WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

А1ЛTF, А2ЛTF и А3ЛTF - для линейных напряжений (в первом канале), и В1ФTF, В2ФTF и В3ФTF - для фазных напряжений (во втором канале). Точки излома соответствуют границам интервалов квантования. Изначально при реше нии предполагалось использовать традиционный путь - метод припасовывания (метод мгновенных значений). Найдя параметры функции uTF(t), можно затем найти и параметры функции uл(t). Оказалось, однако, что решить поставленную задачу, опираясь на эти исходные данные, не представляется возможным, так как на каждом интервале квантования из трех параметров функции uTF(t) может быть определен лишь один из них (см.

рис.5.1):

В3ФТF ЕЛm sin /12 2 3 ЕЛm (5-2) В результате был найден иной путь: в качестве исходной взята другая величина - линейное напряжение на входе мостов, имеющее квазитрапецеидальную форму (рис.5.1). Оно также характеризуется шестью интервалами квантования, три из которых, представляющие верхнее основание квазитрапеции, образованы тремя пульсами выпрямленного напряжения, один интервал является нулевым, а два интервала, представляющие боковые стороны квазитрапеции, как показано, описываются соответствующим по фазе фрагментом синусоиды с амплитудой:

UБКТm = 2 3 Udm, (5-3) Заметим, что при принятых допущениях амплитуда линейного напряжения на входе мостов UЛm равна амплитуде выпрямленного напряжения Udm:

UЛm = Udm. (5-4).

Ключевым при решении задачи этим способом является использование следующего физического факта. По принципу работы TF для основных гармоник напряжения и тока он является "прозрачным". Это означает, что потокосцепления двух обмоток, равные и противоположные по знаку, не создают в его магнитопроводе магнитного потока. Для строгости рассуждений заметим, что на первом этапе анализа приняты еще два допущения:

отношение чисел витков обмоток точно равно 3 (в последующем оно снято), а намагничивающий ток трансфильтра равен нулю. Таким образом, содержание ЭДС ЕЛm после прохождения ее через трансфильтр остается неизменным. Тогда искомую взаимосвязь между EЛm и UЛm=Udm можно найти путем разложения в ряд Фурье линейного напряжения на входе мостов uл(t):

uл (t) (5-5) b sin2k 1 t 2k k где Udm - амплитуда выпрямленного напряжения.

и определения в нем содержания основной гармоники b1= UЛ(1)m. Определив эту величину, однозначно можно утверждать, что это и есть амплитуда ЕЛm искомой линейной ЭДС ел(t):

b1 = UЛ(1)m = ЕЛm. (5-6) С учетом выбранного предела интегрирования (0…/2) функция uл(t) описывается тремя фрагментами трех синусоидальных функций (рис. 5.1). Поэтому коэффициент Фурье b2k+1 в (5-5) удобно представить в виде трех составляющих:

( ( ( b2k 1 b21) b22) b23). (5-7) k 1 k 1 k После их вычисления, для первой гармоники (при k=0) получим следующее выражение:

( (2) (3) b1 b11) b1 b 1 1 1 1 1 1 2 3 3 Udm (5-8) 6 2 2 6 2 6 1 3 2 Udm Udm 1,07735Udm 2 2 Таким образом, с учетом (5-6) искомая взаимосвязь между ЕЛm и Udm найдена. Результаты компьютерного моделирования подтверждают полученное соотношение с высокой точностью (не хуже 0,5%).

Наибольшее значение уровня напряжения в первой точке излома 3 определяется выражением (5-2). С учетом взаимосвязи (5-8) эту величину удобно выразить через амплитуду выпрямленного напряжения Udm:

1 2 В3фTF 2 3 Udm 0,27884 Udm. (5-9) 2 Предложенная методика расчета TF основана на использовании именно этого параметра: в качестве расчетного взято напряжение треугольной формы с максимальным значением В3ФTF, период которого описывается двумя наибольшими фрагментами напряжения uTF(t).

