WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КОНЯХИН Сергей Федорович ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНО-ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С МНОГОКАНАЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗУЮЩИМ ТРАКТОМ Специальность:

05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009 2

Работа выполнена на кафедре "Электротехнические комплексы автономных объектов – ЭКАО" ГОУ ВПО "Московский энергетический институт - МЭИ (Технический университет – ТУ").

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Мыцык Геннадий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пречисский Владимир Антонович, доктор технических наук, профессор Резников Станислав Борисович

Ведущая организация: ФГУП "ГОКБ "Прожектор"

Защита диссертации состоится декабря 2009 г. на заседании диссертационного совета Д212.157.07 в Московском авиационном институте (Государственном техническом университете) по адресу: 125993 г. Москва, А-80, ГСП-3 Волоколамское шоссе, д. 4, ученый совет МАИ.

С диссертацией можно знакомиться в библиотеке Московского авиационного института (Государственного технического университета).

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации просим направить по указанному выше адресу.

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.157.07 к.т.н., доцент А. Б. Кондратьев 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Периодическая смена поколений техники является закономерностью развития технических устройств и систем. Учет этого закона требует непрерывного совершенствования их показателей качества, поскольку только непрерывное движение в этом направлении может обеспечить развитие и конкурентоспособность продукции.

Актуальность проблемы. Трансформаторно-выпрямительные устройства (ТВУ), совершенствованию которых посвящена настоящая работа, по масштабам применения занимают заметное место в системах электроснабжения летательных аппаратов (ЛА) различных типов. В зависимости от типа ЛА единичная мощность этого электротехнического устройства может доходить до 10 кВт и более. Практика показала, что наиболее приемлемым решением здесь является схема ТВУ с двухканальным преобразующим трактом (L=2) с суммированием токов каналов, обеспечивающая (в идеале) пульсность выпрямленного напряжения m1Э=12. Особенностью ТВУ авиационного применения является повышенное значение вольт на виток во вторичных обмотках трансформаторного узла. При практической реализации фактор целочисленности витков затрудняет точное выполнение проектных условий, обеспечивающих требуемые параметры двух 3-х фазных систем напряжений – их фазовый сдвиг на угол /6, а также равенство амплитуд напряжений и модулей фазных сопротивлений каналов. В результате, как установлено в настоящей работе, в практических решениях из-за этих факторов может возникать глубокая разбалансировка токов каналов, которая проявляется в перегрузке одного из каналов и разгрузке другого и которая возрастает с увеличением мощности ТВУ. Это явление, в конечном счете, приводит к ухудшению его удельного массового показателя, КПД и качества, как выходного, так и входного токов. Поэтому повышение эффективности таких решений путем выявления и устранения всех разбалансирующих факторов является актуальной задачей.

Целью работы и задачами исследования являются исследование возможностей улучшения показателей качества одного класса электротехнических устройств авиационного применения – трансфрматорно-выпрямительных устройств (ТВУ), разработка на этой основе более эффективных решений, создание для них информационно-модельного описания, необходимого для проектирования, и внедрение этих решений в практику.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются: концепция многоканального преобразования энергетического потока, методы технического творчества, общие положения теории электрических цепей, математический аппарат рядов Фурье, разделы дифференциального и интегрального исчисления, имитационное компьютерное моделирование, физическое (натурное) моделирование.

При структурном и параметрическом синтезе используется критериальный базис, принятый в авиационной электротехнике.

Достоверность основных положений диссертации подтверждается тем, что они не противоречат основным положениям электротехнических знаний, и хорошим совпадением теоретически полученных результатов с результатами имитационного и физического моделирования.

Научная новизна работы.

1. На основе обзора, систематизации и сопоставительного анализа известных решений бортовых ТВУ показано, что все они имеют тот или иной недостаток, отрицательно влияющий на их удельный массовый показатель и не позволяющий получить "идеальный конечный результат" в соответствии с проектным замыслом.

2. Показано, что в идеале - при выполнении проектных условий по симметрии двух систем напряжений на входе двух выпрямительных мостов, наименьшую суммарную габаритную (типовую) мощность имеют ТВУ с двумя вторичными обмотками с топологией "звезда" и "треугольник" и с двухобмоточным уравнительным реактором (трансфильтром) в цепи постоянного тока (L-ТВУ(+TF2=) ). Это решение по показателям качества и по совокупности существенных признаков является ближайшим прототипом по отношению к разработанному в настоящей работе новому, более эффективному решению.

