Диссертация (Исследование и разработка аппаратов регулирования защиты и коммутации для систем электроснабжения полностью электрифицированных самолетов), страница 10

Длительностьпервого этапа регулируют, так же как и в режиме понижения.Второй этап этом режиме реализуется так же, как и в режиме «понижения».(2.2.12).На последнем этапе того же периода производится передача дозы полнойэнергии реактора, имеющейся у него к моменту начала данного этапа, содновременной передачей через обмотку 8 дополнительной дозы энергии отисточника в основную нагрузку путем включения обмотки 8 последовательномежду источником и нагрузкой через замкнутый ключ 6 и диод 7 приразомкнутом ключе 12 (2.2.13). Длительность этого этапа регулируют так же, каки в режиме понижения напряжения.84В режиме «повторение напряжения» в добавление к импульсам,подаваемым на основные выходные выводы блока управления 13 в том жепорядке, что и в режиме повышения напряжения, на дополнительный выходнойвывод блока управления 13, подключенный к управляющему выводу вентиля 23,подаются дополнительные импульсы, фронт каждого из которых совмещен повремени с фронтом первого в ранее указанной паре импульса и со срезом второго,а срез – с фронтом второго.Указанный режим по чередованию и топографии токовых цепей на первоми промежуточном этапах аналогичен режиму «повышения напряжения», а напоследнем этапе периода цикла одновременно с операциями, указанными врежиме «повышения», производят рекуперацию части полной энергии реактораобратно в источник питания путем подключения обмотки 8 параллельноисточнику через диод 11 и управляемый рекуперативный вентиль 23.

(2.2.14).Питание дополнительных нагрузок, подсоединенных к дополнительнымвыходным выводам 19, 20 преобразователя (см. 2.2.7) обеспечивается путемтрансформаторного обратноходового преобразования. Передача части полнойэнергии реактора производится только на последнем этапе периода каждого циклапри любом из рассматриваемых режимов, когда полярность и величина ЭДСиндукции каждой из дополнительных обмоток 15, 16 реактора 7 будутотпирающимидлядополнительныхвыходныхдиодов17,18.Вслучаерезистивных дополнительных нагрузок напряжения на них будут соотноситься снапряжением на основной нагрузке в соответствии с отношениями чисел витковобмоток 15,16 к числу витков обмотки 8 (коэффициентами трансформации).Рассматриваемыйспособимпульсногопреобразованияпостоянногонапряжения, благодаря дуальному управлению (с регулированием длительностейпервого и последнего интервалов периода без жесткой их взаимосвязи) позволяетобеспечить жесткую статическую устойчивость преобразователя в широкомдиапазоне возмущающих воздействий со стороны источника (например, прииспользовании выпрямленного однофазного сетевого напряжения с большой85глубиной пульсаций) и со стороны нагрузки (например, сбросах и набросах).Указанное утверждение нетрудно обосновать на примере сравнительного анализареализации режима «повышение напряжения» в устройстве (способе) - аналоге ив рассматриваемом устройстве (предложенном способе).В конверторе , как и в классическом повышающем однотактном(бустерном) конверторе регулировочно-передаточная характеристика при условиинепрерывности тока (потокосцепления) реактора при неучете активных потерь вэлементах имеет вид: K tU21, где   1 - относительная длительностьTU1 1  первого этапа (коэффициент заполнения управляющего импульса для выходногошунтирующего ключа), Т-период следования циклов, U1 и U 2 – напряженияисточника и нагрузки.

Отсюда следует «жесткое» (однозначное) условие дляобеспеченияцикличности(циклическогоравновесия): 11.KUПринеизменных входном и выходном напряжениях, например при перекачиванииэнергии из одной энергоемкой аккумуляторной батареи в другую с большимнапряжением, для обеспечения квазистатического циклического равновесиянеобходимо строго удерживать величину  на указанном постоянном уровне, чтопрактически не реализуемо. Действительно, величина среднециклическогозначения тока обмотки реактора в указанном соотношении не участвует, то придаже незначительном отклонении  от этой величины ток в обмотке будет либонеограниченно нарастать, пока не превысит максимальное допустимое значениедляполупроводниковыхприборов,либоснизитсядонуляистанетпульсирующее-прерывистым, что исключит возможность использовать реактор вкачестве стабилизирующего буферного фильтра (промежуточного индуктивногонакопителя).Поэтомудляподдержанияусловиянепрерывноститока(потокосцепления), реакторной обмотки в устройстве (способе)-прототипеподдерживают динамическое равновесие (с малыми колебаниями) с помощьюнепрерывнодействующейотрицательнойобратнойсвязью,причемс86комбинированной (компаундной) зависимостью по выходному напряжению и потоку обмотки реактора.

