Анализ электромагнитных процессов в стартер-генераторной системе на основе трехкаскадного синхронного генератора
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРНЫХ СИСТЕМ АВИАЦИОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1 Основные типы систем запуска газотурбинных двигателей летательных
аппаратов
1.2 Системы электроснабжения летательных аппаратов
1.3 Математическая модель трехкаскадного синхронного генератора
Выводы по Главе 1
ГЛАВА 2 СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПУСКОВОГО МОМЕНТА ДЛЯ
ЭЛЕКТРОСТАРТЕРА НА ОСНОВЕ ТРЕХКАСКАДНОГО СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА
2.1 Асинхронный пуск трехкаскадного синхронного генератора
2.1.1 Оценка времени запуска трехкаскадного синхронного генератора при
асинхронном пуске
2.1.2 Результаты моделирования системы запуска с формированием
асинхронного момента
2.2 Реактивный пуск трехкаскадного синхронного генератора
2.2.1 Результаты моделирования системы запуска с формированием реактивного
момента
Выводы по Главе 2
ГЛАВА 3 СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОГО ЗАПУСКА НА ОСНОВЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ТРЕХКАСКАДНОГО
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
3.1 Синтез регуляторов системы управления
3.2 Математическая модель системы запуска на основе трехкаскадного
синхронного генератора и инвертора напряжения
3.3 Упрощенная спектральная модель системы запуска в abc-координатах
Выводы по Главе 3
ГЛАВА 4 СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ТРЕХКАСКАДНОГО
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ЭЛЕКТРОННЫМ БЛОКОМ
РЕГУЛИРОВАНИЯ, ЗАЩИТЫ И УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Структура системы управления блока регулирования, защиты и управления96
4.2 Определение постоянной времени трехкаскадного синхронного генератора
4.3 Синтез системы регулирования напряжения трехкаскадного синхронного
генератора
4.4 Моделирование системы регулирования напряжения трехкаскадного
синхронного генератора
Выводы по Главе 4
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЗАПУСКА
5.1 Испытания силовой части повышающего преобразователя макетного образца
электронного блока стартерного запуска
5.2 Испытания макетного образца электронного блока стартерного запуска с
генератором ГТ40ПЧ8Б
5.3 Испытания макета преобразователя системы запуска с генератором
ГТ120НЖЧ12КВ.
5.4 Испытания макета преобразователя системы запуска с генератором
ГТ120НЖЧ12КВ в составе вспомогательного газотурбинного двигателя ТА18-
200МC
5.5 Испытания макета преобразователя системы запуска и генератора
ГТ120НЖЧ12КВ с датчиком положения ротора
5.6 Испытания макета преобразователя системы запуска и генератора
ГТ120НЖЧ12КВ с реактивным пуском на холостом ходу
5.7 Испытания макета преобразователя системы запуска и генератора
ГТ120НЖЧ12КВ с реактивным пуском на нагрузку
Выводы по Главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты и справки о внедрении результатов диссертационной
работы
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патенты на изобретения
Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приведены сведения об апробации и публикациях, личном вкладе автора в работу, а также представлена структура работы.
Первая глава посвящена анализу существующих пусковых устройств авиационных двигателей и формулировке требований для их разработки. Также рассмотрены современные системы электроснабжения на основе ТСГ, и создана имитационная модель трехкаскадного синхронного генератора.
Для функционирования ГТД, необходимо, до момента подачи топлива в камеру сгорания, сформировать определенные условия для работы двигателя, а именно, необходимое давление и расход воздуха. Для создания этих условий, требуется раскрутить ротор авиационного двигателя с помощью внешнего источника механической энергии, в качестве которого и предполагается использовать генератор в электростартерном режиме.
Принимая во внимание режимы запуска ГТД, составлены требования к стартерному устройству.
1) Раскрутка вала газотурбинного двигателя до частоты вращения, необходимой и достаточной для надежного выхода турбины на режим малого газа, с интенсивностью, обеспечивающей заданное время выхода на этот режим.
2) Необходимость создания момента на валу, достаточного для преодоления статического и динамического моментов сопротивления.
3) Эффективное потребление электрической энергии, данное требование обуславливается ограниченной мощностью источника электрической энергии, в качестве которых для пусковых устройств могут выступать бортовые или аэродромные энергоустановки, аккумуляторные батареи.
Вышеперечисленным требованиям, удовлетворяет электростартерное устройство на основе трехкаскадного синхронного генератора, который в настоящее время, является одними из самых распространенных авиационных генераторов. Данные генераторы имеют высокий уровень надежности благодаря тому, что энергия для питания обмотки возбуждения передается бесконтактно от статора на ротор. Еще одно преимущество данного типа генераторов, это возможность регулирования напряжения с помощью встроенной системы возбуждения. Система возбуждения представляет собой два дополнительных каскада электрических машин, расположенных на общем валу, одна из них — это обращенная синхронная машина с блоком вращающихся диодов, а другая это синхронная машина (возбудитель) с возбуждением от постоянных магнитов (подвозбудитель).
