Диссертация (Исследование и разработка аппаратов регулирования защиты и коммутации для систем электроснабжения полностью электрифицированных самолетов), страница 11

Аналогичный процесс имеет место пристартерной раскрутке, приводного двигателя, от вспомогательного источникапостоянного или переменного тока. Для этого вспомогательный управляемыйключ 30 размыкается, а ключи 31 и 32 включаются. При этом инвертор 4переменного тока стабильной частоты переводится в режим обратноговыпрямления. Обратные токи от шин распределительного устройства 7повышенного напряжения через вспомогательные управляемые ключи 31, 32 иключи электронных диодно-ключевых стоек 20 и 21 протекают по цепям второго27 и третьего 28 сглаживающих реакторов, а также по цепям постоянного токауправляемого выпрямителя 2 повышенного напряжения, работающего в обратноминверторном режиме и питающего вторичные обмотки трансформатора 18переменным прямоугольным напряжением повышенной частоты.ЭДС индукции, возникающая в первичной обмотке трансформатора 18через выпрямительно- инверторный преобразователь 17, работающий при этом в91режиме обратного выпрямителя, и через первый сглаживающий реактор 26подаетсянавыводыпостоянноготокавыпрямительно-инверторногопреобразователя 16.

Последний при этом переводится в режим обратноготрехфазного инвертора тока и через распределительное устройство 5 питаетякорные обмотки генератора 1 переменного тока.Еслиэнергияпоступаетизцепейнагрузок,подключенныхкраспределительному устройству 8 низкого напряжения, то она сначалапреобразуется с помощью обратимого конвертора 19 и затем передается повышеописанному тракту от распределительного устройства 7 к генератору 1.Обратимыйпреобразователь38частотыспособеносуществлятьдвустороннюю связь между распределительными устройствами 5, 6 переменноготока нестабильной и стабильной частоты как в штатных режимах (для разгрузкиосновного тракта, описанного выше), так и в аварийных режимах, а такжеспособен увеличить пусковую мощность системы при стартерной раскруткеприводного двигателя.Из приведенного описания работы следует, что в автономной системеобеспечиваетсянаправленийобратимостьпотоковивзаиморазветвленностьэлектроэнергии,чем(резервирование)достигаетсяповышениеэнергоэкономичности и надежности, в частности аварийной живучести системы.Выводы по главе.1.

Разработан способ обеспечения максимального быстродействия процессааварийной коммутации (при ограничении перенапряжения с учетомэлектромагнитнойэнергиипоследовательно-предвключенныхсетевыхиндуктивностей для минимизации энергии поглощаемой балластноразгрузочным резистором за время выключения тока в сетях постоянного92повышенногонапряжения;полученоаналитическоевыражениезависимости минимального энергопоглощения от аварийного тока идопустимой кратности перенапряжения в сети.2. Разработаны принцип построения и алгоритм управления подсистемыраспределенияпостоянногоповышенногонапряжения(РППН),предполагающий использование коммутационной шины с регулируемымнапряжением для бездуговых (и безыскровых) переключений, в штатномрежиме.3.

Предложенрядсхемотехническихрешенийдляреализациивышеупомянутых принципов: комбинированного аппарата защиты икоммутации (КАЗК) с аварийным быстродействующим выключателем(АБВ);реверсивногоконвертораобратимого(РОНИК);преобразователявыпрямительного(ОВИП)непосредственногообратимогоилипреобразователяимпульсноговыпрямительно-инверторногодвунаправленного(ДИВП),винверторноуниверсальноммногофункциональном импульсном преобразователе (МИП  ). Решениязащищены приоритетом РФ.4. разработан аппарат регулирования защиты и коммутации, с расширеннымифункциональными возможностями, такими как аварийная коммутация,регулирование и двунаправленное преобразование напряжения.5.

разработан нетрадиционный принцип построения конверторов на базебезреверсивногоиндуктивногонакопителя,обеспечивающийбезынерционность переключения направлений преобразования и высокоекачество процессов регулирования.93ГЛАВА3.РАСЧЕТОПТИМАЛЬНОГОИ"КВАЗИОПТИМАЛЬНЫХ" ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ КАЗКПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ.На рис.

3.1.1 приведена упрощенная эквивалентная схема КАЗК дляпроцесса отключения тока короткого замыкания ( I сети  I КЗ ) , успевшего кмоменту t0  0выключения электронного ключа (ЭК) достичь значения I 0 ,определяемого величиной предвключенной индуктивности L и быстродействиемустройства диагностики КЗ.Рис.3.1.1Всоответствиисэквивалентнойсхемойисходныминтегральнымуравнением является следующее:tU СБ1(I сети  I рег )dt ,СБ 0(1)где I рег  f ( VTБ ) - ток разрядного транзисторного ШИМ-регулятора.

