курсач ЭОВС

СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ ................................................................................................................ 4
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 5
1 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ СЛИВА
ТОПЛИВА .............................................................................................................. 6
2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ................................................................................................ 8
3 РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С
КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ........................................................... 12
3.1 Выбор основных размеров .......................................................................... 13
3.2 Расчет обмотки и пазов статора ................................................................. 17
3.3 Расчет обмотки и пазов ротора ................................................................... 19
4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА
НАПРЯЖЕНИЯ ................................................................................................... 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................... 25
3
РЕФЕРАТ
Курсовой проект включает в себя введение, 4 раздела, заключение и
список использованной литературы. Объём проекта составляет 23 страницы.
В состав проекта входят:

2 рисунка в разделе посвящённому заданию;

11 рисунков и 3 таблицы в разделах, посвящённых расчёту
курсового задания;

список использованной литературы включает 5 источников.
Цель проекта – выполнение самостоятельного исследования устройства
механизма и анализ работы электрифицированного оборудования системы
системы слива топлива самолета Embraer – 195.
Объект исследования – электрифицированное оборудование системы
системы слива топлива самолета Embraer – 195.
В первом разделе описано оборудование системы слива топлива
самолёта Embraer – 195.
Во
втором
разделе
произведён
расчёт
электрической
сети
электрифицированного оборудования.
В третьем разделе произведён расчёт трёхфазного асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором.
В
четвёртом
разделе
произведён
расчёт
параметрического
стабилизатора напряжения.
В заключении подведены итоги работы оборудования, соответствие её
необходимым требованиям.
4
ВВЕДЕНИЕ
Топливная система (ТС) летательного аппарата — система силовой
установки самолёта для размещения топлива, выработки его в определенном
порядке,
подачи
топлива
в
потребители,
а
также
выполнения
вспомогательных функций.
Топливная система большого воздушного судна обычно состоит из
групп баков. Каждая группа может конструктивно состоять из нескольких
емкостей (баков). Все баки оборудуются встроенными погружными
электрическими топливными насосами и соединяются между собой системой
трубопроводов.
Все баки в самолёте имеют сливные горловины. Для аварийного слива
топлива из баков в полёте предусматриваются различные системы. Топливо
сливается для облегчения самолёта перед вынужденной (аварийной)
посадкой, если она становится необходимой вскоре после взлёта.
Помимо
аварийного, предусматривается
эксплуатационный
слив
топлива из баков летательного аппарата в топливозаправщик, что требуется
при определённых технических работах.
В первом разделе курсовой работы будет рассмотрена система слива
топлива самолета Embraer - 195. Будут изучены 2 способа слива топлива,
состав система и её принцип действия.
Со второго по четвёртый раздел идёт расчётная часть.
Во втором разделе производится расчёт электрической сети самолёта с
целью определения оптимального сечения проводов.
В третьем разделе производится расчёт трёхфазного асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором.
В
четвёртом
разделе
произведён
расчёт
параметрического
стабилизатора напряжения для составления схемы стабилизатора.
5
1 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ СЛИВА
ТОПЛИВА
Cлив топлива может потребоваться по многим причинам, некоторые из
которых включают ремонт топливных элементов, демонтаж внешних
топливных баков, отказ компонентов топливной системы и изменение
загрузки топлива.
Система слива топлива на самолете Embraer-195 обеспечивает слив
топлива под давлением, а также слив топлива отсасыванием.
Данная система имеет одноточечный переходник, который позволяет
производить слив топлива из одного места на самолете. Переходник должен
получать давление от 2 до 3 атмосфер во время операции слива.
Также операции по сливу топлива могут быть осуществлены с
помощью основных и вспомогательных насосов постоянного и переменного
тока или путем отсоса из внешнего источника.
Система слива топлива имеет следующие компоненты:
 сборный переходник слива топлива;
 панель управления;
 сливные запорные клапаны.
Для слива топлива отсасыванием (рисунок 1.1), сливной клапан
открывается и отсасывание происходит при подаче давления через сборный
переходник слива топлива с помощью наземного оборудования.
Сливной клапан открывает магистраль слива топлива (находится
между топливопроводом двигателя и переходником) и топливо отсасывается
через топливные эжекторные насосы.
Когда уровень топлива в баке достиг необходимого значения, слив
топлива
останавливается
закрытием
сливного
переключателя на панели слива/дозаправки топлива.
6
клапана
с
помощью
Рисунок 1.1 – Слив топлива отсасыванием
Для слива топлива под давлением, используются вспомогательные
насосы переменного тока и открываются сливные клапаны. Отсасывание
топлива
с
использованием
наземного
оборудования
использоваться при сливе топлива под давлением.
Рисунок 1.2 – Слив топлива под давлением
7
может
быть
2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
При расчете необходимо:

