Введение к работе
Светосигнальная система посадки (ССП) предназначена для обеспечения безопасного взлета и посадки воздушных судов (ВС) при различных условиях видимости. Она содержит систему аэродромных огней (АО) различного цвета, объединенных в независимые цепи, называемые кабельными кольцами (КК). Регулирование интенсивности свечения АО с высокой степенью точности является основной задачей системы электроснабжения ССП. Характерной особенностью традиционных ССП являются: высокое напряжение в магистральном кабеле (до 5000 В) при относительно невысоком токе (до 6,6 А). Это предопределило необходимость применения оригинальных дорогостоящих элементов ССП: специального магистрального кабеля и разделительных трансформаторов (РТ) для каждого АО. Функция регулирования осуществляется однофазным тиристорным преобразователем спосбом фазового регулирования переменного напряжения на частоте сети (50 Гц). В эксплуатации он называется регулятором яркости (РЯ). В связи с тем, что РЯ однофазные, а их количество и мощность в ССП для каждого конкретного аэродрома различны, подключить их так, чтобы обеспечить симметричную нагрузку для питающей аэродром трехфазной сети, практически невозможно.
Актуальность проблемы
Постоянный рост цены на энергоносители предопределил мировую тенденцию развития энерго- и ресурсосберегающих технологий (ЭРСТ). В России данный вопрос поднят на уровень государственной программы: «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года».
Несмотря на большую теоретическую проработку вопросов преобразовательной техники в области электроснабжения и потенциальную перспективность применения промежуточного высокочастотного преобразования (ПВЧП) энергетического потока (ЭП) для решения задач ЭРСТ, опыт практического использования ПВЧП в системах электроснабжения ССП сегодня невелик. Появление промышленных образцов сверхмощных светодиодов и матриц (СДМ), кардинально улучшившиеся в последние годы частотные и мощностные характеристики транзисторов и диодов создали необходимые предпосылки для практического освоения ЭРСТ при построении ССП, что позволит снизить потребляемую из сети электрическую мощность в 3-5 раз, а массогабаритные показатели ССП при применении ПВЧП улучшить более, чем на порядок по сравнению с традиционной структурой. Выходные технические параметры ССП и составных частей при этом должны (и будут) оставаться на прежнем уровне. Создание энергетически эффективных и экономически выгодных ССП востребовано как для гражданской, так и для государственной авиации. Отличительным существенным признаком таких ССП будет относительно низкое значение напряжения и тока в КК (до 1000 В и до 3 А соответственно).
Цель работы
Целью диссертационной работы является:
1. Исследование возможностей кардинального улучшения технико-экономических показателей и энергоэффективности ССП;
2. Комплексное решение инженерных задач по разработке средств реализации этих новых возможностей;
3. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) проекта.
Методы исследования
Для решения поставленных в работе задач используются: общие положения теории электрических цепей, математический аппарат рядов Фурье, разделы дифференциального и интегрального исчисления, методы теории автоматического управления, а также современные средства имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) с использованием специализированных программ пакета OrCAD, MathCad, методы технического творчества.
Научная новизна работы
1. Представлены результаты поискового исследования возможности улучшения характеристик ССП в рамках государственной стратегии энергосбережения и ужесточения требований по электромагнитной совместимости за счет внедрения системы электропитания постоянным током (СЭПТ) для ССП, в которых применен альтернативный источник света - СДМ.
2. Разработано схемотехническое решение РЯ на базе трехфазного мостового выпрямителя с бестрансформаторным входом и ПВЧП ЭП, позволяющее обеспечить в АО стабильность светового потока, одинаковую с традиционными АО, использующими галогенные лампы (ГЛ). При этом оказалось возможным снизить требования к суммарной нестабильности выходного тока. В новом РЯ обеспечено снижение коэффициента гармоник потребляемого из сети тока (КГ(i)) во всех режимах до уровня требований, определяемых ГОСТом 13109-97.
3. Предложенные решения позволили заменить материалоёмкие и дорогостоящие элементы ССП (разделительные трансформаторы и магистральный кабель) на более дешевые. При КПД РЯ равном 0,89 достигнуто снижение массы активных элементов не менее, чем в 10 раз, объёма активных элементов - в 40 раз, потребляемой мощности - в 4,8 раза, а себестоимости в 1,5 – 2 раза.
4. В доказательство перспективности проекта выполнено технико-экономическое обоснование (ТЭО) проекта СЭПТ на базе СДМ.
Практическая значимость работы
Работа выполнена в интересах ОАО «ГОКБ «Прожектор» - разработчика и производителя отечественных ССП. Предложенные технические решения используются при проектировании первой отечественной ССП на базе необслуживаемых светодиодных АО.
Апробация работы
Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось: на ХVII-й, ХVIII-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов в НИУ «МЭИ» и на кафедре ЭКАО НИУ «МЭИ».
На защиту выносятся:
1. Формулировка тенденций развития ССП, вытекающая из обзора СИ, результатов систематизации и классификации технических решений.
2. Доказательство эффективности применения системы электропитания постоянным током (СЭПТ) в ССП с использованием СДМ, полученное с помощью ИКМ, физического эксперимента и ТЭО.
3. Результаты исследования показателей качества: интегрального коэффициента качества (Ikk) и сравнительной технико-экономической эффективности (Э), характеризующих энерго- и ресурсосберегающие решения при построении ССП с использованием СЭПТ.
4. Результаты синтеза силовой части и СУ РЯ с экспериментальным доказательством эффективности решения.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ (среди них 2 патента на полезную модель и 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК: «Электричество», «Практическая силовая электроника»).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 134 страниц и содержит 50 рисунков, 30 таблицы, 106 наименований списка литературы.
