航空电机概论

概述电机是利用电磁感应原理原理、能在航空器内实现机械能与电能、或电能与电能之间能量转换的电磁机械装置。《航空电机》课程是以电机在民用客机中应用最广泛的电机为重点，从使用的角度介绍交、直流电机、变压器等的基本结构、工作原理、主要工作特性以及运行特性等由于民用飞机上电机类的电气设备种类很多，它们有的作为系统的主要设备，反应系统的主要功能，如电源系统的发电机、变压器。以及在较多机械系统中的作动机构：电动机。在机载电子系统设备中的特殊用途的电机。航空电机与其他行业使用的电机基本工作原理没有本质的区别，但由于飞行过程中地域环境状态的不同，其特点与其他行业有其不同。航空电机的特点：更适应空中飞行环境，安全可靠性高，兼配严谨维护技术要求，地面保障快捷高效，体积小，重量轻，经济性能好。航空电机的用途：供电用的电源设备；为机械提供执行控制的动力设备；状态检测、信号转换、信号传递等第一节航空电机的分类按能量转换观点分按飞机上的应用分①主电源发电机②变压器③驱动电动机④变流机⑤控制电机具体应用：1、主电源发电机：包括直流发电机和交流发电机，功能是向飞机的主电源网络供电，也向相应设备用和专用的交流、直流电源转换装置（二次电源）供电。随着飞机用电量的增加，现代大，中型飞机都采用交流无刷同步发电机作为主电源，单台容量已达到135(A380)。2、变压器:一般属于静止式的电机。目的是转换主电源交流电压给用电设备所需。当配备了整流设备，则可组合成变压整流器，提供恰当的直流电。特殊的变压器可作为传递电信号的测量装置，又称作互感器。3、驱动电机：提供机械动力的电机装置，也分为直流电动机和交流电动机。用于飞机的各种电动活门，通风或冷却通风用，操纵系统舵面机构动力等。4、控制电机：包括交、直流伺服电动机，直流、异步测速发电机等。用在飞机控制、导航、航空仪表等系统设备及解算装置中，还可作为伺服控制动力或转换传递系统信号的用途。5、旋转变流机:将直流电变换为交流电，在以支流供电为主的飞机上,是提供交流电源的二次电源设备,为雷达,陀螺仪表及其他系统的交流设备供电。应用现代变流技术的静止变流器已经取代了这旋转变流机成为飞机上将直流电转化成交流电的重要设备。由上可见，不论在飞机上应用的各种航空电机结构形式、功能等方面各有不同，但他们都是应用电磁感应原理，能在航空器内实现机械能与电能、电能与电能之间能量转换的电磁机械装置。航空电机在民航飞机上的应用实践◆实践目的了解航空电机在民航飞机上的应用。◆实践内容图1-1-2是波音737NG型飞机的电源分配系统图。在图中寻找以下电机设备：（1）交流电机：IDG1、IDG2、APU、GEN；（2）变压整流器：TRU、TRU2、TRU3；（3）变流器：STATICINVERTER；（4）电动机：APUSTART（在本图中没有画出，但标有TOAPUSTARTCIRCUIT）。航空电机的发展过程电机的发明至今不到200年的历史。1.直流电机的产生和形成时期1821年，法拉第(Faraday)发现了载流导体在磁场内受力的现象,它的试验模型是现代直流电动机的雏型。1831年，法拉第又发现了电磁感应定律,两年后皮克西(Pixii)制成了一台旋转磁极式直流发电机,这就是现代直流发电机的雏型。1833年，楞茨已经证明了电机的可逆原理。1834~1870年，在发电机上出现了三个重大发明和改进。2.交流电机的形成和发展时期3.电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善时期发展到今天，没有恒速传动装置的变速恒频电源系统、无刷直流电动机、永磁电机等都已经在飞机上得到了广泛的应用。如今，在战斗机和民用飞机上采用的电传操纵系统，对电源、电动机及变流设备的性能提出了更多、更高的要求，进一步研制和应用新的高性能的航空电机，是学习和从事航空电机事业的人们应承担的光荣职责。航空电机工作原理所适用的基本定律回路定律（全电流定律）：导体通电后产生磁场的分布规律。