определить номинальный ток и переходное сопротивление линии

рассчитать сечение проводов по допустимой потере напряжения
сети;
и округлить его до стандартного значения;

определить массу и стоимость проводов;

проверить выбранное сечение проводов по условиям нагрева;

произвести технико-экономические обоснования наилучшего
варианта (по наименьшей потере напряжения в сети и по наименьшей массе
и стоимости проводов);

произвести выбор аппаратуры защиты и управления для
наилучшего варианта.
Таблица 2.1 – Исходные данные
Вариант
2
Потребляемая мощность, Вт
228
Напряжение питания, B
27
Длина провода, м
60
Допустимая потеря напряжения, В
3,5-3,8
Номер схемы
4
Режим работы
ПКР
Электромагнитный
Наименование потребителя
кран 78100
Источник: собственная разработка
8
Рисунок 2.1 - Исходная схема
Целью расчета электрической сети самолета является определение
оптимального сечения проводов. Критерием оптимальности могут быть
минимальная конструктивная масса провода сети и приведенные затраты.
При этом потеря напряжения на участке не должна превышать допустимых
значений.
Для расчета линии необходимо определить потребляемый ток по
формуле:
Iн 
P 228

 8,4 А.
U
27
(2.1)
Затем рассчитаем потерю напряжения на переходных сопротивлениях
(контактов
предохранителя,
болтовых
или
штепсельных
разъемов,
включателя и т.д.).
U к  I н   rk  8,4  6.8  103  0,05 В.
(2.2)
Используем выражение для расчетного сечения провода:
S
Iн  l
8,4  60

 2,5 мм2 ,
j (U доп  U k ) 57  (3,5  0,05)
где j  удельная проводимость медного провода равная 57 мм/(Ом*мм2).
9
(2.3)
Расчетное сечение провода округляется до стандартного значения
Sстанд  Sрасч , отсюда следует, что S  2,5 мм2.
Для выбранного сечения провода находятся сопротивление провода
линии и потеря напряжения на сопротивление проводов:
l
60

 0,42 Ом,
j  S 57  2,5
(2.4)
U л  I н  rл  8,4  0,42  3,5 В.
(2.5)
rл 
Фактическая потеря напряжения в линии находится по формуле:
Uф  U л  U к  U доп  3,5  0,05  3,8
(2.6)
Масса меди провода в кг определяется по формуле:
G
где
S  d  l 2,5  8,9  60

 1,335 кг,
1000
1000
(2.7)
S  стандартное сечение провода в мм2;
l  длина провода, м;
d  плотность меди 8,9 г/см3.
Стоимость провода меди равна:
C
ms  l 65  60

 3,9 ,
1000 1000
(2.8)
где ms  стоимость 1 км провода данного сечения.
Технико-экономическое
обоснование
наилучшего
варианта
электрической сети производится по трем параметрам:
 по наименьшей массе проводов G;
 по наименьшей стоимости провода С;
 по
среднему
значению
фактического
электрической сети U ф.ср. .
10
падения
напряжения
Для выбора аппаратуры защиты наилучшего варианта электрической
сети необходимо определить ток короткого замыкания, который подчиняется
закону Ома:
I к.з 
Uн
27

 64 А.
rл   rк 0,42  0,068
(2.9)
Аппаратура защиты должна необратимо, надежно и селективно
отключать электрические цепи при коротких замыканиях и недопустимых
перегрузках и не вызывать ложных отключений в нормальных режимах
работы. Коэффициент запаса аппаратуры защиты определяется по формуле:
kз 
I защ
Iн
(2.10)
Из этой формулы найдем ток защиты:
I защ  I н  кз  8,4  1,5  12,6 А.
(2.11)
Чувствительность аппарата защиты проверяют по формуле:
I к.з
64

