WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Проведены систематизация и классификация совокупности известных решений L-ТВУ (с L=2), отличающихся способом организации относительного фазового сдвига между двумя трехфазными системами напряжений, подаваемыми на входы выпрямительных мостов, и схемой соединения (СН или СТ) их выходов – рис.2.1. Дан сопоставительный их анализ по критерию габаритной мощности трансформаторных узлов и по устойчивости к ассимметрирующим факторам (АФ). Показано, что при отсутствии АФ наилучшие показатели имеет широко описанное в технической литературе L-ТВУ с одним трансформатором с топологией вторичных обмоток "звезда" и "треугольник". Проблематичность его использования в данном применении заключается в том, что реально неустранимые АФ, делают это решение практически непригодным. Это решение выбрано за прототип и поставлена задача его модернизации путем нейтрализации АФ. Поиск путей модернизации L-ТВУ был начат с детального изучения явления токового разбаланса в его каналах и анализа наиболее простых параметрических способов его устранения.

Третья глава посвящена анализу природы ассимметрирующих факторов (АФ), которые вызывают разбалансировку токов каналов и исследованию возможности их устранения. Опыт автора по проектированию и испытанию преобразователей показывает, что построение L-ТВУ с рассмотренными в главе 2 "традиционными" структурами, точно отвечающих указанным выше признакам, практически невозможно. В реальных устройствах мощности не делятся пополам между каналами, фазовый сдвиг не всегда равен 30О, а амплитуды фазных напряжений не равны между собой. Это крайне неблагоприятно сказывается на режимах работы ТВУ, их параметрах и характеристиках. Бортовые ТВУ работают в условиях воздействия двух групп АФ - внешних и внутренних. Внешние АФ обусловлены допускаемыми ГОСТ 19705-89 перекосами углов между векторами фазных напряжений и их амплитудной несимметрией. При правильно спроектированном устройстве внешние АФ сказываются лишь на качестве его выходной электроэнергии и не должны влиять на режимы работы и воздействовать на внутренние электромагнитные процессы L-ТВУ.

Природа внутренних АФ заложена в modus operandi L-ТВУ - способах деления мощности по каналам и организации фазового сдвига. Кроме того, существенную роль играют параметры комплектующих и материалов, используемых в схемах и конструкциях, а также конструктивно-технологические особенности. В данной главе дается анализ основных внутренних АФ и их влияния на работу и характеристики L-ТВУ.

Первый фактор - неравенство напряжений каналов, присущ L-ТВУ с так называемой здесь базовой структурой "звезда – треугольник". Для симметричной работы каналов необходимо обеспечение точного равенства отношения витков вторичных обмоток W2' / W2"=3. Число 3 является иррациональным и в силу этого не может быть выражено в виде отношения двух целых чисел. В инженерных расчетах с достаточной точностью можно считать 3, равным 1,732. Тем не менее, даже такая придаваемая числу 3 "рациональность", в данном конкретном применении не позволяет обеспечить необходимую симметрию каналов.

Особенностью ТВУ систем электроснабжения ЛА является относительно низкое выходное напряжение при достаточно высоком входном напряжении повышенной частоты. Это обстоятельство определяет специфику трансформаторов, используемых в бортовых ТВУ, а именно, большие значения коэффициента трансформации и "маловитковость" их вторичных обмоток с сильно выраженной дискретностью значений "Вольт на виток".

Масса ТВУ в значительной степени определяется массой используемого в нем трансформатора, которая, в свою очередь, зависит от массы обмоток последнего - массы "меди". Стремление к минимизации массы ТВУ ведет к необходимости применения в трансформаторах магнитопроводов из магнитных материалов с повышенным значением индукции насыщения. В трансформаторах бортовых ТВУ применяются витые ленточные магнитопроводы из прецизионных сплавов типа 49КФ, 49К2Ф, 49К2ФА с индукцией насыщения до 2,25 Т и относительно низкими удельными потерями.

Однако вытекающее из этого уменьшение числа витков, позволяющее снизить массу трансформатора, усугубляет отмеченную выше проблему дискретности, увеличивая "цену" витка.

Для оценки деления токов между каналами определены интервалы проводимости ' и " 1-го и 2-го каналов в пределах интервала повторяемости преобразования TR (рис.3.1):

C ' = 2 - 1 = arctg - 3C C arctg. (3-1) 2 C C " = 3 - 2 = arctg - 3C C arctg +, (3-2) 3C Рис.3.1. Выходное напряжение двухгде С=V'M / V"M – коэффициент неканального L-ТВУ при неравенстве напряжений каналов.

идентичности напряжений каналов.

Символами (') и (") обозначены параметры 1-го и 2-го каналов соответственно.