Вторая глава посвящена анализу двигательных режимов работы трёхкаскадного синхронного генератора с демпферной обмоткой, при помощи формирования асинхронного момента и при формировании реактивной составляющей электромагнитного момента. Получено выражение для момента трехкаскадного синхронного генератора, зависящее от параметров, регулируемых инвертором напряжения и полупроводниковым преобразователем возбудителя.
Возможность использования основной электрической машины в качестве стартера, т.е. в двигательном режиме, вытекает из условия обратимости электрических машин. Реализовать данный режим позволяет наличие в полюсных наконечниках системы возбуждения основной электрической машины демпфирующих стержней, которые образуют на роторе короткозамкнутую клетку. Если обеспечить питание якорной обмотки основной электрической машины трехфазной системой токов, не подавая питание на обмотку возбуждения, то взаимодействие токов, индуцируемых в короткозамкнутых стержнях демпферной обмотки, с магнитным полем якорной обмотки создаст асинхронный электромагнитный момент.
Второй вариант решения проблемы отсутствия электромагнитного возбуждения у ТСГ при нулевой скорости — это регулирование угла нагрузки синхронной машины, для создания реактивного момента. В общем случае электромагнитный момент будет формироваться согласно (1):
M =p·m·E·U·sin()+p·m·U21−1sin(2). (1) эм ·Xd 2 Xd Xq
Из этого выражения видно, что момент синхронного двигателя содержит две составляющие. Первая обусловлена взаимодействием вращающегося магнитного поля статора с полем возбуждения ротора, а вторая представляет собой реактивный момент, обусловленный явнополюсным исполнением ротора.
Выражение (1) содержит напряжение и ЭДС машины, с точки зрения управления моментом синхронной машины с помощью инвертора напряжения, справедливо записать это выражение относительно амплитуды и фазы тока статора ТСГ. Исходя из условий максимального момента угловой характеристики явнополюсного генератора, максимальный момент в двигательном режиме будет находится в диапазоне изменения угла нагрузки – θ, от -90 до -45 градусов. В соответствии с этим условием, построим векторную диаграмму синхронной машины (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Векторная диаграмма напряжений и токов явнополюсной синхронной машины
Исходя из векторной диаграммы синхронной машины (Рисунок 1), выражение для электромагнитного момента двигателя, используемого в качестве электростартерного устройства, выглядит следующим образом:
(2)
По полученному выражению видно, что синхронная составляющая момента зависит от амплитуды и фазы тока статора, а также от ЭДС синхронной машины. В результате проведенных преобразований, выражение (2) примет следующий вид:
(3)
Таким образом получено выражение для момента трехкаскадного синхронного генератора, зависящее от параметров, регулируемых инвертором напряжения – амплитуда и фаза тока относительно ЭДС машины, а также ток возбуждения основного генератора, который регулируется с помощью внешнего блока регулирования, защит и управления (БРЗУ). При синхронизации системы управления с вектором ЭДС машины, удобно регулировать угол ψ с помощью регулирования составляющих токов статора во вращающейся системе координат.
На основании известной зависимости тока возбуждения от скорости и выражения (3), можно получить график изменения максимально возможного электромагнитного момента исследуемого генератора – Рисунок 2. Также при построении графика были приняты во внимание следующие условия ограничений: ток статора ограничен максимально допустимым значением,
M (I,)=pmI·E·cos+I2·sin(2)(xq−xd). эм 2
M (I,)=pmI ·M ·I cos+I 2·sin(2)(Lq−Ld). эм ст fd f ст 2
соответствующему длительному режиму работы, напряжение питания инвертора ограничено выпрямленной трехфазной сетью переменного тока бортовой сети летательного аппарата. На Рисунке 3 представлена зависимость максимального электромагнитного момента от угла управления и скорости вращения вала.
Рисунок 2 – Зависимость максимального электромагнитного момента от скорости вращения вала
Рисунок 3 – Зависимость максимального электромагнитного момента от угла управления и скорости вращения вала
Представленная на Рисунке 2, зависимость электромагнитного момента, при постоянном угле – ψconst, показывает резкое уменьшение момента после точки перегиба, обусловленной достижением максимального коэффициента модуляции
инвертора. По мере увеличения скорости вращения вала, постоянно присутствующая реактивная составляющая в токе статора, перестает быть основной составляющей момента, так как синхронная составляющая имеет квадратичную зависимость, в соответствии с выражением (3). При линейном изменении угла ψline, на протяжении всего этапа разгона ТСГ, момент остается больше максимального момента нагрузки на всем этапе запуска. Принимая в качестве критерия оптимального управления максимальный электромагнитный момент ТСГ, можно выделить зоны оптимального угла ψseg.
Моделирование проводилось в программном пакете PSIM, реализованная модель была максимально приближена к реальному устройству, в том числе была создана модель электромеханической части трехкаскадного генератора. Реализация момента сопротивления на валу была выполнена с помощью блока моментной нагрузки, входным параметром которого была функция зависимости момента от угловой частоты вращения вала.
Также была реализована цифровая система управления на основе DLL- блока, с помощью которого реализуется имитация выполнения алгоритмов, написанных на языке программирования C, реализующих функцию изменения угла управления ψ, для создания реактивной составляющей момента ТСГ.