3. Впервые установлено, что реально, при практической реализации известного решения-прототипа ТВУ из-за практически неустранимой амплитудной асимметрии напряжений и из-за неравенства сопротивлений каналов, происходит сильная разбалансировка токов каналов – разгрузка по току одного канала и перегрузка другого. Имитационным моделированием и экспериментально показано, что при реальных значениях ассимметрирующих факторов (АФ) коэффициент перегрузки (разбалансировки - КП(Id), определяемый как отношение большего тока (одного канала - Iб ) к dменьшему току (другого канала - Iм ), может превышать значение КП(Id)= dIб / Iм =3.

d0 d4. Представлены результаты аналитического исследования влияния АФ на уровень разбалансировки токов каналов и показана невозможность обеспечить симметрию работы каналов параметрическим способом.

5. Разработана серия новых решений L-ТВУ с канальностью L=2, L=3, L=4, в которых явление разбалансировки токов каналов принципиально устранено. При L=2 существо технического решения заключается в установке трех однофазных (двухобмоточных - 3TF2) трансфильтров на входе мостов, вместо однофазного (двухобмоточного - TF2=) на их выходе.

Новизна и полезность решений подтверждена патентами.

6. На основе имитационного компьютерного моделирования нового LТВУ (с L=2 и 3TF2) детально исследована и описана физика происходящих в нем новых рабочих процессов, на этой основе разработано необходимое при проектировании модельное описание трансфильтра нового типа и предложена методика его проектирования и ТВУ в целом.

7. Показано, что новое L-ТВУ характеризуется наименьшей суммарной габаритной мощностью моточных изделий (трехфазного трансформа тора и трансфильтра) в сравнении со всеми альтернативными вариантами.

Практическая ценность.

1. Предложенное новое ТВУ обеспечивает выполнение возложенной на него функциональной задачи и имеет при этом наименьшую (теоретическую) установленную мощность оборудования (моточных изделий и диодов) и, как следствие, наилучший удельный массовый показатель.

2. По точности выполнения функциональной задачи разработанные и исследованные решения ТВУ целесообразно использовать не только в авиационной электротехнике, где в наибольшей мере проявляется их эффективность, но и во всех других областях, где они применяются.

Новые решения ТВУ, как наиболее эффективные, по сути, могут успешно заменить широко описанные в технической литературе, включая учебники, известные ТВУ многоканального типа (с уравнительными реакторами на выходе мостовых выпрямителей).

Реализация результатов работы.

L-ТВУ с L=2 и трансфильтром 3TF2 принято к внедрению в ОАО АКБ "Якорь": разработка прошла стадию ОКР, изготовлена опытная партия ТВУ, проведены предварительные испытания.

Разработанное информационно-модельное описание и методика проектирования нового двухканального L-ТВУ используются в учебном процессе на кафедре "Электротехнические комплексы автономных объектов – ЭКАО" Московского энергетического института – МЭИ (ТУ) и могут быть использованы в инженерной практике.

Апробация работы. Основное содержание работы

докладывалось и обсуждалось: На Х1 Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, МЭИ, 2005г.); на научно-технической конференции "Системы и источники вторичного электропитания и элементная база для них" (СанктПетербург, 2005 г.); на 11 научно-технической конференции "Системы и источники вторичного электропитания и элементная база для них" (СанктПетербург, 2006 г.); на расширенном заседании кафедры "Электротехнические комплексы автономных объектов – ЭКАО" Московского энергетического института (Технического университета).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ (среди них 1 патент на полезную модель и 3 патента на изобретение).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты сопоставительного анализа известных решений ТВУ с многоканальным преобразующим трактом по габаритной мощности трансформаторов и трансфильтров.

2. Результаты исследования влияния ассимметрирующих факторов на несимметричную загрузку (разбалансировку) токов каналов 3. Новая структурно-алгоритмическая организация ТВУ, по эффективности превосходящая известные решения.

