Введение к работе
0 ,lW с:ст»
Актуальность темы. В настоящее время многие зарубежные и ряд отечественных фирм ведут разработки перспективных летательных аппаратов (ЛА), использующих так называемые винтовентиляторные или турбовентиляторные двигатели (Prop-Fan ) Винтовентиляторные двигатели обладают высокой экономичностью, возможностью получения больших статических мощностей (тяг) и способностью обеспечения быстрого набора ЛА высот крейсерского полета. Особенностью функционирования таких .двигателей применительно к авиационным электроэнергетическим системам генерирования переменного тока является малый .диапазон изменения скорости вращения вала. В связи с этим в автономной электроэнергетической системе (АЭС) указанных перспективных летательных аппаратов представляется целесообразным взамен традиционного синхронного генератора с гидромеханическим или турбомеханическим приводом применять асинхронизирован-ннй синхронный генератор (ACT).
Стабилизация частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения приводного вала в ACT осуществляется путем стабилизации частоты Еращения магнитного поля генератора. Благодаря высокой управляемости, по сравнению с синхронными генераторами, ACT способны значительно улучшить качество вырабатываемой электроэнергии, обеспечить точное подцержание частоты выходного напряжения, повысить быстродействие и точность согласования есєх параметров напряжения при включении генераторов на параллельную работу.
В настоящее гремя системы генерирования переменного тока стабильной частоты на базе АСГ разрабатываются рядом предприятий и организаций Минтяжмаша, Минэлектротехпрома совместно с ЛВВИСУ, ВНИИЭ, ЛЭТИ, ЕрІШ, КПИ и др. Этой проблеме посвящены научные труды таких ученых как М.М.Ботвинник, А.Е.Загорский, Ю.Г.Шакарян, В.И.Читечян, Н.Н.Блоцкий, В.А.Барский, В.И.Ра,щш,Н.1АШ.40П,МВогдег и др. В большинстве из них рассматриваются классические контактные ACT. При этом допустимые для использования е авиации бесконтактные асинхронизированные синхронные генераторы из-за низкого уровня развития в недалеком прошлом полупроводниковой элементной базы исследованы мало. Однако в настоящее время появилась перс-' пектива создания надежной, технологичной и экономичной бесконтактной системы Еозбувдения ACT, отсутствие которой сдерживает
практическое внедрение таких генераторов в АЭС летательных аппа-
ратов. В связи с этим анализ существующих и разработка новых бесконтактных систем Еозбувденил ACT, исследование их энергетических показателей и основных характеристик является актуальной задачей.
Выполненная работа способствует решению комплекса задач, связанных с созданием ACT с бесконтактной системой возбуждения для АЭС перспективных летательных аппаратов.
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 (тема № 22670).
Цель диссертационной работы - разработка и исследование высокоэффективной бесконтактной системы возбувдения асинхронизированного синхронного генератора для АЭС перспективных летательных аппаратов и выработка рекомендаций к проектированию ее основных узлов и элементов.