Как следует из (3-1), (3-2) интервалы ' и ", являются функциями параметра С. На основании этих моделей получены средние значения выходных токов каналов IA' = f'(C) и IA" = f"(C). Их отношение IA'/IA" = g(C) также является функцией параметра С.

Функция g(C) описывает распределение токов по каналам LТВУ и характеризует степень несимметрии его работы в зависимости от чисел витков вторичных обмоток W' и W". Область допустимых значеРис.3.2. Зависимость отношения токов каналов g(C) двухканального L-ТВУ от параметра несимметний аргумента С рии напряжений каналов С.

в функции g(C) соответствует интервалу 0,С 1,1547. Вне этого диапазона мгновенные значения напряжений одного из каналов будут всегда ниже значений мгновенных напряжений другого канала, и схема L-ТВУ изменит свою структуру - из двухканальной превратится в одноканальную с 6пульсным выпРис.3.3. Зависимость отношения токов каналов рямлением. В радвухканального L-ТВУ от отношения их внутботе показано, ренних эквивалентных сопротивлений В=r1Э /r2Э что увеличение при различных значениях параметра k= r1Э /R.

числа витков вторичных обмоток (уменьшение "цены дискреты") позволяет, хотя и не полностью, но достаточно точно уравнять токи каналов. Однако для бортовых ТВУ этот путь не приемлем. Это ведет при прочих равных условиях к значительному недоиспользованию магнитопровода по индукции, к увеличению массы " меди" и, как следствие, к ухудшению массогабаритных показателей ТВУ. Таким образом, реально выбор чисел витков вторичных обмоток трансформатора весьма ограничен. При этом значение их отношений не обеспечивает приемлемой симметрии работы каналов L-ТВУ.

В главе 3 исследовано также влияние на работу устройства второго АФ – неравенства внутренних эквивалентных сопротивлений каналов – r1Э, r2Э, характеризуемого их отношением В=r1Э /r2Э. Искомые зависимости, полученные на основе сформированного модельного описания, представлены на рис.3.3. Попутно было исследовано влияние отношения входного активного сопротивления к сопротивлению нагрузки k = r/R на характеристики ТВУ. Нужно отметить, что исследование влияния внутренних сопротивлений источника питания на процесс выпрямления переменного напряжения для ряда схем выпрямителей уже проводилось рядом исследователей, в том числе Репиным А.М. (Белопольский И. И., Репин А. М., Христианов А. С. Стабилизаторы низких и миливольтных напряжений - Москва: Энергия, 1974). Ими были определены некоторые параметрические соотношения, которые обеспечивают режим удвоения пульсности выпрямленного напряжения. В диссертационной работе этот режим рассмотрен для трехфазной мостовой схемы Ларионова и для двухканального ТВУ на базе двух трехфазных мостовых схем. В частности показано, что для мостовой схемы режим удвоения пульсности выпрямленного напряжения имеет место при k=r/R=0,577.

В заключении главы делается вывод о невозможности устранения токовой разбалансировки токов каналов параметрическим способом.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию структурноалгоритмических способов нейтрализации ассимметрирующих факторов (АФ) L-ТВУ.

Способ параметрического симметрирования Предложенный и рассмотренный в работе способ выравнивания напряжений каналов с помощью "вольтодобавки" позволил приблизиться к решению проблемы симметрирования токов каналов L-ТВУ, однако оказалось, что он работоспособен только в условиях неизменной нагрузки.

Способ суммирования выходных напряжений каналов Наиболее известно решение L-ТВУ с организацией выходов мостов по схеме СН, то есть с последовательным их соединением. Устройство может иметь как один, так и два трансформатора с различными вариантами организации фазового сдвига напряжений на вторичной стороне. В данном решении отпадает необходимость в трансфильтре. Независимая работа выпрямителей здесь обеспечивается самим принципом действия схемы – протеканием в выходной цепи общего тока, что и определяет ее имманент ное свойство. Несмотря на наличие у нее совершенно неоспоримых достоинств, использование данной структуры в качестве базового решения для построения низковольтных преобразователей, в том числе бортовых, неэффективно. Связано это, прежде всего, с увеличенными потерями, обусловленными протеканием полного тока нагрузки через четыре последовательно включенных выпрямительных диода.

Этого недостатка лишено разработанное с участием автора двухканальное L-ТВУ с СН-схемой на первичной стороне (с последовательным включением первичных обмоток трансформаторов) и с СТ-схемой на вторичной стороне (с параллельным соединением выходов выпрямителей) - рис. 4.1. Независимая работа выпрямителей здесь обеспечивается также без использования трансфильтра.