4. Модельное описание разработанного решения ТВУ – как расчетноинформационный базис для его проектирования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава первая. Для выявления объекта, подлежащего приоритетной модернизации, в первой главе проведены обзор, систематизация и классификация электротехнических комплексов, применяемых в бортовых авиационных системах электроснабжения (СЭС). Показано, что основой вторичных СЭС летательных аппаратов (ЛА) являются универсальные преобразователи общего назначения - статические инверторы и трансформаторно-выпрямительные устройства. Приведен обзор преобразователей, используемых в настоящее время во вторичных СЭС ЛА различного назначения. Показано, что значительный процент в системах такого рода занимают трансформаторно-выпрямительные устройства (ТВУ). Приведены критерии проектирования и совершенствования бортовых статических преобразователей:

- рациональный компромисс между минимумом массы и габаритов (при использовании микро- и миниатюризации и принудительного охлаждения) и минимумом тепловых потерь (максимумом КПД);

- минимум влияния на питающую сеть (электроэнергетическая совместимость - ЭЭС).

Систематизированы основные направления и методы обеспечения электромагнитной и электроэнергетической совместимости преобразователей с питающей бортовой сетью.

Установлено, что выпускаемые в настоящее время ТВУ, находящие наибольшее применение во вторичных СЭС ЛА, по техническим показателям не соответствуют современным требованиям и значительно отстают уровня, достигнутого ведущими зарубежными производителями. По этой причине задача совершенствования бортовых ТВУ, как целостных взаимосвязанных устройств, представляется весьма своевременной и актуальной.

В конце главы формулируются подлежащие решению конкретные задачи.

Во второй главе обосновывается выбор базовой структуры ТВУ с двухканальным преобразующим трактом, в наибольшей мере удовлетворяющей стандартам бортовых СЭС. Показано, что мостовая схема Ларионова не может быть использована здесь в качестве базовой. На практике используются более сложные решения, характеризуемые использованием в них нескольких (L) мостов Ларионова совместно с фазосдвигающими трансформаторами напряжения. В технической литературе они обозначаются по-разному, например, как многопульсные или многомостовые схемы. ТВУ такого типа по своей сути являются устройствами с многоканальным преобразованием - МКП-ТВУ. Представляется, что терминологически это наиболее адекватное и информативное представление о данном классе устройств, позволяющее упорядочить большое их схемотехническое многообразие. Одним из основных свойств МКП-ТВУ является уменьшение искажений качества энергетического потока по входу и выходу с увеличением канальности преобразования L. Это дает основание обозначать их также и как малоискажающие L- ТВУ (далее просто - L-ТВУ). Входные и ВМ1 ВМW3I W2I W2I TV TV UdI WWTF TF ~ ~ W2II W2II W3II ~ ~ Ud UdII Ud а) б) ВМ2 ВМВМ1 ВМW1I TV1 W2I W2I W1I TV~ ~ UdI ~ ~ TF Ud W1II TV2 W2II W1II TV2 W2II Ud UdII в) г) ВМВМВМВМ1 ~ ~ W1I TV1 W2I W3I W1I W3I TV1 W2I ~ ZdI ~ TF W1II W3II TVW2II TV2 W3II W2II W1II ZdII Ud д) е) ВМВМРис.2.1. Примеры структурно-параметрической организации двухканальных малоискажающих трехфазных выпрямителей пассивного типа – 2МИТВУ с использованием фазосдвигающих трансформаторов напряжения - ФСТН (в различных вариантах их реализации) и двух трехфазных мостовых схем выпрямления - ВМ1, ВМ2. При параллельном соединении выходов ВМ1, ВМ2 используется трансфильтр – TF (обозначавшийся ранее как уравнительный реактор).

выходные цепи L-ТВУ могут быть организованы по схемам суммирования напряжений (СН) или суммирования тока (СТ). Последняя структура обеспечивают лучший КПД, и поэтому ей здесь отдается предпочтение. Независимо от структурных модификаций все 12-пульные схемы (при L=2) имеют одно и то же значение коэффициента искажения синусоидальности входного тока КI 15%, а значение коэффициента пульсаций в реальных условиях наихудшего питания составляет 3,3 %.

Pages:     || 2 | 3 |






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