СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРОМ, ИНТЕГРИРОВАННЫМ В ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ
METHOD FOR CONTROLLING STARTER-GENERATOR INTEGRATED INTO GAS TURBINE ENGINE DURING SHORT-CIRCUIT FAILURE

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель.
Известно устройство защиты от короткого замыкания для генератора переменного тока [патент РФ №2399137 С1, кл. H02H 7/06, 26.12.2008 г.], состоящее из пускового переключателя, устанавливаемого на обмотке возбуждения и работающего на включение/выключение проводимости тока генератора. Данное устройство защиты позволяет току возбуждения течь через датчик так, что, когда ток возбуждения ненормально велик и падение напряжения на датчике увеличивается, потенциал на входном конце цепи усиления, электрически соединенного с датчиком, соответственно растет, а выходной конец цепи усиления, электрически соединенный с отсекающим устройством, приводит в действие отсекающее устройство для выключения пускового переключателя, и цепь усиления далее удерживает отсекающее устройство во включенном состоянии для удержания пускового переключателя в выключенном состоянии, пока не будет устранено состояние короткого замыкания и не будет сброшена система защитной цепи.
Основным недостатком такого устройства является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.
Известно устройство для защиты генератора переменного тока от короткого замыкания в системе электроснабжения с резервированием [патент SU №1017146, кл. Н02Н 7/06, 27.08.2004 г.], содержащее контактор для подключения генераторов к шинам, блок трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, блок трансформаторов тока в цепи нагрузки, полупроводниковые диоды по числу фаз генератора и исполнительный элемент, вход которого подключен к выходу однополупериодного выпрямителя, образованного диодами и встречновключенными вторичными обмотками блоков трансформаторов тока, вторичные обмотки блоков трансформаторов тока, шунтированные диодами, при этом по отношению к диодам выпрямителя диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи статорной обмотки генератора, включены согласно, а диоды, шунтирующие обмотки блока трансформаторов тока в цепи нагрузки, - встречно.
Основным недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что применение данного устройства невозможно в магнитоэлектрических генераторах, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.
Известно устройство для защиты магнитоэлектрического генератора [патент США №4950973, кл. Н02Р 9/10, 21.08.1990 г.], содержащего генератор с постоянными магнитами, первую, вторую и третью выходные клеммы, блок защиты, содержащий первую, вторую и третью пару электрических контактов и первую, вторую, третью обмотку статора. Первая обмотка статора электрически соединена между первой парой электрических контактов и нейтральной точкой; вторая обмотка статора электрически соединена между второй выходной клеммой и нейтральной точкой; третья обмотка статора электрически соединена между третьей парой электрических контактов и нейтральной точкой; третья обмотка статора содержит средства для открытия и закрытия первой и второй пары электрических контактов в ответ на сигнал управления.
Недостатком данной конструкции является сложность реализации системы управления, вызванная тем, что большинство электронных компонентов имеет жесткие температурные ограничения и не рассчитано на работу при температуре окружающей среды выше 200 градусов. Также недостатком данного устройства является высокие массогабаритные показатели системы управления. Кроме того, из-за наличия большого количества дополнительных контактов и обмоток при высокой рабочей температуре данное устройство обладает невысокой надежностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [патент РФ №2498473 С1, кл. Н02Н 7/06, 10.11.2013 г.], реализующее способ защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания. При возникновении короткого замыкания температурные датчики фиксируют нагрев обмоток и посылают сигнал отключения на полупроводниковые вентили, которые размыкают цепь обмоток статора, в результате чего происходит отключение тока короткого замыкания.
Недостатком данного способа является невысокая надежность температурных датчиков и полупроводниковых вентилей при температуре окружающей среды свыше 200 градусов. Кроме того, из-за высокой температуры окружающей среды в газотурбинном двигателе высок риск непроизвольного срабатывания системы защиты отключения обмоток статора, также при каждом последующем включении генератора режим короткого замыкания сохраняется.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей использования стартер-генераторов, благодаря использованию защиты от короткого замыкания, стабильно работающей в условиях высоких температур и обеспечивающей защиту от короткого замыкания при последующих включениях.
Техническим результатом является стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре окружающей среды, а также полное устранение короткого замыкания и повышение безопасности летательного аппарата.
Указанный результат достигается тем, что в способе управления стартер-генератором при коротком замыкании, заключающемся в том, что посредством датчиков в системе управления обнаруживают короткое замыкание и посылают сигнал на систему управления газотурбинного двигателя, после чего увеличивают частоту вращения газотурбинного двигателя, тем самым создают тепловой поток высокой интенсивности и нагревают ротор стартер-генератора до температуры не ниже температуры Кюри постоянных магнитов, при которой постоянные магниты полностью теряют свои магнитные свойства и прекращают индуцировать магнитное поле и ток в обмотки стартер-генератора, обеспечивая защиту стартер-генератора от короткого замыкания при повторном включении.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид стартер-генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель. На фиг. 2 изображена зависимость магнитной индукции постоянных магнитов от их температуры.
Пример конкретной реализации способа
В газотурбинный двигатель 1 марки Trent 500 с частотой вращения в нормальном режиме работы равной 13500 об/мин, интегрирован стартер-генератор 2 мощностью 120 кВт, при этом температура окружающей среды составляет 250°С. В воздушном зазоре стартер-генератора магнитная индукция равна 0,4 Тл, при этом ток в обмотках статора 3 составляет 300 А. Постоянные магниты 4, используемые в стартер-генераторе, выполнены из сплава Sm2Co17, максимальная рабочая температура данного типа магнитов составляет 350-400°С.
При возникновении короткого замыкания ток в обмотках статора стартер-генератора увеличивается в 3 раза и составляет 900 А. Датчики в системе управления 5 обнаруживают произошедшее короткое замыкание и посылают управляющий сигнал на газотурбинный двигатель, который увеличивает частоту вращения турбины до 15000 об/мин, тем самым быстро поднимая температуру в газотурбинном двигателе. При росте температуры постоянные магниты стартер-генератора теряют свои магнитные свойства, согласно фиг. 2, при этом ток короткого замыкания начинает очень быстро падать. Когда температура окружающей среды достигает температуру Кюри постоянных магнитов, равной 450°С, то постоянные магниты полностью теряют свои магнитные свойства и токи на обмотках статора падают до нулевого значения, обеспечивая защиту стартер-генератора от короткого замыкания при повторном включении.
Таким образом достигается управление стартер-генератором во время короткого замыкания, обеспечивая надежную защиту летательного аппарата.
Итак, заявляемый способ позволяет осуществлять управление стартер-генератором, обеспечивая защиту всего оборудования при коротком замыкании, в результате чего достигается повышение надежности всей системы энергообеспечения летательного аппарата.