 2,5 .
I защ 12, 6
(2.12)
Для защиты потребителей, токи которых в процессе пуска или работы
изменяются, необходимо применять инерционные предохранители (ИП) и
тепловые автоматы защиты.
Выбор аппаратуры управления производится по величине тока,
протекающего по участку сети. Аппаратура прямого действия применяется
при длительном кратковременном воздействии на цепь с силой тока до 35А.
Аппаратуру дистанционного действия в зависимости от тока коммутируемой
нагрузки применяют: при токах 5-10А  коммутационные реле, при токах 25600А  контакторы.
11
3 РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С
КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Расчет асинхронного двигателя производится исходя из исходных
данных, указанных в таблице 3.1. При расчёте необходимо определить:

основные размеры электродвигателя;

частоту вращения ротора и номинальный момент;

параметры обмотки и пазов статора;

параметры обмотки и пазов ротора.
Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета электродвигателя
Вариант
2
Мощность на валу, Вт
100
Напряжение (линейное), В
200
Синхронная
частота
вращения, об/мин
6000
Частота тока , Гц
400
Число фаз
3
Соединение фаз
Звезда
Номинальное скольжение
0,05
Тип двигателя
С короткозамкнутым ротором
Режим работы
Продолжительный
Охлаждение
Естественное
Исполнение
Защищенное
Источник: собственная разработка.
12
3.1 Выбор основных размеров
Величинами, определяющими основные размеры электродвигателя при
заданных полезной мощности и частоте вращения, являются:

Относительная ЭДС E`  0,82 В определяемая по рисунку 3.1:
Рисунок 3.1 - Кривые для определения относительной ЭДС

КПД, определяемый по кривым, приведенным на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Кривые для определения КПД

Коэффициент мощности cos ф, который выбирается по кривым,
показанным на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Кривые для определения cos ф
13

Коэффициент обмотки статора К01, зависящий от типа и способа
выполнения обмотки и ориентировочно принимаемый для диаметральных
обмоток равным 0,96.

Коэффициент формы кривой поля Кф, зависящий от степени
насыщения магнитной цепи и обычно равный 1,11–1,065. Кф с увеличением
мощности уменьшается.

степени
Коэффициент полюсного перекрытия α, зависящий тоже от
насыщения
магнитной
цепи
и
определяемый
по
кривым,
приведенным на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Кривые для определения коэффициента полюсного
перекрытия α
Расчетная мощность двигателя:
PP 
PН  E `
82

 210 Вт.
Н  cos Н 0,39
(3.1)
Коэффициент использования машины:
  1,65  K01  KФ    A  B 105  1,04 103 кг/см2,
где
К01 – коэффициент обмотки статора;
Кф – коэффициент формы кривой поля;
Вδ – магнитная индукция, определяемая на рисунке 3.5;
α – коэффициент полюсного перекрытия;
14
(3.2)
А – линейная нагрузка, определяемая по кривым, показанным на
рисунке 3.6.
Рисунок 3.5 – Кривые для определения магнитной индукции в
воздушном зазоре
Рисунок 3.6 – Зависимость асинхронных машин длительного
режима работы
При выборе Вδ и А необходимо иметь ввиду, что они оказывают
основное
влияние
на
главные
размеры. Однако
с
увеличением
их
увеличиваются электрические и магнитные потери, температура нагрева,
снижается КПД. Для увеличения максимального вращающегося момента
двигателя и, следовательно, для увеличения его перегрузочной способности
надо увеличить значение Вδ и уменьшить значение А, а для увеличения
коэффициента мощности необходимо уменьшить Вδ и увеличить А.
Конструктивный коэффициент:
2
2


l
3
   1,6  p  1,6  4 3  0,63.
D
15
(3.3)
Число пар полюсов:
p
60 f1 60  400

 4.
n1
6000
(3.4)
Внутренний диаметр статора (диаметр расточки):
D
3
551
551
3
 5,25 см.
3
    n1
1,04  10  0,63  6000
(3.5)
Длина пакета статора:
l    D  0,63  5,25  3,3 см.
Величина
воздушного
зазора
приближенно
(3.6)
вычисляется
по
эмпирической формуле:
  0,015 
5,25
 0,02 .
1000
(3.7)
Диаметр ротора:
D2  D  2  5,25  2  0,02  5,21 см.
(3.8)
Наружный диаметр двигателя:
DН  K D  D  1,35  5, 25  7,08 см.
(3.9)
где 𝐾𝐷 определяется по рисунку 3.1.7.
Рисунок 3.7 – Зависимость коэффициента наружного диаметра машины
от числа пар полюсов
16
Полюсное деление:

