie prima treapta. In acest caz avem

, (4.94)

De unde prin integrare obtinem

.

Daca avem in vedere ca si ca rezulta

, (4.95)

unde s-a avut in vedere ca .

4.4.7.2. REGIMUL DE STABILIZARE A PUTERII P

Deosebirea dintre regimul de stabilizare a puterii si cel de stabilizare a curentului se pune in evidenta numai in cazul cand in procesul de pornire se modifica tensiunea sursei de alimentare a demarorului. Vom scrie deci

,

de unde rezulta legea de variatie a fluxului de excitatie

, (4.96)

Din relatia (4.96) se vede ca pe masura variariei lui in functie de timp, caracterul variatiei lui si trebuie sa se modifice. Mentionam ca in regimul de stabilizare a puterii , puterea electromagnetica nu ramane constanta. Intr-adevar

, (4.97)

deci creste intrucat daca pe timpul pornirii tensiunea sursei electrice creste

79

80

4.4.8. COMPARATIE INTRE REGIMURILE DE COMANDA A PROCESULUI A PROCESULUI DE PORNIRERezultatele calculelor efectuate in cadrul subcapitolului 4.4. sunt sintetizate in

tabelul 4.2. In toate cazurile examinate se presupune ca tensiunea nominala a demaroarelor este aceeasi, iar acelerarea demarorului se face pana la viteza unghiulara finala . Dupa cum se vede cu usurinta, cele mai bune performante energetice se obtin in cazul metodei de comanda a pornirii prin varianta lina a fluxului magnetic. Dar sistemele de pornire reale nu cuprind o singura treapta de pornire, deci nu se aplica o singura metoda din cele studiate ci 2-3 metode distincte intr-o succesiune judicioasa aleasa. In acesta cazuri randamentul final al procesului de pornire trebuie calculate cu formula

, (4.98)

unde: - vteza unghiulara la sfarsitul treptei I; - randamentul pornirii aceleias trepte.

Durata procesului de pornire in acest caz rezulta ca suma a duratelor fiecarei porniri

, (4.99)

unde n reprezinta numarul treptelor de comanda a pornirii aplicate.

4.5. STUDIUL PROCESULUI DE STABILIZARE A CURENTULUI ROTORIC AL DEMARORULUIIn sistemele de comanda a demaroarelor, prin metoda microrarii continue a fluxului

magnetic se utilizeaza un regulator de curent cu carbine, conectat si dupa schema din figura 4.15, a pentru regimul de stabilizare al curentului demarorului. Spre deosebire de regulatorul de tensiune, in cazul regulatorului de tensiune, in cazul regulatorului de curent coloana din rondelele de carbine este comprimata de electromagnet si nu de arc. Pe miezul electromagnetului sunt bobinate trei infasurari:

a. Infasurarea de lucru , conectata in serie cu circuitul electric.b. Infasurarea de comanda , conectata la o serie de tensiune constanta Ue daca se

considera regimul de stabilizare a curentului, sau la bornele infasurarii indusului 81

in cazul stabilizarii puretii. Tensiunile magnetomotoare ale infasurarilor si se insumeaza.

c. Infasurarea de reactie , care se conecteaza in paralel cu infasurarea de excitatie, si anume: direct, in cazul reactiei rigide, si prin condensatorul , in cazul reactiei elastice.

Fig. 4.15. Scheme de conectare a regulatorului de curent in circuitul indurului:a – in regim de stabilizare a curentului; b – in regim de stabilizare a puterii.

Asupra armaturii electromagnetului actioneaza trei forte: forta arcului , forta de deformare elastica a coloanei de carbine si forta de tractiune electromagnetului (4.16). Din conditia de echilibru a fortelor se poate scrie

, (4.100)Nesatisfacerea conditiei (4.100) datorita micsorarii tensiunii magnetomotoare a

infasurarii de lucru ca urmare a reducerii curentului din indusul demarorului odata cu accelerarea rotorului acestuia determina deplasarea armaturii electromagnetului in sensul csesterii intrefierului dintre armatura si miez. Apare pe coloana de carbune scade si odata cu ea creste rezistenta coloanei, deci se micsoreaza fluxul de excitatie, ceea ce face sa creasca curentul din indusul demarorului, adica sa revina initial. Astfel, apare tendinta sa se restabileasca echilibrul fortelor din relatia (4.100).

In cazul reglajului astatic al regulatorului este necesar sa fie indeplinita conditia (fig. 4. 17, a)

, (4.101)pentru toate valorile intrefierului.

82

Fig. 4.16. Fortele care actioneaza asupra armaturii electromagnetuluii.

BIBLIOGRAFIE

1. Aron, I., Păun V. Echipamentul electric al aeronavelor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.

2. Aron, I. Aparate de bord pentru aeronave. Editura Tehnică, Bucureşti, 1984.

3. Aron, I., Racicovschi, D. V. Giromotoare electrice şi giroscoape neconvenţionale. Editura tehnică, Bucureşti, 1986.4. Boţan, V.N. Comanda sistemelor de acţionare electrică. Editura Tehnică, Bucureşti ,1977.5. Câmpeanu, A. Maşini electrice. Probleme fundamentale, speciale şi de funcţionare optimală. Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1988. 6. Câmpeanu, A. Introducere în dinamica maşinilor electrice. Editura Academiei Române, 1998.7. Constantin, P., Buzuloiu V., Rădoi C., Ceangă E., Neagoe V. Electronică industrială. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.8. Fransua, AL. ş.a. Maşini şi sisteme de acţionări electrice. Probleme fundamentale. Editura tehnică, Bucureşti, 1979.9. Iacobeanu, Gh. Reţele electrice. Editura Didactică şi Pedagogică 1975, Bucureşti.10. Kelemen, A. Acţionări electrice. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1976.11. Lungu, R. Automatizarea aparatelor de zbor. Editura Universitaria,

Craiova, 2000.