电磁感应定律（法拉第定律）磁路的电路定律电磁力定律能量守恒定律第二节航空电机的工作条件一、温度航空电机正常工作温度范围为：-55~+60°C。空中的温度随高度上升而降低，其关系可表示为(156.5)Ctht——无扰动空气的温度；h——高度，单位：千米(km)；15——760mmHg压力下的原始温度值。温度变化主要对电机的各种材料的影响：1、低温如：导电材料电阻率变化，绝缘材料开裂、弯曲和分层；润滑油脂粘滞，摩擦力增大；导磁材料的导磁能力变差；有机物质制品变脆而断裂；组合件由于线膨胀系数不同而产生应力。2、高温绝缘材料加速老化；过载能力变差；使材料强度降低和弹性降低；电子元件受温度影响非常显著，将直接影响电机的性能或产生机械故障。温度的急剧变化可能造成密封接缝开裂，嵌件松动，零件间配合不正常等情况发生。二、大气压力条件变化的大气压力条件，会导致绝缘体性能变坏；空气介电强度下降，易引起击穿造成电弧放电，在绝缘距离不够的情况下，甚至引起电晕现象；稀薄的空气散热困难，加快绝缘体材料老化，尤其对电机的电刷磨损、换向情况，火花的抑制更为不利。三、湿度条件指飞机所处地域，空域环境中空气含有水蒸气量的多少。一般高温、高湿度的气候环境，会极大的影响电机设备的电气性能和机械性能。高湿度下，绝缘电阻和击穿电压将大大下降，严重时，吸水后会造成产品变形和机械故障；会电子元件漏电而影响电子线路正常工作；会使金属材料在水气作用下产生腐蚀。四、大气成分条件主要指空气中的臭氧，沙尘含量以及霉菌，盐雾的程度。臭氧含量会对电接触产生影响；盐雾会破坏材料的绝缘性能，加速金属腐蚀；沙尘中的微粒附着在绝缘材料上，会使材料绝缘性能降低，引起漏电。五、机械过载条件主要是指航空电机在使用过程经受振动、冲击和恒加速三方面作用。旋转电机中包含运动器件，受机械过载的影响更是明显。所以在维护中要特别注意。1、振动的影响产生振动原因主要有发动机和气动力颤振，使飞机电机和其它设备产生强烈的振动，其振动频率可达2～4000Hz，振动加速度可达20～50g。2、冲击的影响冲击主要发生于着陆、刹车、突然变速等情况，飞机电机受的冲击情形同振动相类似，但有时比振动更严重。小型飞机的冲击过载可达4～6g，大型飞机可达10g，一般电机产品，根据技术条件规定，在使用过程中能承受10千次以上的上述冲击。3、恒加速度的影响主要在飞机爬高、转弯、俯冲等机动飞行较为严重，最高可达15g，但持续时间不长。考虑机械过载条件时，应注意与日常维护正确操作要求相附合，防止人为随意性的不良操作造成的影响。这对保证维修工作质量、设备寿命及设备可靠性有重大意义。第三节航空电机的主要特点航空电机应具备以下特点：1、缩短使用寿命来提高允许温升。电机上采用绝缘材料的寿命是决定电机的使用工作期限的主要原因。2、优质航空材料的选用。采用耐高温、高强度的绝缘材料，高导磁材料构成电机磁路，高强度轻合金材料。3、更合理设计和先进的冷却技术，使电机效能提高，负面因素的影响减少。一、体积小、重量轻总之，正是由于这些特殊结构与的冷却方式，选定高电磁负荷和高转速运转方式，采用各种优质材料等原因，才使到航空电机重量容量比值达到0.3kg/kVA的水平，并且能适应飞机上各种复杂的使用条件。二、航空电机的工作可靠性高航空电机作为电源设备，伺服控制动力，检测状态与信号传递远见，其工作的可靠与否决定了飞机的正常操作和安全运行。一般对电压参数的要求是：直流电网电压：28伏；交流电压是三相四线制，115/200伏。频率400Hz。航空电机的铭牌航空电机的主要技术性能参数可以在电机的铭牌上部分直接得到。就技术性能参数而言，它涉到以下内容：额定数据，工作条件，试验和验收方法，安装尺寸及其他数据。关于直流，交流电机的工作条件数据包括气象环境方面;与可靠性性能有关的参数有：使用寿命期限(正常条件下)，机械强度，过载能力，耐压(绝缘等级)，热态电阻，耐热情况，温升值；电性能参数有：电压，电流，励磁方式，频率，功率因素；通过本课程的学习，使学生掌握常用交、直流电机及变压器的基本结构、工作原理、运行性能和实验方法；掌握电动机的特性分析的方法。