 D
2p

3,14  5,25
 2,06 см.
8
(3.10)
Окружная скорость ротора:

  D2  n1 1  SН 
100  60

3,14  5,21  6000 1  0,05
 15,5 м/с.
100  60
(3.11)
Частота вращения ротора:
n2  n1 1  S Н   6000  1  0,05  5700 об/мин.
(3.12)
Номинальный развиваемый момент:
МН 
9,55  РН
9,55  100

 0,16 Н*м.
n1 1  S Н  6000  1  0,05 
(3.13)
3.2 Расчет обмотки и пазов статора
Число пазов на полюс и фазу статора q1 целесообразно принимать q1=2.
Число пазов статора:
Z1  2 pm1  q1  2  4  3  2  48 .
(3.14)
где m1 - число фаз.
Полюсное деление по пазам:
 z1  m1  q1  3  2  6.
(3.15)
Шаг обмотки статора по пазам:
yz1  0,8 z1  0,8  6  4,8  5.
(3.16)
Магнитный поток полюса:
Ф  B  l      104  1.8  104 Вб.
(3.17)
Номинальное напряжение фазы статора при соединении треугольник:
17
U НФ 
UЛ
 141 В.
3
(3.18)
Число последовательно соединенных витков одной фазы статора:
W1 
U НФ  E `
141  0,82

 2321.
  КФ  К01  f1  Ф 0,65  1,11 0,96  400  1,8  104
(3.19)
Номинальный ток фазы статора:
IН 
PН
100

 1,02 А.
m1  U НФ   cos 3  141  0,65  0,7
(3.20)
Плотность тока в обмотках статора j1  5 А/мм2 c естественным
охлаждением при длительном режиме работы ориентировочно определяется
по кривым, приведенным на рисунке 3.8.
Рисунок 3.8 – Кривые для определения плотности тока в обмотках
статора при длительном режиме работы и естественном охлаждении
двигателя
Сечение неизолированного проводника обмотки статора:
SМ 1 
I Н 1,02

 0,24 мм2.
j1 4,2
(3.21)
Диаметр неизолированного провода круглой формы:
d1  1,13 SМ 1  1,13  0,24  0,27 мм.
(3.22)
По величине диаметра определяются размеры провода, класс, тип,
толщина изоляции согласно действующим ГОСТам.
18
Число активных проводников, приходящихся на паз статора:
N П1 
W1 2321

 290.
pq1 4  2
(3.23)
Полное число проводников всех фаз:
N1  2W1  m1  2  2321  3  13926.
Т.к. S М 1  2,5 мм2 и
(3.24)
N п1  8 , то выберем овальный паз с круглым
проводом.
Активное сопротивление обмотки статора при температуре +120
градусов:
R1  pt
2W1  lСР1
2  2321  0,063
 0,0246 
 29,9 Ом,
SМ 1
0,24
(3.25)
где pt  0,0246 Ом*мм2/м.
Средняя длинна обмотки статора для однослойной равносекционной
обмотки:
lСР1  l  1,5     3,3  1,5  2,06   6,39  см   0,063 м.
(3.26)
3.3 Расчет обмотки и пазов ротора
Обмотки ротора выполнены в виде беличьей клетки из медных,
латунных или алюминиевых стержней. Выбор материала определяется
возможностью обеспечения заданной кратности пускового момента.
tZ 2 
  D2
Z2

3,14  3,23
 0,29 см.
34
(3.27)
ЭДС в стержне ротора при холостом ходе, отнесенная к частоте сети:
EСТ .2 
U НФ  E `
141  0,82

 0,025 В.
2K01  W1 2  0,96  2321
(3.28)
Ток в стержне ротора:
I СТ 2 
PН
100

 217,3 В,
  EСТ .2 1  S Н  Z 2  cos 0, 46
19
(3.29)
где 𝑐𝑜𝑠𝜓=1.
Для стержней ротора машин с естественным охлаждением и
длительным режимом работы величина плотности тока jст 2  10, 2 А/мм2,
определяемая по кривым, показанным на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9 – Кривые для определения плотности тока в обмотках
ротора при длительном режиме работы и естественном охлаждении
двигателя
Сечение стержня ротора:
SСТ 2 
I СТ 2 217,3

