Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы многоканальные автономные электроэнергетические системы (АЭЭС) находят широкое применение для питания аппаратуры, содержащей оптические квантовые генераторы, размещаемой на различных транспортных средствах. Автономные многоканальные электроэнергетические установки имеют перспективу развития в передвижной "малой" электроэнергетике общепромышленного и исследовательского назначения: геологоразведочные работы, экологический мониторинг, устройства для создания злектрогидравлического удара, передвижные установки электроимпульсной сварки. Электроэнергетические системы этого типа имеют каналы для питания потребителей.постоянного и переменного тока и импульсные каналы на базе накопителей энергии (НЭ). Системы питания с емкостными накопителями (ЕН) являются наиболее распространенными, однако в перспективе ожидается широкое применение механических (на базе различного типа ударных генераторов) и ин -дуктивных накопителей энергии (МН,ИН).
Ограничения на массо-габаритные характеристики АЭЭС, опре -
деляемые требованиями по допустимой транспортируемой массе объек
та, и дефицитом свободного объема объекта, обусловливают исполь -
зование в основном автономных приводов сопоставимой с каналами
генерирования мощности. В этом случае в сильной степени проявля
ется взаимовлияние каналов друг на друга, особенно импульсного
канала с периодическим режимом, работы "зарядтразряд" на каналы
непрерывного питания, что ухудшает показатели качества электро -
энергии, по напряжению. Совершенствование АЭЭС общепромышленного
и оборонного назначения в направлетии улучшения энергетической
эффективности, показателей качества электроэнергии в установив -
шихся и переходных режимах, снижения массы и габаритов, повыше -
ния надежности является актуальной задачей с позиций развития
передвиляых установок "малой" энергетики и конкурентоспособности
с зарубежными аналогами.. .. .'. . .
Вопросы повышения энергетической эффективности и улучшения показателей качества электроэнергии являются общими как для наземных АЭЭС, так и для систем электроснабжения летательных аппаратов (СЭС ЛА). Оценка возможностей улучшения энергетической эффективности 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 згхх вопросов, направленных на повышение эффективности АЭЭС оборонного и гражданского назначения, 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 потребителями мощности. Совокупность разработанных и усовершенст -вованных методик и комплекс проведенных исследований были направлены на решение задачи повышения энергетической эффективности и улучшения качества электроэнергии по напряжению в трехканальной СЭС посредством применения рациональных законов управления в каналах генерирования.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР, проводимой на кафедре "Электрические машины и электроэнергетические установки летательных аппаратов" Московского государственного"авиационного института в соответствии с заказом промышленности на основании решения директивных органов.
Цель диссертационной работы - повышение энергетической эффективности импульсных электроэнергетических установок ЛА и. НТС с НЭ и улучшение качества электроэнергии по напрягению в установившихся и переходных процессах.
Для достижения этой цели в данной работе были поставлены и решены ел едущие задачи:
1. Обоснование и формализация целей управления зарядными
процессами в импульсном канале с НЭ:
а) управление с целью обеспечения энергетически оптимально
го зарядного процесса (при максимальном к.п.д.);
б) управление с цельо обеспечения постоянной мощности, пот
ребляемой зарядной схемой от зарядного источника энергии в заряд
ной составляющей цикла, работы АЭЗС с НЭ и исключения влияния им
пульсного канала на качество работы стационарных каналов генери
рования;
в) оптимальное по быстродействию управление зарядными про -
цессами НЭ с целью повышения использования активного объема за
рядного источника.
2. Определение законов управления зарядными процессами НЭ в
импульсном канале.
-
Разработка математических моделей систем автоматического и программного управления зарядными процессами в импульсном канале с иелья обеспечения райиональных законов управления в каналах с ЕН и ИН.
-
Разработка методики физической реализации законов управления зарядными процессами ЕН и ИН.
-
Количественная оценка влияния параметров зарядной схемы с ЕН на качество зарядных процессов в режимах оптимального управ ления.
-
Определение законов регулирования разгонным двигателем постоянного тока с целью минимизации потребления энергии и потер на трение на интервале времени разгона Ш.