Указанная неспособность обеспечения статическойустойчивости (устойчивого или безразличного равновесия) сужает диапазоныдопустимых внешних воздействий, при которых преобразователь способенсохранять хотя бы динамическую устойчивость и не срываться в режимавтоколебаний.В устройствах для реализации предлагаемого способа при условиинепрерывноститокавпервичнойобмоткереактора(илисуммарногопотокосцепления) и при неучете активных потерь в элементах первый ипоследний (третий) этапы описываются соотношениями:LI  U1 T при 0  t  t1 и L I  (U 2  U1 ) 3T при T  t3  t  T , где1 t1tи  3  3 - относительные длительности первого и третьего этаповTTпериода Т. Введение промежуточного (второго) этапа с сохранением величинытока (потокосцепления) приводит к относительно «мягкому» (неоднозначному)условию для  1 и  3 :  1   3  1 Из вышеуказанных равенств следует соотношение:1U KU  1 где KU  2 - коэффициент передачи по напряжению.3U1Из указанных соотношений получаем «мягкое» условие равновесия(статической устойчивости) для дуального регулирования  1 и  3 :  1  1 1 1иKU1, которые характеризуют большой запас по области статическойKUустойчивости и легко реализуемы в достаточно широких диапазонах внешнихвоздействий, например, глубины пульсаций входного напряжения и резкихизменений параметров нагрузки.87Пример автономной системы электроснабжения на базе предложенныхсхемотехнических решений.Рассмотрим пример автономной системы электроснабжения [6], в которойиспользуются схемотехнические решения описанные выше.Рис.

2.2.1688Автономнаясистемаэлектроснабжениясодержитэлектромашинныйгенератор 1 переменного тока, управляемые выпрямители 2,3 повышенного инизкого напряжения, трехфазный инвертор 4 переменного тока стабильнойчастоты, распределительные устройства 5,6 переменного тока нестабильной истабильной частоты, распределительные устройства 7,8 постоянного токаповышенного и низкого напряжения с общим заземленным выводом 9,зашунтированные фильтровыми конденсаторами 10,11,12, схему управления 13 сосновными выходными выводами 14,15, обратимые выпрямительно-инверторныепреобразователи 16,17 низкой и повышенной частоты, трансформатор 18 спервичной и тремя вторичными обмотками, обратимый трехканальный конвертор19, три электронные диодно-ключевые стойки 20,21,22.Схема управления имеет также модулирующие выходные выводы 23,24,25.Система содержит также четыре сглаживающие реактора 26,27,28,29, тривспомогательных управляемых ключа 30,31,32. Схема управления имеет такжекомандный вывод 33, вспомогательные модулирующие выходные выводы 34,35 идополнительныевыходныевыводы36,37,выпрямитель2повышенногонапряжения выполнен обратимым с возможностью обратного инвертирования.Выпрямительно-инверторный преобразователь 16 низкой частоты выполненпо схеме с корректором коэффициента мощности (например, по известной схемеВиенна-выпрямителя), а схема управления 13 выполнена с возможностьюимпульсного формирования синусоидальной формы входных токов корректоракоэффициента мощности преобразователя 16 и их синхронизации с фазныминапряжениями генератора переменного тока 1.

Это может быть реализовано спомощью широко известной микросхемы «Корректор коэффициента мощности».Рассмотрим принцип работы автономной системы электроснабжения [27].Ротор синхронного генератора 1 переменного тока вводится в зацепление свалом приводного двигателя и после его разгона вращается, в общем случае - с89нестабильной угловой скоростью, в результате чего к шинам трехфазногораспределительного устройства 5 переменного тока нестабильной частоты,питающее мощные нагревательные и другие нагрузки, некритичные к качествуэлектроэнергии.В исходном состоянии вспомогательный управляемый ключ 30 замкнут, аключи 30 и 32 выключены, что соответствует прямому направлению потокапреобразуемой электроэнергии от генератора 1 к нагрузкам, подключенным кшинам распределительных устройств 6, 7 и 8, питающих нагрузки, критичные ккачеству электроэнергии.Выпрямительно-инверторный преобразователь 16 низкой частоты работаетпри этом режиме в качестве управляемого выпрямителя, питающего череззамкнутый ключ 30 выпямительно-инверторный преобразователь 17 повышеннойчастоты, работающий при этом режиме в качестве инвертора прямоугольногонапряжения.

Трансформатор 18 при этом выполняет функции гальваническиразвязанногорасщепленияисогласованиятрехвыходныхнапряжений:повышенного, подводимого к управляемому выпрямителю 2 с заземленнымсредним выводом промежуточного (нулевого) потенциала, и низкого, ,подводимого к управляемому выпрямителю 3.Второй 27, третий 28 и четвертый 29 сглаживающие реакторы при этомработаютвкачествебуферныхнакопителейэлектромагнитнойэнергиипостоянных токов, замыкающихся по цепям транзисторов электронных диодноключевых стоек 20, 21, 22 и выходных управляемых вентилей управляемыхвыпрямителей 2, 3.Электронные диодно-ключевые стойки 20,21,22 одновременно с этимвыполняютфункциюстабилизатороввыходныхнапряженийнараспределительных устройствах 7 и 8 (путем широтно-импульсной модуляциипереключений направлений токов сглаживающих реакторов).90Обратимый трехканальный конвертор 19 осуществляет резервное взаимноепитание распределительных устройств 7, 8 постоянного тока с помощьювходящих в его состав понижающих и повышающих (бустерных) импульсноключевых модуляторов.Инвертор 4 переменного тока преобразует постоянное повышенноенапряжение распределительного устройства 7 в трехфазное синусоидальноенапряжение, подаваемое на распределительное устройство 6 переменного токастабильной частоты.Принеобходимостирекуперацииэнергии,накопленнойвцепяхэлектродвигательных нагрузок (в режиме их рекуперативного торможения) илиэнергоемких индуктивных нагрузок, система переводится в режим обратногонаправления потоков электроэнергии от распределительных устройств 6,7,8 вгенератор 1 переменного тока, работающий при этом в режиме электродвигателяпеременного тока и возвращающий указанную энергию приводному двигателю(например, топливному авиадвигателю).