83

12. Mateescu, A. Semnale, Circuite şi Sisteme. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1984.13. Nicolaide, A. Maşini electrice. Teorie, proiectare. Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1975.14. Preda, M., Cristea P., Manea, F. Bazele Electrotehnicii. Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.15. Sălăgeanu, I. Instalaţii speciale pentru aparate de zbor. Vol I şi II, Academia Militară, Bucureşti, 1976.16. *** - MIG 21 – Documentaţie tehnică.17. *** - MIG 15 – Documentaţie tehnică18. *** - IAR 93 – Documentaţie tehnică.19. *** - IAR 99 – Documentaţie tehnică.

FUNCTIONAREA INSTALATIEI ELECTRICA DE COMANDA SI PORNIRE DEMAROR ST-2 SI STARTER-

GENERATOR ST-1200 IN REGIM DE DEMAROR

- Se cupleaza la instalatie cablajul de forta din laborator si se porneste sursa de tensiune din laborator.

- Se cupleaza comutatorul , astfel „+” de la borna cuplei de alimentare, trece prin suntul „S”, borna de intrare in contactorul „ ” (unde asteapta), trece prin contactele lui „ ” si alimenteaza bobina contactorului „ ” care cupleaza, are bobina cuplata la „-”, prin contactele de forta „+”, forta ajunge la borna de intrare contactor forta „38E” si contactor forta „ ” unde asteapta.

- In acelas timp „+” ajunge si la bara de distributie, unde pleaca apoi catre intrerupatorul „ ” (si asteapta), la lampa (care este pusa la masa „-”) care se aprinde si semnalizeaza ca instalatia este cuplata la sursa de laborator, deasemeni „+” aprinde la cutia de pornire.

- Pentru pornirea demarorului ST-2 se apasa butonul „ ”, „+” pleaca la cutia de pornire si alimenteaza releul de alimentare din cutie. La cuplarea lui este pornit motorasul de antrenare care prin cele trei came actioneaza trei microiatrerupatori. In prima secventa lucreaza cama care trimite „+” la bobina contactorului de forta (este pusa la masa), care cupleaza.

- Prin contactele de forta „+” de forta trece prin rezistenta de pornire si ajunge la demarorul ST-2 si-l alimenteaza (demarorul are „-” de forta fixat) care incepe sa se roteasca, dupa „7” secunde cama „ ” trimite „+” la bobina contactorului „ ” (are bobina pusa la masa) care cupleaza prin contactele de forta, contactorul „ ” scurtcircuiteaza rezistenta de pornire astfel pe demaror se aplica toata tensiunea si turatia demarorului creste.

84

- Pe axul de alimentare al demarorului avem fixat un tahogenerator care transforma rotatia demarorului intr-un semnal electric trifazat aplicat celor doua indicatoare de ture (unul in rot/min si celalalt in procente), pe care se poate citi turatia demarorului.

- Dupa „42” secunde se actioneaza cama „ ” care intrerupe alimentarea releului din cutia de pornire care decupleaza, moment in care este intrerupt, „+” de alimentare a celor doua bobine pentru contactoarele de forta, care se decupleaza, iar prin contactele de forta intrerup alimentarea cu tensiune a demarorului care opreste.

- Pe ampermetru se poate citi valoarea curentului consumat in cele doua secvente ale ciclului de pornire, iar pe voltmetru valorile tensiunilor la bornele demarorului.

- Pentru pornirea starter-generatorului ST-12000 se cupleaza intrerupatorul „ ”, in acest caz „+” ajunge la lampa „ ” (care este pusa la masa) care se aprinde si confirma ca partea de comanda este cuplata.

- Deasemeni „+” ajunge la butonul „ ” si asteapta, „+” ajunga la cutia de pornire si asteapta in releul de cuplare.

- La apasarea pe butonul „ ”, „+” alimenteaza bobina releului de comanda din cutia de pornire, care cupleaza si prin contactele sale alimenteaza motorul de antrenare care prin cele trei came actioneaza trei microintrerupatori. In prima secventa „+” prin cama „ ” ajunge la bobina contactorului de forta „38E” (care are bobina pusa la masa), care cupleaza, prin contactele de forta trimite „+” de forta prin rezistenta de pornire la borna de „+” a starter-generatorului, care incepe sa se roteasca, dupa „7” secunde, cupleaza cama „ ” care trimite „+” la bobina contactorului „37E”, care prin contactele de forta scurtcircuiteaza rezistenta de pornire, astfel la borna starter-generatorului se aplica toata tensiunea, iar turatia lui va creste.

- Pe axul de antrenare al demarorului avem fixat un tahogenerator care transforma rotatia demarorului intr-un semnal electric trifazt aplicat celor doua indicatoare de ture (unul in rot/min si celalalt in %) , pe care se poate citi turatia in regim de demaror.

- Dupa „42” secunde se actioneaza cama „ ” care intrerupe alimentarea releului de comanda din cutia de pornire, care decupleaza, moment in care este intrerupt „+” de alimentare a celor doua borne ale contoarelor de forta „37E” si „48E”, care decupleaza, iar prin contactele de forta intrerup alimentarea cu tensiune a demarorului care se opreste. La ampermetru se poate citi valoarea curentului consumat in cele doua secvente ale ciclului de pornire, iar pe voltmetru valorile tensiunilor la bornele demarorului.

- Deasemeni prin prizele „ ” si cu ajutorul unui voltmetru se pot citi valorile tensiunilor la bornele demarorului ST-2 sau ST-12000.

- Se decupleaza intrerupatorul „ ”, apoi intrerupatorul „ ” si instalatia este scoasa de sub tensiune.

85

86