 21,3 мм2.
jСТ 2 10,2
(3.30)
Размеры паза определяются согласно сечению SСТ2 в соответствии с
принятой формой паза.
Размеры стержня ротора для круглого паза:
dСТ 2  1,13 SСТ 2  1,13 21,3  5,2 мм.
(3.31)
Размеры паза ротора (круглого):
d П 2  dCT 2  0,1  5,3 мм.
(3.32)
Ток в кольце, замыкавшем стержни ротора накоротко:
IК 2 
I СТ 2
2 sin
p
Z2

217,3
 18,1 A.
3,1  4
2 sin
34
(3.33)
Сечение кольца ротора:
SП 2 
I К 2 18,1

 1,9 мм2,
jК 2 9,18
20
(3.34)
где jК 2  0,9  jСТ 2  0,9  10, 2  9,18 .
Активное сопротивление стержня:
RСТ  pt
lСТ 2
0.033
 0,0246 
 3,8 105 Ом.
SСТ 2
21,3
(3.35)
Сопротивление участка кольца между двумя стержнями:
RК 2  pt
  DК
Z2  SП 2
 0,0246 
3,14  4,6
 5,4  103 Ом,
34  1,9
где DК  0,9  D2`  0,9  5,21  4,6 см.
21
(3.36)
4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА
НАПРЯЖЕНИЯ
Необходимо
произвести
расчёт
параметрического
стабилизатора
напряжения без термокомпенсации.
Таблица 4.1 – Исходные данные
Вариант
2
Ток катушки, мА
12
Выходное напряжение, B
6
Коэффициент стабилизации
10
Изменение тока нагрузки, мА
2
Относительное изменение входного напряжения
10
Источник: собственная разработка.
Выбираем стабилитрон типа Д810, у которого номинальное напряжение
стабилизации U ст  9  10 В, номинальный
и
максимальный
токи
стабилизации I ст н.  5 мА, I ст мах.  26 мА, динамическое сопротивление
Rd  12 Ом.
Задаемся nст в пределах 1,4÷2. Принимаем для расчёта nст  1,6 . При
этом необходимое входное напряжение:
U вх  n ст  U вых  1,6  10  16 В.
(4.1)
Сопротивление ограничивающего резистора:
Rо 
U вых  n ст  1 10 1,6  1

 0,6  103  600 Ом.
3
I ст  I н
 5  5 10
22
(4.2)
Для получения большего сопротивления 𝑅о и, следовательно, большего
коэффициента стабилизации К ст ток стабилитрона желательно выбирать
минимально возможным I ст  I н . Принимаем I ст  5 мА.
4. Токи, протекающие через стабилитрон:
 U вх '

 1.5

I min  I ст  
 I н'   5  
 4   0,99 A,
 600

 Rо

(4.3)
 U вх '

 1.5

I min  I ст  
 I н'   5  
 4   9,0025 A,
 600

 Rо

(4.4)
U вх'  U вх''  0.1 U вх  0.1 15  1.5 В.
(4.5)
Коэффициент стабилизации напряжения
R
 1  600  1
K ст   о  1 

 1 
 31.9
R
n
12
1.6


 d
 ст
(4.6)
Выходное сопротивление стабилизатора Rвых  Rd  12 Ом.
Схема
рассчитанного
стабилизатора
напряжения
приведена
рисунке 4.1:
Рисунок 4.1 – Схема рассчитанного стабилизатора напряжения
23
на
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения курсовой работы была рассмотрена система слива
топлива самолета Embraer - 195, 2 способа слива топлива, ее состав и
принцип действия системы.
Также, в ходе выполнения курсовой работы было произведено
вычисление электрической сети самолёта, трёхфазного асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором и расчёт параметрического
стабилизатора напряжения.
24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Руководство по техническому обслуживанию самолёта Embraer – 195 –
Глава 28 Топливная система, 2004. – 155 с.
2. Дудников, И. Л.
Электрифицированное
оборудование
воздушных
судов. Методическое пособие и задания к курсовому проекту. Учебное
издание. / И. Л. Дудников. - Минск.: МГВАК, - 2008. - 86 с.
3. Синдеев, И.М.
Электроснабжение
летательных
аппаратов.
М.:
Транспорт, 1982. – 272 с.
4. Барвинский А.П., Козлова Ф.Г. Электрооборудование самолетов. М.:
Транспорт, 1981. – 288 с
25