Автореферат (Исследование и разработка аппаратов регулирования защиты и коммутации для систем электроснабжения полностью электрифицированных самолетов), страница 2

С.Б.Резников, В.В.Бочаров, И.А.Харченко. –М.: Из-во МАИ-ПРИНТ, 2014.-160сАпробация работы: Основные результаты работы докладывались на научнопрактической конференции «Инновации в авиации и космонавтике», Москва, 2013год,инанаучно-практическойконференции«Инновациивавиацииикосмонавтике», Москва, 2014 год.Публикации: Материалы, отражающие содержание диссертационнойработы и полученные в ходе ее выполнения, опубликованы в 5 статьях, из которых 4статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ и в 2 сборниках тезисов докладов наконференциях. Также были получены 9 патентов на полезную модель и 1 патент наизобретение.Основные положения выносимые на защиту:1) разработанный способ обеспечения максимального быстродействия процессааварийной защиты от КЗ (при ограничении ГОСТом перенапряжения в сети ис учетом последовательно-предвключенных сетевых индуктивностей) дляминимизации адиабатно-поглощаемой энергии в балластном ограничителе дляминимизации энергии, выделенной источником электропитания за времявыключения аварийного тока в СППН;2) полученноеаналитическоеэнергопоглощенияотвыражениеаварийногоперенапряжения в сети;8токазависимостииминимальногодопустимойкратности3) разработанные способ и алгоритм управления системой распределенияпостоянного повышенного напряжения, предполагающий использованиекоммутационной шины с регулируемым напряжением для осуществленияпереключений в штатном режиме;4) предложенное схемотехническое решение для комбинированного аппаратазащиты и коммутации (КАЗК), позволяющего осуществлять аварийноерасцепление в бортовой сети постоянного повышенного напряжения безперенапряжения на ключевом элементе;5) предложенныеаналитическиевыраженияикомпьютернаямодель,позволяющая оптимизировать законы управления и параметры схем КАЗК;6) разработанный двунаправленный комбинированныйкоммутациипеременно-постоянноготока,аппаратдопускающийзащитыирекуперациюэлектроэнергии;7) разработанный аппарат регулирования защиты и коммутации (АРЗК), срасширенными функциональными возможностями, такими как аварийнаякоммутация, регулирование и двунаправленное преобразование напряжения.Достоверность научных результатовДостоверностьнаучныхрезультатовирекомендаций,отраженныхвдиссертационной работе, подтверждаются совпадением результатов аналитическихрасчетов и компьютерного моделирования с результатами экспериментальногоисследования.Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения, списка используемых источников.

Она содержит 133 страницы, в томчисле 61 рисунков и 1 таблицу. Список используемых источников содержит 36наименований.Краткое содержание работыВо введении показана актуальность темы, поставлены цель и задачи работы.Представлены апробация работы, а также ее научная новизна и практическаязначимость.9Первая глава посвящена описанию одного из наиболее перспективныхнаправлений развития авиационных систем электроснабжения (СЭС) - СЭС спервичной системой постоянного повышенного напряжения (СППН). ЧастичноСППН реализована в составе СЭС самолета Boeing-787, но там она является толькопромежуточной – для параллельного включения каналов, т.е.

без собственнойкоммутационно-защитнойаппаратуры(электромеханическойилиполупроводниковой).Основным недостатком СППН, до настоящего времени сдерживающим ихприменениеипосуществунейтрализующимвседостоинства,являетсянеобходимость оснащения штатных сетевых контакторов и аварийных автоматовзащиты (от коротких замыканий и утечек в изоляции) громоздкими инедолговечнымибездуговогодугогасительнымивыключениякамерами.сверхтоков,Любыепопыткиреализацииспомощьювакуумныхнапример-выключателей, ключевых транзисторов и запираемых тиристоров, приводит ксложностиадиабатногопоглощенияэнергиипредвключенныхсетевых LI m2 индуктивностей  и суммируемой с ней энергии, потребляемой от источника за 2  tвыклвремя спада тока   UIdt  , без перенапряжений на самом выключателе и сетевых 0нагрузках.До настоящего времени для решения этой проблемы в СППН наземногосетевого транспорта использовались контакторыс дугогасительными камерами,отличающиеся недолговечностью, большой массой и габаритами, что делает ихнепригодными для авиабортовых СЭС.