В главе 5 дана также оценка амплитудной несимметрии в напряжениях каналов на работу TF. Логика анализа при этом, как, впрочем, и ранее, базировалась на следующем факте, подтвержденном как экспериментально, так и компьютерным моделированием: линейные напряжения на входах выпрямительных мостов одинаковы как форме, так и уровню и равны полусумме исходных линейных напряжений каналов (до трансфильтров). Это значит, что при несимметрии полуразность ЭДС каналов (по основной гармонике) eTF(1)(t) падает на обмотках трансфильтров каналов, причем в канале с меньшей ЭДС складываясь с ней, а в канале с большей ЭДС вычитаясь из нее:

1 еTF (1)(t) eл(1)(t) e11 (t) e1 (t). (5-10) л л(1) (1) 2 Следовательно, TF выравнивает не только токи, но и напряжения.

Поэтому, если при полной симметрии напряжений каналов основная гармоника в спектре напряжения TF отсутствует, то при наличии асимметрии она появляется, и расчет TF должен вестись уже с учетом этого фактора.

На основе полученного модельного описания дается подход к расчету трансфильтра, в том числе с учетом последнего фактора.

В главе 6 представлены результаты разработки и экспериментального исследования двухканального L-ТВУ. Целью экспериментальных исследований являлось подтверждение достоверности и точности основных положений и соотношений, полученных в предыдущих главах настоящей рабо ты. При непосредственном участии автора в соответствии с реальным техническим заданием было разработано и испытано устройство ТВУ-6С мощностью 6 кВт, на базе которого были исследованы методы симметрирования, рассмотренные в главе 4, в том числе подтверждена высокая эффективность разработанного решения.

Особенностями проектирования и конструирования являются повышенная интенсивность использования материалов ТВУ – стали магнитопроводов и меди обмоток моточных изделий, обеспечивающая желаемое снижение массы, а также высокая плотность упаковки узлов ТВУ, обеспечивающая снижение его объема. Реализация этих особенностей достигается использованием принудительного воздушного охлаждения и использованием новых эффективных конструкторско-технологических решений, часть их которых разработана и запатентована при непосредственном участии соискателя. Среди них решения, связанные не только с технологией изготовлением трансформатора и трансфильтров, но и с охлаждением и рациональной компоновкой узлов, которые в совокупности позволили получить высокий удельный показатель ТВУ-6С – примерно 1кг/кВт.

Заключение 1. Для определения приоритетного направления модернизации выпускаемых бортовых электроэнергетических комплексов проведен их обзор.

Приведены основные их показатели, создающие ориентиры для выявления резервов их совершенствования. Показано, что наибольшее применение на борту летательных аппаратов находят трансформаторно-выпрямительные устройства (ТВУ).

2. Проведены систематизация и классификация совокупности известных решений ТВУ с двухканальным преобразующим трактом (с пульсностью выпрямленного напряжения m1Э=12). Обоснована целесообразность использования структуры ТВУ с суммированием токов каналов. Все решения ТВУ этой группы обеспечивают малый уровень пульсаций выпрямленного напряжения (< 3,5%), малое значение коэффициент гармоник потребляемого из сети тока (КГ(i) 0,15) и высокое содержание постоянной составляющей выпрямленного напряжения (Ud0=0,9886·U Лm, где UЛ – m амплитуда линейного напряжения на входе мостовых выпрямителей). С целью упорядочения информации и для упрощения изложения материала эти устройства предложено обозначать как 3-х фазные выпрямители с двухканальным преобразующим трактом и с трансфильтром в цепи постоянного тока – L-ТВУ(+TF2=), где L – в общем случае целое число, а в рассматриваемом случае L=2; нижний индекс "2" при TF означает – двухобмоточный. По качеству преобразования, определяющему электроэнергетическую совместимость, устройства этого типа являются малоискажающими.