I сети ток сети, U СБ и С Б - напряжение и электроемкость балластного конденсатора.94К (1) следует добавить следующее алгебраическое уравнение равновесиядля сетевого напряжения на входе КАЗК:U сети  U СБ  RБ1I сети ,(2)где RБ 1 - сопротивление незашунтированного балластного резистора.Величина тепловой энергии, рассеиваемой в балластном резисторе за времявыключения тока I КЗ , будет определяться выражением:WКАЗКLI 022tВЫКЛU ИСТ I сети (t )dt(3)0где I сети (t ) промежуточная искомая оптимальная функция, доставляющаяминимум функционалуWКАЗК .Так как уравнения (1) и (2) приводят к линейному дифференциальномууравнению первого порядка (n=1), то согласно теореме Фельдбаума (об "n-1"переключении) получаем условие для оптимального переходного процесса наинтервале t 0; tвыкл  :tU сети  const  Uгде K 1tвыклmaxЭК1; I сети (t )   (U П  U сети )dt )  I 0  I 0 (1  kt ) , (4)L0max- коэффициент быстродействия выключения (1/с); U ЭК-максимальное рабочее напряжение выключенного электронного ключа (ЭК).Подставляя условие (4) в уравнения (1) и (2), получаем систему:(5)из которой путем вычитания равенств и дифференцирования получаемискомую оптимальную функцию для ШИМ - регулирования :I рег (t )  I 0 (1  k (t   ))  I 0 ((1  k )  kt )где   RБ1СБ - постоянная времени балластной цепи.(6)95При t=0 : I рег (0)  I 0 (1  k ) ,а при t  tвыкл 1: I рег (tвыкл )   I 0 k .KПодставив выражение (6) в (5), получаем систему выражений:(7)оптимmax(0)  U ЭК RБ1 I 0При t=0 получаем: U СБ- начальное напряжениеmaxбалластного конденсатора, а к моменту t  tвыкл получаем: U СБ  U ЭК- конечноенапряжение конденсатора при его зарядке постоянным током I СБ .Таким образом, получаем, что для оптимального процесса необходимо кмоменту выключения ЭК иметь конденсатор С Б заряженным до напряжения U СБ, зависящего от величины постоянного тока КЗ I 0 , которая собственно идостигается к этому же моменту.

Отсюда следует, что при выбранной схемереализация оптимального процесса (см.рис.3.1.2) невозможна.Всвязисвышесказаннымрассмотримпервыйвариант«квазиоптимального» процесса выключения КЗ - при естественной заряженностибалластного конденсатора к моменту начала отключения t0  0 до номинальногонапряжения(8)сети,т.е.донапряженияквазиоптимсети(0)  U ном UП ,питания:U СБ96которое сохраняется в промежутке времени: от tКЗ  0 до t0  0 благодаряналичиюблокирующегодиодаРис.3.1.2VDБЛ (см.рис.3.1.4).97Рис.3.1.398Рис.3.1.4Для указанного первого «квазиоптимального» процесса вместо системы (7)запишем систему выражений:(8)99maxU ЭКUПгде КU - крутизна нарастания напряжения на C Б (тангенс углаtвыклнаклона кривой U CБ (t ) ).

Записав дифференциальное уравнение равновесия дляцепи L  RБ1  СБ :UП  LdI сети RБ1 I сети  U СБ (t ) , а также начальное условие: I сети (0)  I 0 ,dtполучаем с учетом (8) линейное дифференциальное уравнение первого порядка слинейной функцией времени в правой части: LdI сети RБ1 I сети  U П  KU t ,dt(9)которое приводится к виду y  P(t ) y  Q(t ) : I сетиKRБ1UI сети  П  U t ,LLLгде P(t )  const (10)KURБ1; Q(t )  П  U t , y (t )  I сети (t ) , y (0)  I 0 .LLLtPdtУравнение (10) имеет интегрирующий множитель   e   e , гдеL- постоянная времени цепи L  RБ1 .RБ1Общий интеграл находиться по формуле :y(t )  e  Pdttt Qe Pdt dt  C   e   U П  KU t  e dt  C  ,  L   L1t 1KU U П KUUП  U П KU   t  e dt edteeгде  .1LLLLLLtttt2Отсюда с учетом начального условия I сети (0)  I 0 получаем выражение длярешения: I сети (t ) K tU П ( t   2 )  C  I 0  U ,LL(12)100где  L- постоянная времени цепи L  RБ1 .RБ1Подставив (12) в (9), нетрудно убедиться в правильности полученногорешения.

Таким образом, «квазиоптимальный» процесс отключения тока прикоротком замыкании в нагрузке с помощью КАЗК определяется следующейсистемой временных функций:(13)maxLRБ1LU ЭКUП  В (c)где KU ,,.tIIвыкл00 RБ1KU KUtвыклсЗаметим, чтоI per (0)  I 0  KU CБI per (tвыкл )  I 0  KU CБ KU RБ1I 0   KU CБRБ1 KUИз последнего выражения следует, чтоmaxU ЭК U П  RБ1 I 0 ,откудаполучаем(14)выражениедлявыборавеличинытермоударостойкого балластного резистора:maxU ЭКUПRБ1 I0(15)RБ 1для101На рис.3.1.5. приведены временные диаграммы для описанного первого«квазиоптимального» процесса выключения КЗ.

Они отличаются от аналогичныхmaxдиаграмм (приведенных на рис. 3.1.2) только величинами U СБ (0) и U ЭК.Рис.3.1.5Энергия, выделяющаяся при этом на балластном резисторе RБ 1 , имеетвеличину:102WRБ1  RБ1tВЫКЛI2сетиdt RБ10где tвыклtВЫКЛ(I0 0KU 2t ) dt ,RБ1(16)maxRБ1U ЭКUПmax U П  RБ1 I 0 ., KU , U ЭК I0tвыклKUВыражение (16) можно записать в виде:2WRБ 1K  1 2K RБ1tвыкл ( I  I 0 U tвыкл   U   tвыкл),RБ1R3 Б1 20где tвыкл  I 0(17)RБ1.KUОбщая энергия, рассеиваемая в элементах КАЗК при выключении тока КЗ( I 0 ) при указанном процессе будет:WКАЗКLI 02UП2tВЫКЛ0LI 02 KU*,I сети dt 2 KU*  1(18)maxmaxU сетиU ЭКгде K - кратность перенапряжения на входе КАЗК.UПUП*UОба исследованных процесса имеют существенный общий недостаток:знакопеременный характер регулируемого токаI рег , требующий наличияобратимого регулируемого источника тока - вначале - разрядного, а затем зарядного.