По критериям проектирования бортового электрооборудования существенным недостатком данной структуры является необходимость конструктивного оформления всех выводов первичных обмоток одного из трансформаторов, что негативно сказываетРис.4-1. Вариант структурной организася на массогабаритных показации двуканального двухтрансформаторнотелях L-ТВУ. Необходимо отме- го L-ТВУ с использованием способа принудительного (активного) симметрироватить и тот факт, что в силу чрезния токов каналов.

вычайной ограниченности номенклатуры трехфазных магнитопроводов, пригодных для применения в бортовой технике, практически невозможно так подобрать их типономиналы, чтобы два трансформатора были бы по совокупности энергетических и массогабаритных показателей эквивалентны одному трансформатору с двумя комплектами вторичных обмоток, то есть при практической реализации теоретически возможный оптимум не достигается.

Способ структурноалгоритмического симметрирования Наиболее рациональным способом симметрирования Рис.4-2. Вариант однотрансформаторного работы L-ТВУ преддвухканального L-ТВУ со структурноалгоритмическим симметрированием с помощью трех однофазных трансфильтров.

ставляется введение в его структуру элемента (элементов), так воздействующих на алгоритм работы каналов, чтобы при сохранении всех признаков L-канального преобразования сделать его индифферентным к разбалансирующему действию внутренних АФ. Такой способ симметрирования можно охарактеризовать как структурно-алгоритмический. Техническое решение, удовлетворяющее такой концепции построения было разработано при непосредственном участии автора. Один из доведенных до опытноконструкторской реализации вариантов показан на рис.4-2. Последующими детальными исследованиями была подтверждена высокая эффективность этого решения. На этом основании была предложена и защищена патентами (для различных применений) серия технических решений не только с канальностью L=2, но и с L=3 и L=4. Структурно-алгоритмическое симметрирование в L-ТВУ на рис.4-2 реализовано с помощью специально введенных трех однофазных двухобмоточных трансфильтров TF1…TF3, работающих на переменном токе. Обмотки трансфильтров W' и W" включены последовательно с одноименными по фазе вторичными обмотками W2' и W2" трансформатора. При этом, если обмотки W' и W2' включены встречно, то обмотки W" и W2" - согласно, и наоборот. Отношение числа витков обмоток трансфильтров таково, что W'/W" = W2"/W2' = 3. Три однофазных трансфильтра могут быть объединены в один трехфазный. Показано, что описанный выше технический прием применим также и к двухтрансформаторным преобразователям, причем трансфильтры здесь могут быть установлены как на вторичной, так и на первичной сторонах трансформаторов. Серия новых решений запатентована. Поскольку рассматриваемое семейство преобразователей является новым, неизученным и достаточно сложным для анализа из-за многосвязности протекающих в схемах процессов, была поставлена задача создания соответствующего модельного описания, обеспечивающего их инженерное проектирование.

Надо отметить, что позднее была обнаружена схожая по структуре схема ТВУ (патент Великобритании № 2113927A, 1983 г.). Однако с учетом существа решаемой задачи совокупность существенных признаков рассматриваемого в диссертации решения и вариантность предложенных в нем структурных схем позиционируют его как самостоятельное самодостаточное решение, содержащее необходимый объем проектной информации, определяющей отличительные особенности процессов в ТВУ.

Пятая глава посвящена разработке модельного описания двухканальных L-ТВУ со структурно-алгоритмическим симметрированием. Под модельным описанием понимается необходимая для проектирования, прежде всего, количественная взаимосвязь между амплитудой линейной ЭДС EЛm вторичной трехфазной обмотки и амплитудой выпрямленного напряжения Udm, а также расчетное напряжение трансфильтров (TF) и действующее значение тока в его обмотках. Из-за относительной сложности задачи, на первом этапе ее решения принят ряд традиционных допущений - не учитываются второстепенные факторы: падения напряжения на диодах мостов, активные сопротивления обмоток трансформатора, TF и их индук тивности рассеяния, ток нагрузки считается идеально сглаженным. Исследовалась схема L-ТВУ с тремя однофазными TF переменного тока по рис.4.2. Установлено, что все напряжения на TF описываются четырьмя повторяющимися фрагментами тригонометрических функций – рис.5-1.

Взаимосвязь между мгновенными значениями линейной ЭДС ел(t), линейного напряжения uл(t) и напряжением на обмотке TF - uTF(t), например, для 2-го канала определяется выражением:

ел(t) uл(t) uTF (t). (5-1) Рис.5.1. Линейная ЭДС вторичной обмотки трансформатора - ел(t), линейное напряжение на входе мостов – uл(t) и напряжение на обмотке трансфильтра – uTF(t).

Напряжение uTF(t) на полупериоде напряжения питания L-ТВУ имеет 6 точек излома, которые характеризуется тремя значениями уровней (рис.5.1):

Pages:     | 1 || 3 |






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