-
Разработка математических моделей для исследования пере ходных процессов по напряжению в каналах постоянного и переменно го тока при коммутации стационарной нагрузки для оптимального п быстродействию регулирования выходного напряжения и при использо вании регуляторов традиционного типа.
-
Проведение экспериментальных исследований "медленных" за рядных процессов (частота следования импульсов j^ =0,1+10 имп/с с целью сопоставления реальных энергетических характеристик с ре зультагами теоретических исследований. .
Методы исследования. При выполнении работы использовались основные положения теории динамических режимов электрических машин, методы классического вариационного исчисления, принцип максимума Понтрягина при решении задачи Лагранжа, аналитические метода определения устойчивости системы из теории автоматического управления и регулирования, аналитические и численные методы ре шения дифференциальных уравнений с использованием ЭВМ и экспериментальные методы исследования динамических режимов. Количествен ные расчеты проводились с использованием ЭВМ типа.PC АТ-286.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следущк новые результаты:
разработана обобщенная математическая модель импульсного канала с НЭ;
определены новые законы управления зарядными процессами Ї с учетом влияния утечки конденсаторной батареи ЕН, дополнительнс индуктивности в зарядных схемах и ненулевых начальных условиях і №;
исследована устойчивость систем автоматического управления зарядными процессами ЕН, ИН при использовании усилительных звень-єе типа "линеГшая характеристика" и "релейная характеристика";
разработана универсальная методика расчета переходных процессов по напряжению для синхронных и вентильных генераторов по операторным уравнениям Парка-Горева при коммутациях стационарной нагрузки;
разработана модернизированная операторная модель синхрон -ного генератора, в которой используются монотонные функции индуктивных сопротивлений Xd(tl , X-Cf) , что позволило исследовать переходные процессы во всей временной области при использовании различных типов регуляторов напряжения.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении рекомендации позволяют создать АЭЗС ДА и НТС с улучшенными энергетическими показателями. В частности:
разработана методика количественной оценки влияния утечки конденсаторной батареи и дополнительной индуктивности в зарядных схемах с ЕН, а также влияния ненулевых начальных условий на НЭ на зарядные процессы в импульсном канале, что позволяет на ран -них.этапах проектирования оценить целесообразность и энергетическую эффективность структур АЭЭС;
разработанные алгоритмы и программы могут быть включены в САПР ЛЭЭС и использованы для расчетно-поисковых исследований в целях повышения энергетической эффективности электроэнергетических систем;
разработаны схемы физической реализации рациональных законов управления в импульсном канале;
созданы и исследованы макетные образцы импульсного и стационарного канала АЭЭС с ЕН, подтвердившие правильность расчетно-теоретических положений диссертации;
даны рекомендации по реализации структур, схем и элемен -тов регуляторов различного назначения.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы на. .предприятиях ОКБ. "Гранат"., КБ "Точ -ыаш" при проведении эскизного, технического проектирования, изготовлении опытных образцов изделий, разрабатываемых на этих предприятиях, и создании комплексного стенда многоканальной системы электросиабиения подвижного объекта. Внедрение результатов под-
твервдается актами о практическом использовании диссертационной работы. На основе проделанной работы были рассчитаны, изготовлены и испытаны макетные образцы импульсного канали АЭЭС, которые подтвердили правильность расчетно-теоретичг-~ких положений диссер тации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и обсуждались на к-онферен -циях молодых специалистов Московского авиационного института в 1988-1990 годах, на Всесоюзной научно-технической конференции "Метода управления системной эффективностью функционирования электрифицированных и пилотажно-навигационных комплексов" (г.Киев, КИИГА, 1991 r.J, на научно-технической конференции "Проблеми энергосбережения в автономной электроэнергетике" (г. Севастополь 1991 г.), на международной научно-технической конференции МАІ/ BUAA (китай, г. Пекин, 19-20 октября 1992 г.), научных конфе -ренцикх кафедры № 310 Московского авиационного института в 1986-1993 годах. Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных ра -ботах и использованы в материалах эскизного и технического про -ектов АЭЭС НТС ив 10 научно-технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит иг .введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит. 158 страниц машино -писного текста, 93 рисунка и 2 таблицы на 58 страницах. Список литературы содержит 7 страниц машинописного, текста и включает 71 наименование. Общий объем работы составляет ' 240 страниц.
