Аннотация
Анализируется вариант построения автономной системы генерирования электрической энергии постоянного тока 270 В мощностью 120 кВт на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя. Магнитоэлектрический генератор предназначен для преобразования механической энергии авиационного двигателя в электрическую. Достоинствами магнитоэлектрического генератора является то, что он имеет простую конструкцию, повышенный КПД и меньшие эксплуатационные расходы, но напряжение на выходе магнитоэлектрического генератора меняется в два раза, так как оно пропорционально частоте вращения вала генератора, которая, в свою очередь, имеет практический двойной диапазон изменения. В статье предлагается добиться стабилизации выходного напряжения активного выпрямителя за счет изменения фазы входного тока при двойном диапазоне изменения оборотов вала магнитоэлектрического генератора, а следовательно, и двойном диапазоне изменения входного напряжения активного выпрямителя. На низких оборотах с максимальной нагрузкой, когда входного напряжения недостаточно для формирования требуемого напряжения, путем формирования опережающего (емкостного) входного тока можно довозбудить генератор и поднять напряжение до требуемой величины. На высоких оборотах и холостом ходу путем формирования отстающего (индуктивного) тока снижается величина суммарного потокосцепления в зазоре генератора и его излишнее напряжение опускается до требуемой величины. С помощью аналитического и имитационного моделирования определены основные энергетические характеристики в различных режимах работы системы с предложенным способом стабилизации выходного напряжения. Моделирование показало, что полная мощность генератора на 11 % превышает максимальную мощность нагрузки, а наилучшие энергетические показатели системы получились при частоте генератора 1000 Гц и диапазоне нагрузок 50…100 %, что по условиям расчетов соответствует крейсерской скорости самолета. В силу известных принципов работы полупроводникового преобразователя на базе инвертора напряжения существует возможность изменить направление потока мощности без применения дополнительного коммутационного оборудования, т. е. рассматриваемый активный выпрямитель в составе системы генерирования при наличии источника в звене постоянного тока может применяться для реализации электростартерного запуска.
Ключевые слова: система генерирования, автономная система, синхронная машина с постоянными магнитами, подмагничивающая и размагничивающая реакция якоря, стабилизация напряжения, активный выпрямитель, коэффициент мощности, энергетические показатели
Список литературы
1. Kharitonov S.A. An analytical analysis of a wind power generation system including synchronous generator with permanent magnets, active rectifier and voltage source inverter // Wind Power /Ed. by S.V. Muyeen. – First published. –Rijeka, Croatia: Intech, 2010. – Chap. 2. – P. 23–72.–doi: 10.5772/8358.
2. Электрооборудованиелетательныхаппаратов: учебникдлявузов: в 2 т.: т. 1: Системыэлектроснабжениялетательныхаппаратов/ С.А. Грузков, С.Ю. Останин, А.М. Сугробов, А.Б. Токарев, П.А.Тыричев. – М.:Изд-воМЭИ, 2005. – 568с.
3. Электрический самолёт: от идеи до реализации:монография/ А.В. Лёвин, И.И. Алексеев, С.А. Харитонов, Л.К. Ковалёв. – М.: Машиностроение, 2010. – 288с.
4. Электросистемасамолета787 // Мой сайт. – Дата публикации: 24.06.2013. –URL: http://andirrive.3dn.ru/news/ehlektrosistema_samoleta_787/2013-06-24-48 (дата обращения: 11.06.2015).
5. Дыбко М.А. Анализ электромагнитных процессов в модульном полупроводниковом преобразователе для статического компенсатора неактивной мощности // Доклады Академии наук высшей школы РФ. – 2013. – №2(21). – С.98–109.
6. Нос О.В., Харитонов С.А.Система управления силовыми токами компенсации мгновенной неэффективной мощности // Электротехника. – 2015. – № 2. – С. 28–34.
