ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В данной статье рассматривается система возбуждения трехкаскадного синхронного генератора для авиационного применения в двух отличительных режимах работы: в качестве генератора электрической энергии для бортовой системы электроснабжения и электростартера для газотурбинных двигателей летательного аппарата. В статье представлен расчет стартерного и генераторного режима работы системы возбуждения. Получены основные расчетные соотношения для схемы полупроводникового преобразователя, подтверждённые имитационным моделированием в среде PowerSIM. Решена задача синтеза системы автоматического управления для блока возбуждения ТСГ, работающего в составе бортовой системы электроснабжения с применением методики расчета параметров регуляторов на основе метода разделения движений. Для генераторного режима работы создана двухконтурная система управления, включающая в себя ПИ- и ПИД-регуляторы с регулированием по выходному напряжению основного генерирующего каскада. Для управления блоком возбуждения в электростартерном режиме работы спроектирована одноконтурная система управления по току обмотки возбуждения с добавлением резонансной составляющей. Оценка эффективности спроектированных систем управления выполнена на основе имитационного моделирования с использованием пакетов прикладных программ PowerSIM и MATLAB/Simulink для генератора, питающего трехфазную сеть переменного тока в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073–2017. Результаты математического моделирования легли в основу проектирования экспериментального образца силовой части в гибридном интегральном исполнении для системы регулирования напряжения ТСГ.

1. Машиностроение. Т. IV-21. Самолеты и вертолеты. Кн. 2. Проектирование, конструкции и системы самолетов и вертолетов / ред.-сост. А.М. Матвеенко. – М.: Машиностроение, 2004. – 752 с.
2. Mathematical modeling of operation modes of the starter-generator / N.M. Maksimov, G.A. Savosteenko, D.H. Yu, N.V. Savosteenko // Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), St. Petersburg, Moscow, Russia. – IEEE, 2021. – P. 1009–1013. – DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396286.
3. Design of power hardware-in-the-loop simulations for integrated starter–generator systems / L. Zhu, D. Jiang, R. Qu, LM. Tolbert, Q. Li // IEEE Transactions on Transportation Electrification. – 2019. – Vol. 5 (1). – P. 80–92. – DOI: 10.1109/TTE.2018.2881052.
4. Díez-Maroto L., Rouco L., Fernández-Bernal F. Modeling, sizing, and control of an excitation booster for enhancement of synchronous generators fault ride-through capability: experimental validation // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2016. – Vol. 31 (4). – P. 1304–1314. – DOI: 10.1109/TEC.2016.2575004.
5. Электрооборудование летательных аппаратов. Т. 2. Элементы и системы электрооборудования – приемники электрической энергии / С.А. Грузков, В.А. Морозов, В.И. Нагайцев [и др.]. – М.: Изд-во МЭИ, 2008. – 552 с.
6. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 568 с.
7. Zharkov M.A., Sarakhanova R.Yu. Analysis of current state of the starting device for aircraft gas turbine engines // Proceedings of 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). – IEEE, 2020. – P. 383–388. – DOI: 10.1109/UralCon49858.2020.9216243.
8. Performance Investigation of a brushless synchronous machine with additional harmonic field windings / F. Yao, Q. An, L. Sun, T.A. Lipo // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2016. – Vol. 63 (11). – P. 6756–6766. – DOI: 10.1109/TIE.2016.2581759.
9. Design and implementation of voltage source converter excitation system to improve power system stability / Z. Chen, C. Mao, D. Wang, J. Lu, Y. Zhou // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2016. – Vol. 52 (4). – P. 2778–2788. – DOI: 10.1109/TIA.2016.2543685.
10. The analysis of the reactive launch of three-stage synchronous generator for aviation starter-generator device / M.A. Zharkov, S.A. Kharitonov, V.E. Sidorov, R.Y. Dubkova // 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), Ufa, Russia. – IEEE, 2019. – P. 1–5. – DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949881.
11. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электрической энергии для автономных объектов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – 536 с.
12. ГОСТ Р 54073–2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. – М.: Стандартинформ, 2018. – 35 с.
13. Yurkevich V.D. PIR controller design based on the time-scale separation method and internal model principle for harmonic disturbance suppression // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. – 2021. – Vol. 57 (4). – P. 363–370. – DOI: 10.3103/S8756699021040130.
14. Юркевич В.Д. Многоканальные системы управления. Синтез линейных систем с разнотемповыми процессами. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 182 с.
15. Вавилов О.А., Юркевич В.Д., Коробков Д.В. Методика синтеза резонансного регулятора на основе метода разделения движений для инвертора напряжения // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. – 2023. – № 63. – С. 4–15. – DOI: 10.17223/19988605/63/1.