Введение к работе
Актуальность темы. Многоканальные автономные электроэнергетические системы (АЭЭС) с импульсными и стационарными потребителями находят широкое применение в наземных транспортных средствах, используемых для накачки оптических квантовых генераторов, создания мощных магнитных полей и т.д. Автономные многоканальные электро -энергетические установки находят применение и имеют большую перспективу развития в передвижной малой электроэнергетике общепромышленного и исследовательского назначения: геологоразведочные рабо -ты, устройства для создания электрогидравлического удара, перед -вижные установки электроимпульсной сварки. Электроэнергетические системы этого типа имеют каналы для питания потребителей постоян -ного и переменного тока и импульсные каналы на базе накопителей енергии. Системы питания с емкостными накопителями (ЕЮ энергии являются наиболее распространенными, хотя в перспективе ожидается широкое применение механических (на базе различного типа ударных генераторов) и индуктивных накопителей энергии. .'
В настоящее время многоканальные АЭЭС при сопоставимой мощности привода и электросистемы созданы в отечественной технике в виде разрозненных мелких серий. Совершенствование таких АЭЭС общепро -мышленного и оборонного назначения: енижениеімаесн и габаритов , повышение надежности, улучшение энергетической эффективности, по -казателей качества электроэнергии в установившихся и переходных режимах является актуальной задачей с позиций развития передвижных установок "малой" энергетики и конкурентоспособности с зарубежными аналогами.
Вопросы улучшения показателей качества электроэнергии, особенно динамических показателей по напряжению, являются общими как для наземных АЭЭС, так -и для систем электроснабжения летательных аппаратов (СЭС ЛА). Оценка возможностей улучшения динамических характеристик электроэнергетических систем и путей, способов и средств достижения этой цели является важной задачей, особенно при сертификации АЭЭС самолетов и наземных транспортных средств (НТС) по международным стандартам. От положительного решения этих вопросов, направленных на повышение эффективности АЭЭС оборонного и гражданского назначения за счет оптимизации структур и параметров по обобщенному оценочному критерию, учитыващему связь массы с надежностью и
качеством электроэнергии, а также за счет усовершенствования и уточнения методов расчета и проектирования, существенно зависят перспективы развития многоканальных автономных систем с импульсными каналами генерирования.
Выполненная работа способствует решению комплекса задач, связанных с созданием трехканальной системы электроснабжения для наземных транспортных средств со стационарными и импульсными потре -бителями мощности.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР, проводимой на кафедре "Электрические машины и электроэнергетические установки летательных аппаратов" Московского авиационного института им. С.Орджоникидзе в соответствии с заказом промышленности на основа -нии решения директивных органов.
Цель диссертационной работы - улучшение массоэнергетических , надежностных и динамических характеристик многоканальных АЗЗС с импульсными каналами генерирования на базе ЕН.
Для достижения этой цели в данной работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Обоснование и разработка обобщенного критерия эффективности АЭЗС с учетом связи массы с динамическими характеристиками, надежностью.
-
Выбор и обоснование комбинированного метода синтеза рациональных структур трехканальной АЭЭС с: а) каналом постоянного то -ка; б) каналом переменного тока; в) импульсным каналом на базе ЕН.
-
Разработка математических моделей для исследования взаимовлияния каналов в синтезированной трехканальной структуре и опре -деления динамических отклонений напряжения при коммутации стационарной нагрузки.
-
Определение параметрических способов снижения динамических отклонений напряжения по результатам математического моделирования.
-
Разработка методики параметрического расчета генераторов
на заданное динамическое отклонение напряжения &UHA4 по результатам теоретических и экспериментальных исследований.
-
Проведение экспериментальных исследований "быстрых" и "медленных" зарядных процессов с целью определения вольтамперных характеристик для разработки методики расчета главных размеров зарядного генератора.
-
Разработка методики расчета главных размеров вентильного зарядного генератора с ЕН на основе вольтамперных характеристик 4
зарядного процесса.