7. Электрический самолет: концепция и технологии: монография / А.В. Лёвин, С.А. Хари-тонов, К.Л. Ковалёв, А.А. Герасин, С.П. Халютин, С.М. Мусин. – Уфа: УГАТУ, 2014. – 388 с.
8. Бортовая система генерирования электроэнергии постоянного тока повышенного напряжения на базе синхронного генератора и выпрямителя/С.Ф.Коняхин, С.А. Харитонов, А.Н. Решетников, В.В. Машинский// Электроника и электрооборудование транспорта. – 2014. – № 2. – С. 15–18.
9. Гарганеев А.Г., Харитонов С.А.Технико-экономические оценки создания самолета с полностью электрифицированным оборудованием // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2009. – Т. 2. – С. 179–184.
10. Авиационная система генерирования электроэнергии /С.А.Харитонов, Д.В. Коробков, С.Ф.Коняхин, А.В.Левин, Д.В.Макаров, М.М.Юхнин // Научный вестник НГТУ. –2013. –
№ 1 (50). – С. 147–162.
11. Электроэнергетическая установка:патент на изобретение 2363090 Российская Федерация: МПК H 02 P 9/04 / Н.Н. Лаптев, С.А. Харитонов.–№ 2008101266/09; заявл. 21.01.2008; опубл. 27.07.2009,Бюл.№21. – 5 с.
12. Харитонов С.А. Синтез алгоритма управления полупроводниковыми преобразователями в мехатронной системе генерирования электрической энергии // Научный вестник НГТУ. – 2011. – № 3 (44). – С. 173–180.
13. Modeling of dual z-source inverter for aircraft power generation / A.S. Khlebnikov, S.A. Kharitonov, P.A. Bachurin, A.V. Geist, D.V. Makarov // The 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2011), Erlagol, Altai, Russia, 30 June – 4 July 2011. –Novosibirsk: IEEE, 2011. – P. 373–376. –doi: 10.1109/EDM.2011.6006976.
14. SarakhanovaR.Iu., Dubkov I.S., Kharitonov S.A. Vector control of cycloconverter with increased input power factor // The 15 International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2014), Novosibirsk, Russia, 30 June– 4 July 2014. – Novosibirsk: IEEE, 2014. – P. 429–432.–doi: 10.1109/EDM.2014.6882564.
15. Брованов С.В., Харитонов С.А.Реализация векторной ШИМ в трехфазном трехуровневом выпрямителе // Электротехника. – 2008.– № 6. – С. 33–38.
16. Расчет электрических параметров системы генерирования электроэнергии нестабильной частоты и стабильного напряжения / А.В.Левин, С.Ф.Коняхин, М.М.Юхнин, С.А.Харитонов, Д.В.Коробков, Д.В.Макаров // Авиационная промышленность. – 2013. – № 1. – С. 1–7.
17. Способ управления статическими стабилизированными источниками переменного напряжения, работающими параллельно на общую нагрузку:патент 2380820 Российская Федерация, МКИ6, H02M 5/297, H02P 13/00, МКИ7, H02M 7/493 / Н.И.Бородин, С.А.Харитонов; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет». –
№ 2008118738/09; заявл. 12.05.2008; опубл. 27.01.2010, Бюл. № 3. – 17 с.
18. Векторный способ управления четырехквадрантным инвертором напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока: патент на изобретение 2207698 Российская Федерация: МПК, Н 02 М 7/72, Н 02 Р 9/42, Н 02 Р 21/00 / С.А. Харито-нов, А.А. Стенников, Н.Н. Лаптев. – № 2000120628/09; заявл. 01.08.2000; опубл. 27.06.2003, Бюл. № 18.
19. К вопросу стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной частоте вращения / С.А. Харитонов, Б.Ф. Симонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2012. – № 4. – С.102–115.
20. Харитонов С.А.Система «синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов – активный выпрямитель» (математическая модель) // Электротехника. – 2009. – № 12. – С. 33–42.