Также приводится расчет энергии адиабатнопоглощаемой балластным ограничителем напряжения выключателя. При неучетеактивного сопротивления сети получаем временную зависимость спадающего тока –как решение простейшего дифференциального уравнения:UП  LdIUmdtв виде линейной функции: I  t   I m (1)Um U П t , (2)L10откуда время спада tсп тока I(t) до нуля будет: tсп LI m.Um U П(3)За это время транзисторный переход или балластный ограничительнапряжения должен рассеять энергию, накопленную в сетевой предвключеннойиндуктивности, и энергию, поступающую от источника питания:tL I 2 спL I2IW  c2 m   U П I  t  dt  c2 m  U П 2m tсп0(4)Подставив (3) в (4), получаем выражение для адиабатно поглощаемойбалластным узлом энергии:W гдеKUm>1UП–LI m2UmLI 2 K m,2 Um U П2 K 1кратностьперенапряжения(5)натранзисторев“стабиллитронном” режиме (или на шунтирующем ПОН).Рис.1На Рис.1 представлены типовые и идеализированные временные диаграммытока короткого замыкания I(t) и напряжения на транзисторе для аварийныхбыстродействующих выключателей а) АБВRБ , б) АБВПОНВ работе приведен анализ способов защиты от импульсов перенапряжения наключевых элементах, на основании которого сделан вывод о целесообразности,разработки принципиально новых способов аварийной защиты для СППН.11Рассмотреныисравненысуществующиеимпульсныерегуляторыистабилизаторы постоянного напряжения.Поставлена задача разработки унифицированных многофункциональныхмодулей, совмещающих функции двунаправленного регулирования и стабилизациипостоянного напряжения, в частности – обратимых импульсных конверторов (ОИК)и функцию АБВ.Вторая глава посвящена разработке принципов и средств регулирования икоммутациисетевогонапряженияипроцессовадиабатногопоглощенияэлектроэнергии разгрузочными резисторами в АБВ и ее минимизации, а такжебездуговой и безыскровой штатной контакторной коммутации в авиабортовых сетяхпостоянного повышенного напряжения (СППН 270 и 540В).

Разработанный в ходеисследований комбинированный электронно-электромеханический аппарат защитыи коммутации (Рис.2) позволяет обеспечить максимальное быстродействиеадиабатного поглощения энергии, накопленной в предвключенной индуктивностипроводов и обмоток генераторов, а также выделенной источником. Такжепредставлен АРЗК, в котором реализован нетрадиционный принцип построенияконверторов на базе безреверсивного индуктивного накопителя. Он обладаетрасширеннымирегулированиефункциональныминапряжения,возможностями,стабилизациякоммутация (Рис.3).12такиминапряжения,акак:такжеобратимоезащитаиРис.2Рис.313Рис.4Рассматриваются разработанный принцип построения и алгоритм управлениядля СППН, предполагающий использование дополнительной (коммутационной)шинысрегулируемымнапряжениемдлябездуговых(ибезыскровых)переключений, в штатном режиме.

Предложен ряд схемотехнических решений попостроению регуляторов напряжения для питания коммутационной шины. На Рис.5представленаупрощеннаяструктураодногоканаламногоканальнойкомбинированной автономной системы электроснабжения без привода постояннойчастоты вращения генератора с первичной системой генерирования и распределенияпеременного тока нестабильной частоты и тремя вторичными системамираспределения, из которых дифференциальная СППН (0±270В или 0±135В)построена на базе коммутационных шин.Третья глава посвящена расчету оптимального и "квазиоптимальных"процессов регулирования КАЗК при коротком замыкании.

Получено условие дляоптимального процесса спада тока короткого замыкания до нуля, исходя из теоремыФельдбаума об "n-1" переключении в линейных системах «n»-го порядка.14Рис.515Проведенная аналитическая оптимизация импульсного управления для КАЗКавиационно-бортовыхминимальнойСППНпозволяетсоздатьуказанныеадиабатно-поглощаемойвыключателисэнергией.Рис.6На Рис.6 приведены временные диаграммы для "квазиоптимального" процессавыключения тока короткого замыкания с помощью АЗК с линейно спадающимтоком регулирования АЗК ( I per )Четвертая глава посвящена компьютерному моделированию КАЗК впрограмме Electronics Workbench 10 (Рис.7).16Рис.7Приведены результаты моделирования: осциллограмма напряжения на АБВ(цепи R2 -C2) (Рис.8),Рис.8а также осциллограмма спада тока короткого замыкания (Рис.9).17Рис.9Также были построены модели применяемых на данный момент устройствзащиты от коротких замыканий. Результаты сравнительного моделированиянаглядно показали, преимущество предлагаемого способа защиты и коммутацииперед существующими.Пятаяглавапосвященаэкспериментальнымисследованиямирекомендациям к проектированию.Были экспериментальные исследования КАЗК на лабораторном макетномобразце(Рис.10).Результатыэкспериментовнезначительноотличатсяотрезультатов моделирования (с погрешностью по интегральным параметрам 5-10%).На Рис.11 представлены осциллограммы напряжения на АБВ и аварийного тока.Рис.1018Рис.11При проектировании аварийного быстродействующего выключателя (АБВ всоставеАРЗК),представляетсяцелесообразнымиспользоватьследующиерекомендации:1.Использоватьалгоритмуправления,блок-схемакоторогоизображена на Рис.