Для достижения этой цели в данной работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Анализ возможных вариантов построения, выбор и разработка структурной схемы перспективной бесконтактной системы возбуждения ACT;
-
Выбор принципа, построения и разработка схемотехнического решения силовой части статического преобразователя (СП) бесконтактной системы возбуждения ACT;
-
Определение основных расчетных выражений и характеристик статического преобразователя;
-
Разработка математического описания электромагнитных процессов бесконтактной системы возбуждения ACT и алгоритма его численного расчета;
-
Вывод основных расчетных выражений и определение характеристик бесконтактной системы возбуждения ACT и рационального .диапазона изменения скорости вращения приводного вала;
-
Экспериментальная проверка достоверности полученных рас-четно-теоретических положений диссертационной работы;
-
Выработка рекомендаций к проектированию основных узлов и элементов бесконтактной системы возбуждения ACT.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались: аналитические методы, принятые е электротехнике и теории электрических цепей, метод амплитуд гармонических составляющих, численные методы решения дифференциальных уравнений 4
Рунге-Кутта и матрлчный аппарат. Количественные расчеты проводились с использованием ЭВМ серии ЕС и VAX (VMS) П/750 с применением графопостроителя типа HEWLET PACKARD . Достоверность основных теоретических положений и результатов подтверждалась посредством эксперимента на макетном образце.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты:
математическое описание электромагнитных процессов статического преобразователя с дискретно изменяющимися числами битков первичной обмотки еыхоцного трехфазного трансформатора для бесконтактной системы возбуждения ACT;
разработана е псевдовращающейся системе координатных осей математическая модель ACT с произвольным числом фаз роторной обмотки. При этом роторные, переменные записаны в естественных координатных осях и имеют реальные значения;
установлено, что для приводимости .дифференциальных уравнений математической модели бесконтактной системы возбуждения ACT посредством метода амплитуд гармонических составляющих достаточно использоеэть три первкх члена разложения коэффициентов исход-ні х уравнений е ряд фурье;
получено математическое описание и предложен алгоритм численного расчета электромагнитных процессов АЭС на базе бесконтактного ACT;
дана количественная оценка влияния числа фаз якорных обмоток вспомогательных машин деойного питания, числа фаз обмотки Еозбунцения основного АСГ и диапазона изменения скорости вращения приводного ваяа на коэффициент гармоник еыхо.дного напряжения АЭС;
определены основные расчетные выражения, характеристики бесконтактной системы возбуждения ACT и рациональный диапазон изменения снорости вращения приводного вала.
Практическая ценность работы определяется тем, что
разработаны рациональные структурная схема бесконтактной системы Еозбукцения АСГ и схемотехническое решение силовой части СП, на базе которых представляется целесообразным создание АЭС перспективных летательных аппаратов;
определены количественные и качественные показатели различных инверторов напряжения, которые позволяют осуществить анализ и выбор рационального принципа построения СП при решении широкого класса технических задач;
получены расчетные выражения и характеристики бесконтактной системы возбуждения ACT, на основе которых Еыработаны рекомендации по проектированию основных элементов устройства;
разработан алгоритм численного расчета электромагнитных процессов бесконтактной системы возбуждения ACT, который отличается простотой реализации и позволяет сократить затраты машинного времени;
созданы и исследованы макетные образцы бесконтактной системы возбуждения ACT и СП данного устройства.
Реализация результатов работы. Результаты .диссертационной работы были использованы на предприятии МАЗ "Дзержинец" при проведении НИР и ОКР по создании новых образцов передовой техники, в частности, по созданию авиационной электроэнергетической системы генерирования переменного тока стабильной частоты и перспективного преобразователя частоты. Внедрение результатов .диссертационной работы подтверждается актами об их практическом использовании. На основе проделанной работы были рассчитаны, изготовлены и испытаны макетные образцы бесконтактной системы возбуждения АСГ и СП, которые подтвердили правильность расчетно-теорети-ческих положений диссертации.
Апробация работы. Основные полокения .диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и обсувдались на науч.-техн. конф. молодых ученых АКБ "Якорь" (г.Москва, 1986гО,науч.-техн. семинарах "Электронные средства преобразования энергии" (г.Москва, 1986, 1988, 19,90 г.г.), Ш Всесоюзной науч.-техн. конф."Проблемы нелинейной электротехники" (г.Черкассы, 1988г.), Всесоюзных науч.-техн.конф. по электромеханотронике (г.Ленинград, 1987, 1989 г.г.) и науч.-техн.конф. молодых ученых МАИ (1986-1989 г.г.). Диссертационная работа в полном объеме рассматривалась на кафедре "Электрические машины и электроэнергетические установки ЛА" Московского авиационного института (1990 г.).
Публикации. Материалы .диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в их числе 4 авторских свидетельства СССР на изобретения, и использованы в отчетах по НИР. Сданы е печать по материалам ..диссертации 2 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 120 страниц машино-6
писного текста, 70 рисунков и 5 таблиц на 49 страницах. Список литературы содержит 10 страниц машинописного текста и Еключает 105 наименований. Общий объем работы составляет 185 страниц.
Похожие диссертации на Бесконтактная система возбуждения асинхронизированного синхронного генератора