3. Сопоставительный анализ решений этой группы показал, что минимальные габаритную мощность и массу трансформаторного узла без учета ассимметрирующих факторов (АФ) имеет решение 2-ТВУ(+TF2=) с одним трансформатором и с двумя вторичными обмотками с топологией "звезда" и "треугольник".

4. На основе практического опыта применения 2-ТВУ(+TF2=) впервые выявлена значительная (до 50% и более) токовая несимметрия в каналах, обусловленная практически неустранимой неидентичностью параметров каналов – напряжений и сопротивлений вторичных обмоток трансформатора. Этот органически присущий данному решению недостаток в данном применении приводит к существенному ухудшению технических и энергетических показателей ТВУ.

5. Экспериментально выявленный факт послужил основой для проведения теоретического исследования влияния АФ на разбалансировку токов каналов и на показатели качества 2-ТВУ(+TF2=). Получено необходимое модельное описание, подтверждающее этот факт и сделаны необходимые для проектирования выводы и рекомендации.

6. Одним из новых, практически значимых результатов выполненного теоретического исследования является также установление факта удвоения пульсности выпрямленного напряжения при соответствующем для конкретной схемы выпрямления отношении входного активного сопротивления r выпрямителя к его выходному сопротивлению R. Этот факт предложено использовать для построения безынерционных датчиков 3-х фазного напряжения. Применение их в системах автоматической стабилизации напряжения генерирующих систем позволяет улучшить их динамические характеристики.

7. В поисках технического решения, устраняющего недостатки традиционного решения группы 2-ТВУ(+TF2=), при непосредственном участии соискателя разработано новое ТВУ, характеризуемое тем, что взамен трансфильтра в цепи постоянного тока предложено использовать 3 трансфильтра в цепи переменного тока. Решение запатентовано. Высокая эффективность нового ТВУ подтверждена имитационным компьютерным моделированием (ИКМ) и последующим натурным моделированием. В рамках используемой терминологии новое решение обозначено как 2- ТВУ (+3TF2).

8. Найденный эффективный принцип синтеза был распространен на ТВУ многоканального типа с большей пульсностью - m1Э =18 (обозначение: 3-ТВУ(+3TF3)) и m1Э =24 (обозначение: 4-ТВУ(+3TF2+3TF2)). Эти два решения (с модификациями) также запатентованы. Их целесообразно использовать при больших мощностях преобразования – в десятки и сотни кВт соответственно.

9. На основе ИКМ и теоретических исследований разработано модельное описание нового 2-ТВУ(+3TF2), создающее основу для проведения процедуры параметрической его оптимизации. В частности, показано, что суммарная габаритная мощность трансформаторных узлов в предложенном решении 2-ТВУ(+3TF2) не превышает суммарной габаритной мощности прототипа – 2- ТВУ(+TF2= ).

10. Завершающим этапом работы является практическая реализация по лученных в проведенном исследовании результатов. Содержание работы здесь может быть охарактеризовано как конструкторско-технологическая оптимизация новой разработки. Достаточно высокие показатели качества реализованного ТВУ - его КПД тву 0,85 и удельная масса, равная примерно gтву 1 кг/кВт, достигнуты за счет совокупности новых конструкторско-технологических решений и находятся на уровне лучших зарубежных достижений.

11. Научно-технический и конструкторский опыт, приобретенный в конкретной области (авиационной электротехники) при решении частной задачи модернизации ТВУ, может быть использован при разработке и модернизации не только ТВУ, но и других классов устройств силовой электроники (например, инверторов), причем не только в рассматриваемой области, но и в других областях, включая области общепромышленного применения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих публикациях:

1. Войтович И.А., Коняхин С.Ф., Цишевский В.А. Современные статические преобразователи шкалы "Б" // Практическая силовая электроника.

– 2005. - №19. - С. 33 - 37.

2. Войтович И.А., Коняхин С.Ф., Цишевский В.А. Статические преобразователи систем электроснабжения летательных аппаратов // Силовая интеллектуальная электроника. – 2005. - №1. - С. 31 - 34.