为后续专业基础课和专业课的学习准备必要的基础知识，提高分析问题、解决问题的能力，也为今后从事自动化工程技术工作和科学研究奠定初步基础。应具备的冷却方式：自然通风，强道通风，油冷方式(环式油冷，喷油式冷却)。1、直流电机的铭牌有型号：表示直流电机属于那一种类型，它往往用字母与数字组合在一起表示。额定功率(KW)：指电机在预定情况下，长期运行所允许的输出功率。额定电压(V)：就发电机来说，是指在额定运转情况下发电机两端的输出电压数值；就电动机来说，额定电压是指在所规定的正常工作条件下，加在电动机两端的输入电压的额定值。额定电流(A)：就发电机来说，一般是指长期连续运行时供给负载的电流；就电动机来说，额定电流是指长期连续运行时，容许从电源输入的电流。额定转速：电动机在额定运转情况下的转速。励磁：表示励磁的方式及励磁电流、电压。工作方式：指电机在使用时持续工作的时间。额定温升：表示电机在额定运行下，电机所容许的最高工作温度减去常温环境温度的数值2、交流电机的铭牌有型号：包括电机类型及冷却方式。额定数据：包括容量、频率、功率、电压、功率因素、转矩、转速、温升值等。三相电机的连接形式：接地点、绕组接法。工作定额(连续工作，间歇工作时间)。本课程的性质、任务和内容本课程是工业电气及其自动化、电气技术和供用电技术等专业的一门专业基础课。本课程的任务是让学生掌握电机制基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。在实际运行着的电机中，电、磁、力、热等物理定律同时起作用，互相制约，分析解决这种复杂问题时，往往需忽略一些次要因数，抓住主要矛盾加以解决，只要所得结果正确，引起的误差在允许的范围内，这在工程上是允许的，这与以前所学课程中解决问题理想化、单一化有很大区别，学习时需有足够的认识。学习方法1.注意共性问题电机种类繁多，各具特性，但就其内部电磁关系耦合过程和机电能量转换关系，仍有其内在联系。他们的基本工作原理都是建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的；他们的能量转换都是以磁场为媒介，其电磁关系可抽象为电路参数，得出基本方程式和等值电路，这是共性方面。2.注意课程主线在学习中应将变压器、交流电机、直流电机的相似性有机地统一起来，注意课程内容的内在联系，形成学习本课程鲜明的主线，只要学好了变压器，对交流机和直流机的内容就比较容易掌握了。3.注意理论联系实际理论联系实际，注重做好本课程开设的相关实验，立足于学会使用各类电机，在实验中学习解决实际问题的方法，注意培养解决工程实际问题的能力。磁性磁力磁极磁场磁力线磁性：在自然界中，物质具有吸引铁、钢、镍或钴等材料的特性叫做磁性。磁力：具有磁性的物质与铁、钢、镍、钴磁性材料之间存在着力的作用，这一作用力称为磁力。磁极：通常把吸引力最强的两端称为磁极，南极和北极。磁场：磁场环绕在磁铁的周围。磁力线：表示了磁力在周围空间的作用情况。磁力线从磁铁的北极出发，进入南极，通过磁铁本身又回到磁铁的北极，从而形成了一个闭合的环路。条形磁铁的磁力线分布磁路——为了使励磁电流产生尽可能大的磁通，在电磁设备或电磁元件中要放置一定形状的铁心。绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径。图示为交流接触器的磁路，磁通经过铁心和空气隙而闭合。磁学物理量磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。它是矢量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。1．磁感应强度B2．磁通Φ均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦伯(Wb)。BS3．磁导率μ磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率70410H/m非铁磁物质的磁导率与真空极为接近，铁磁物质的磁导率