Методы исследования» При выполнении работы использовались основные положения теории динамических режимов электрических машин , математического моделирования многосвязных электроэнергетических систем, численные методы решения дифференциальных уравнений с использованием ЭВМ и экспериментальные методы исследования динами -ческих режимов. Количественные расчеты проводились с использова -нием ЭВМ типа PC АТ-286.
Научная новизна, В диссертационной работе получены следующие новые результаты:
разработан новый обобщенный критерий эффективности АЭЭС для ЛА и НТС с учетом связи массы с динамическими характеристиками и надежностью;
предложен комбинированный метод синтеза, позволивший использовать разработанный критерий для обобщенного графа АЭЭС;
разработаны универсальные математические модели, алгоритмы и программы расчета для определения динамических отклонений напряжения и исследования взаимовлияния каналов многосвязных электро -энергетических систем ЛА и подвижных объектов;
разработан параметрический подход к расчету генераторов на заданное динамическое отклонение напряжения;
даны количественные оценки влияния основных размеров, ин -дуктивных параметров и массовых показателей синхронных генераторов на величину динамических отклонений напряжения при коммутации нагрузки;
получены аналитические выражения внешней (вольтамперной ) характеристики синхронных генераторов для "быстрых" зарядных процессов, позволившие разработать методику расчета главных размеров генераторов.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении рекомендации позволяют.создать АЭЭС ЛА и НТС с высокими техническими показателями. В частности:
предложен и разработан аддитивный критерий эффективности статических преобразователей, позволяющий набежать искусственного введения весовых коэффициентов;
разработана методика синтеза, позволяющая на ранних этапах проектирования определить рациональные структуры АЭЭС;
разработана методика расчета динамических отклонений напряжения синхронных и вентильных генераторов по операторным уравнени-
ям Парка-Горева, исключающая громоздкие вычислительные процедуры;
предложена методика расчета главных раэмеров вентильного зарядного генератора с ЕН на основе "статических" и "динамических" внешних характеристик;
получены расчетные выражения для методики параметрического расчета генераторов на заданное динамическое отклонение напряже -ния;
разработанные алгоритмы и программы могут быть включены в САПР АЭЭС и использованы для расчетно-поисковых исследований в целях оптимизации многосвязных электроэнергетических систем подвижных объектов;
созданы и исследованы макетные образцы импульсного канала АЭЭС с ЕН.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы на предприятии НПО "Астрофизика", ОКБ "Радуга", КБ "ТОЧМАШ" при проведении эскизного и технического проек -тирования изделий и комплексного стенда, в частности, по созданию многоканальной системы электроснабжения подвижного объекта. Внедрение реаультатов подтверждается актами о практическом использовании диссертационной работы. На основе проделанной работы были рассчитаны, изготовлены и испытаны макетные образцы импульсного канала АЭЭС, которые подтвердили правильность раечетно-теоретических положений диссертации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и обсуждались на: конферен -циях молодых специалистов НПО "Астрофизика" в 1983-1985 годах, на Всесоюзной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии" (г. Киев, 1984 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы управления еистемией эффективностью функционирования электрифицированных и пилотажно-кавигационных комплексов" (г.Киев, КНИГА, 1991 г.), на научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения в автономной электроэнергетике" (г. Севастополь, 1991 г.), на международной научно-технической конференция МАІ/ВИАА (г. Пекин, 19-20 октября 1992 г.), научных конференциях кафедры № 310 Московского авиационного института- в 1985-1992 годах. Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах и использованы в материалах эскизного и технического проектов АЭЭС НТС и в 15 научно-технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. 6
Основная часть диссертации содержит 118 страниц машинописного текста, 50 рисунков и II таблиц на 36 страницах. Список литературы содержит II страниц машинописного текста и включает 116 наимено -ваний. Общий объем работы составляет 191 страницу.
