WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

МАМЕДОВ ТЕЙМУР ТЕЙМУРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕГУЛЯТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ДЛЯ АЭРОДРОМНОГО СВЕТОСИГНАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.09.01. «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА 2008

Работа выполнена в Государственном Образовательном Учреждении Высшего Профессионального Образования Московском Энергетическом Институте (Техническом Университете) на кафедре Электрических и Электронных аппаратов

Научный руководитель -

доктор технических наук,

профессор Розанов Юрий Константинович

Официальный оппонент -

Доктор технических наук,

профессор Гуров Алексей Алексеевич

Кандидат технических наук,

доцент Царенко Анатолий Иванович

Ведущее предприятие -

Высоковольтный научно-исследовательский центр-

Государственное унитарное предприятие

«Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина»

Защита состоится «19» декабря 2008 г.

на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при ГОУВПО МЭИ (ТУ)

в аудитории Е-205 в 13 час. 00 мин.

по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по
адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «____»___________________ 200 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.15

к.т.н. доц. Рябчицкий М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Научно-технический прогресс в области систем электроснабжения сопровождается появлением все большего числа нелинейных потребителей. Во многом это связано с развитием электронной преобразовательной техники. Практическое применение этой техники приводит к искажению формы тока и напряжения в системах электроснабжения, или, иными словами к появлению в них высших гармонических составляющих.

Наличие высших гармоник в токах системы электроснабжения сопровождается потреблением из источника питания дополнительной реактивной мощности и мощности искажения. Кроме того, несинусоидальность кривых тока и напряжения приводит к повышенному нагреву трансформаторов, конденсаторов, увеличению потерь в них, сокращению срока их службы и надежностных характеристик, что приводит к возникновению ложных срабатываний в аппаратуре управления и защиты, а, следовательно, к возникновению аварийных ситуаций в работе системы электроснабжения. С высшими гармониками также связано ухудшение процессов генерации и передачи электроэнергии, нарушение технологических процессов, а в крайних случаях порча оборудования. Указанные причины обосновывают актуальность работ по улучшению качества электроэнергии как в рамках источников электроэнергии, так и в рамках конкретных потребителей. Стоит отметить, что проблема принимает глобальный характер и решается на уровне государственных программ. В частности, на сегодняшний день развитые страны разрабатывают и принимают многочисленные программы энергосбережения, а также стандарты с жесткими требованиями к качеству электроэнергии, в которых, в том числе, ограничивается уровень гармонических составляющих тока, создаваемых нелинейными потребителями. В России требования к качеству электроэнергии отражены в межгосударственном стандарте ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электроэнергии в системах общего назначения».

Аэродромное светосигнальное оборудование (CCO) предназначено для обеспечения безопасности маневрирования воздушных судов и представляет собой систему аэродромных огней различного цвета и назначения, объединенных в независимые последовательные цепи, называемые кабельными кольцами. Регулирование интенсивности излучения аэродромных огней с высокой степенью точности является основной задачей системы электроснабжения светосигнального оборудования. На сегодняшний день, для этих целей, системы светосигнального оборудования аэродромов комплектуются однофазными регуляторами переменного напряжения тиристорного типа, которые в эксплуатации называются регуляторами яркости. Установка требуемого значения интенсивности излучения светосигнального оборудования обусловлена установкой тока в кабельном кольце. Регулирование и стабилизация тока осуществляется регулятором яркости за счет изменения его выходного напряжения в соответствии с заданным законом управления.

Работа тиристорного регулятора связана со значительными искажениями формы входного и выходного тока, причем несинусоидальность возрастает со снижением требуемого значения тока в цепи. В связи с тем, что регуляторы однофазные и их количество и мощность различны для каждого конкретного аэродрома, подключить их так, чтобы обеспечить симметричную нагрузку на трехфазную питающую сеть аэродрома, невозможно. Возникающая несимметрия нагрузки особенно сказывается в аварийных режимах (при заначительном количестве вышедших из строя источников света в КК), при питании ССО от дизельной электростанции или электрической сети сопоставимой с нагрузкой мощности.

При этом, современные требования к системе электроснабжения аэродромов обязывают при проектировании электрических систем учитывать факторы, которые могут привести к нарушению нормальной работы, такие, как электромагнитные возмущения, потери в электрической сети, качество снабжения энергией и т.д.

Сопоставление требований к влиянию нелинейной нагрузки на питающую сеть с одной стороны и с точки зрения требований к качеству энергии, питающей аэродромное светосигнальное оборудование, с другой стороны определило тему данной диссертационной работы и ее актуальность.

Цель диссертационной работы – разработка принципов построения и средств технической реализации для повышения технико-экономических показателей регуляторов переменного тока, питающих аэродромное ССО (регуляторов яркости), повышение качества электроэнергии, потребляемой регулятором из сети, и, передаваемой в нагрузку.

В ходе исследования и разработки решались следующие задачи:

1. Информационный анализ известных примеров реализации регуляторов переменного тока, анализ их влияния на сеть и выявление наиболее перспективных разработок с применением современных силовых электронных приборов;

2. Синтез структуры регуляторов яркости, позволяющей минимизировать или исключить искажения токов в системе электроснабжения, а также характеризующейся высокими значениями коэффициента мощности;

3. Разработка способа управления, позволяющего улучшить характеристики выходных параметров регуляторов яркости в переходных и статических режимах при сохранении качества потребляемой и преобразованной энергии;

4. Выбор специализированного пакета программ компьютерного моделирования рабочих процессов и разработка компьютерных моделей предложенных регуляторов яркости;

5. Анализ рабочих процессов и технико-экономических показателей предложенных регуляторов яркости на основе модели и сравнение полученных характеристик с характеристиками тиристорных регуляторов.

Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решались общепринятыми в электротехнике и теории электрических цепей аналитическими методами, методами математического анализа (дифференциальное исчисление, матричная и векторная алгебра), методами теории автоматического управления, а также современными средствами математического моделирования с использованием специализированных прикладных программ пакета MATLAB. Достоверность полученных теоретических выводов и результатов подтверждается использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений, а также результатами компьютерного и физического моделирования.

Научная новизна:

1. Предложены схемотехнические решения новых типов регуляторов яркости на базе многоуровневого инвертора напряжения и 12-фазного выпрямителя, позволяющие получить значения коэффициента мощности в диапазоне 0,96-0,99 и низкие гармонические искажения входных токов для широкого диапазона изменений параметров нагрузки.

2. Предложен современный принцип регулирования переменного напряжения на основе ШИМ, позволяющий обеспечить низкие гармонические искажения токов в нагрузке и обеспечить требуемые точность и быстродействие системы как в статических, так и в динамических режимах.

3. Разработана инженерная методика проектирования регуляторов яркости с улучшенными энергетическими характеристиками.

4. Разработаны адаптированные к пакету программ моделирования MATLAB компьютерные модели основных составляющих элементов предложенных регуляторов яркости, позволяющие адекватно оценить характер процессов, протекающих в системе питающая сеть – регулятор яркости – нагрузка в различных режимах.

5. На основе компьютерных и физических моделей проведено исследование влияния потерь в полупроводниковых ключевых элементах на эффективность регуляторов яркости, и показано, что предложенные регуляторы характеризуются высокими значениями КПД для всего диапазона допустимых нагрузок.

Практическая ценность работы:

В результате выполненной работы разработаны новые схемотехнические решения регуляторов яркости для питания аэродромного светосигнального оборудования, позволяющего снизить гармонические искажения входных и выходных токов регуляторов, и существенно повысить их коэффициент мощности по отношению к существующим устройствам аналогичного назначения.

Реализация результатов работы:

Полученные результаты использованы в работах проводимых кафедрой ЭиЭА совместно с ООО «АЭРОКУРС-М» по разработке макетных образцов устройств энергоснабжения для аэродромного светосигнального оборудования.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: МКЭЭ-2006 (Россия), СЭЭ’2006 (Украина), а также на заседаниях кафедры Электрических и Электронных Аппаратов в 2004-2008г.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы. Подана заявка на выдачу патента на изобретение № 2008112299 от 02.04.08 в ФГУ ФИПС, которая прошла формальную экспертизу.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 139 страниц и содержит 52 рисунка, 8 таблиц, 94 наименования списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе рассмотрено назначение аэродромного ССО, отмечена важность надежной и исправной работы системы энергоснабжения аэродромного ССО и опасные последствия, к которым может приводить его отказ.

Система светосигнального оборудования аэродрома, представляет собой совокупность светосигнальных приборов, электротехнического оборудования и аппаратуры управления, размещенных на аэродроме по определенной схеме и предназначенных для выполнения взлета, заключительного этапа захода на посадку, посадки и руления воздушных судов в различных условиях видимости.

Для обеспечения равномерного режима работы светосигнальных приборов в аэродромных кабельных сетях большой протяженности используют схему последовательного соединения, называемую кабельным кольцом (КК). Схема питания КК представлена на рис.1. КК представляет собой совокупность одножильных отрезков кабелей, соединяющих изолирующие трансформаторы, на выходные обмотки которых подключены источники света аэродромных огней. В этой схеме изолирующий трансформатор выполняет несколько задач. С одной стороны он согласует напряжение КК и напряжение, требуемое для нормальной работы источника света, с другой стороны – обеспечивает гальваническую развязку высокого напряжения КК и низкого напряжения на источнике света, что является одним из требований к структуре питания аэродромного ССО, а с третьей стороны – является элементом надежности КК, обеспечивающим сохранность КК при перегорании одного или нескольких источников света. Кабельное кольцо подключаются к аппаратуре, называемой в эксплуатации – регулятором яркости (РЯ), который по сути своей является многоступенчатым регулятором-стабилизатором переменного тока.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема питания кабельного кольца (КК), где:

HL – источники света огней; Т – изолирующий трансформатор тока огней; ТС – силовй трансформатор: ЭР – элемент регулирующий РЯ.

Опасные последствия, к которым может привести отказ ССО, определяют жесткие требования к надежности электроснабжения аэродромных огней.

Высокая надежность электроснабжения ССО достигается тем, что каждая функциональная подсистема огней получает питание по двум или более КК (рис.2), причем огни в этих кольцах включаются через один, т.е. четные огни объединяются в одно кольцо, а нечетные в другое. В таком случае гарантируется сохранение частичной работоспособности функциональной подсистемы огней при отказе РЯ или полном отказе КК.

Рис. 2. Иллюстрация схемы соединения системы огней ВПП в два независимых КК.

Отмечены технические требования, предъявляемые к регуляторам яркости. Требования к выходным токам РЯ, обусловлены характеристиками современных галогенных ламп, применяемых в ССО и составляют 6,6А, мощность РЯ при этом варьируется в диапазоне 2 – 20 кВА. При этом РЯ должен сохранять работоспособность при выходе из строя до 30% от общего числа ламп КК и обеспечивать высокую точность регулирования тока в КК. Высокие требования к точности регулирования обусловлены характером светотехнических и эксплуатационных характеристик ламп, применяемых в аэродромных ССО (рис.3). В частности, если рабочий ток в лампе выше номинального на 5% срок службы лампы сокращается до 30% от предусмотренного значения, с другой стороны незначительное снижение тока приводит к существенному снижению интенсивности излучения аэродромных огней, особенно в режимах близких к номинальным.

а) б)

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»