3. Коняхин С.Ф., Мыцык Г.С. // Влияние уровня развития элементной базы на схемотехнику бортовых статических преобразователей напряжения // "Радиотехника, электротехника и энергетика": Тез. докл. X1 Международной научн.-техн. конф. студентов и аспирантов 2-3 марта 2005 г. в Москве. - М.: Моск. энерг. ин.-т, 2005. – Том 2. - С. 87 - 88.

4. Коняхин С.Ф. Электролитические конденсаторы для преобразовательной техники // Практическая силовая электроника. – 2005. - №19. - С.

47 - 51.

5. Коняхин С.Ф., Михеев В.В., Мыцык Г.С., Цишевский В.А. О новой возможности улучшения технических показателей трансформаторновыпрямительных устройств с улучшенной электромагнитной совместимостью // Электрическое питание. Специальный выпуск (Системы и источники вторичного электропитания и элементная база для них): Сб. докл. научн.-техн. конф. в Санкт-Петербурге, 2005г.: - Санкт-Петербург, 2005. - С.

45 - 58.

6. Коняхин С.Ф., Сенцов А.А., Мыцык Г.С. Трансформаторновыпрямительное устройство с двухканальным преобразующим трактом и улучшенными характеристиками // "Радиотехника, электротехника и энергетика": Тез. докл. X1 Международной научн.-техн. конф. студентов и аспирантов 2-3 марта 2005 г. – Москва: Моск. энерг. ин.-т, 2005. – Том 2. - С.

88 - 89.

7. Пунгин Н.А., Коняхин С.Ф., Цветков А.Н. // Оптимальный теплоотвод от силовых элементов источника питания // Электрическое питание, 2006, №1. - С. 79 - 81.

8. Коняхин С.Ф., Мыцык Г.С., Цишевский В.А. О влиянии соотношения входного и выходного активных сопротивлений на режим работы многофазных выпрямительных схем // Электрическое питание. Специальный выпуск: Сб. докл. 11 научн.-техн. конф. по источникам вторичного электропитания и элементной базе для них в Санкт-Петербурге. - СанктПетербург, 2006. - С. 10 - 22.

9. Трехфазное трансформаторно-выпрямительное устройство с двухканальным преобразованием (варианты): Патент на изобретение №2280311 РФ / С.Ф.Коняхин, В.В.Михеев, Г.С.Мыцык, В.А.Цишевский. – 2004134707/22; Заявл. 30.11.04; Опубл. 20.07.06. – Бюл.№20. – 12с.

10. Трехфазное трансформаторно-выпрямительное устройство с двухканальным преобразованием: Патент на полезную модель №44900 РФ / С.Ф. Коняхин, В.В.Михеев, Г.С.Мыцык, В.А.Цишевский. - 2004137984/22;

Заявл. 27.12.04; Опубл. 27.03.05. - Бюл. № 9. - 4 с.

11. Устройство для выпрямления трехфазного напряжения с четырехканальным преобразованием энергетического потока: Патент на изобретение №2282298 РФ / С.Ф. Коняхин, В.В.Михеев, Г.С.Мыцык, В.А.Цишевский. - 2005106695/09; Заявл. 14.03.05; Опубл. 20.08.06. Бюл.

№23. - 12 с.

12. Устройство для выпрямления трехфазного напряжения с трехканальным преобразованием энергетического потока (варианты): Патент на изобретение №2282311 РФ / С.Ф. Коняхин, В.В.Михеев, Г.С.Мыцык, В.А.

Цишевский. - 20005106713/09; Заявл. 15.04.05; опубл. 30.09.06. Бюл. №.24.

- 13 с.

13. Коняхин С. Ф. "Элементная база перспективных бортовых систем генерирования электроэнергии" / Электроника и электрооборудование транспорта, № 5, 2008.

Pages:     | 1 | 2 ||






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