Фазный ток статора ТСГ представлен на Рисунке 4, первая осциллограмма тока соответствует углу ψ изменяющемуся по линейному закону управления, пропорциональному скорости вращения вала, вторая осциллограмма – соответствует асинхронно-частотному способу запуска.
Рисунок 4 – Ток фазы А статора основного каскада ТСГ
Осциллограммы электромагнитного момента и скорости вращения вала представлены на Рисунке 5 и Рисунке 6, соответственно. Как видно из осциллограмм, система отрабатывает заданный темп разгона и момент сопротивления на валу, не зависимо от условий возбуждения. Однако, асинхронно-частотный способ характерен трехкратными колебаниями
электромагнитного момента, а также колебаниями скорости ротора на начальном этапе разгона.
Рисунок 5 – Электромагнитный момент и момент сопротивления на валу
Рисунок 6 – Скорость вала ТСГ
Имитационное моделирование и аналитический расчет показывают, что разработанная электростартерная система обеспечивает необходимый пусковой момент и требуемый темп разгона авиационного газотурбинного двигателя. При этом ток обмотки статора основного каскада ТСГ не превышает максимально допустимый нагрузочный уровень, что положительно сказывается на ресурсе синхронной машины. Анализируя полученные результаты моделирования, можно сделать вывод, что предпочтительней с точки зрения энергоэффективности и стабильности регулирования момента, является способ, основанный на формировании реактивной составляющей электромагнитного момента.
В третьей главе предложена и проанализирована структурная схема электростартерной системы на основе трехкаскадного синхронного генератора и преобразователя напряжения. Для инвертора напряжения разработана структура системы управления, а также синтезированы параметры регуляторов замкнутой системы подчиненного регулирования. Получены аналитические выражения в dq- координатах, позволяющие определить энергетические параметры системы инвертор напряжения – трехкаскадный синхронный генератор, в двигательном режиме. Разработана математическая модель преобразователя частоты, работающего на эквивалентную RL-нагрузку с противо-ЭДС в abc-координатах, с помощью метода переключающих функций. Получены основные энергетические
показатели полупроводникового преобразователя при работе на трехкаскадный синхронный генератор, для различной скорости вращения вала.
Непосредственное управление трехкаскадным синхронным генератором, в режиме электродвигателя, осуществляется с помощью преобразователя частоты, который формирует симметричную систему трехфазных напряжений с заданными частотой и амплитудой первой гармоники. В качестве преобразователя частоты, используется трехфазный инвертор напряжения (ИН) с синусоидальной ШИМ. На Рисунке 7 представлена структура автономной системы запуска ВСУ, работающей от аккумуляторной батареи.
Рисунок 7 – Структурная схема электростартерной системы запуска ВСУ
Микропроцессорная система управления (МПСУ) оцифровывает сигналы обратной связи, необходимые для реализации алгоритмов управления, и управляет силовыми полупроводниковыми приборами (ключами) инвертора напряжения. Коммутация ключей осуществляется в соответствии с углом положения ротора γ, полученным по сигналам с датчика положения ротора (ДПР), который установлен в трехкаскадном синхронном генераторе. Структура системы векторного управления преобразователем частоты представлена на Рисунке 8.
Рисунок 8 – Структурная схема системы управления
Реализованная векторная система управления представляет собой классическую двухконтурную замкнутую систему управления во вращающейся системе dq-координат. Выход регулятора скорости поступает на регулятор угла
(РУ) между обобщенным вектором тока статора и противо-ЭДС, согласно выражениям, полученным во 2 Главе.
Рассмотрена система инвертор напряжения – трехкаскадный синхронный генератор, выражения для тока и напряжения инвертора напряжения, при работе на синхронный генератор, выглядят как (4):
i = I1sint + Ii sin(it +i ), i
(4) где, U1,Ui – амплитудное значение основной (с частотой ) и i – гармоник, i –
частота i – гармоники.
Структурные схемы ТСГ и ИН для основной и i – гармоник приведены на
Рисунке 9.
Рисунок 9 – Структурные схемы для основной (а) и i-ой гармоник (б) Уравнения для напряжений двигательного режима ТСГ во вращающейся
системе координат, при пренебрежении активными сопротивлениями имеют вид:
u =irL did −Li L did −Li, d d ddt qq ddt qq
uин =U1sin(t−)+Uisin(it+i). i
(5) Ортогональные проекций тока инвертора напряжения, также можно
u =i r+L diq +L i +E L diq +L i +E . q q qdt dd 0 qdt dd 0
представить в виде суммы составляющих от основных высокочастотных ( id , iq ) гармоник:
id =ido +id, iq =iqo +iq.
где соотношения для составляющих тока определяются как:
iqoud0 ,idoE0−uq0. Lq Ld
( ido ,
iqo ) и (6)
(7)
id()= Idspksin(ap+3k)+Idcpkcos(ap+3k),
p=−k=− p0
I
I I
I
ds pk
= 1 U [(ap + 3k)2 −1]Ld qs pk
= 1 U [(ap+3k)2 −1]Ld qcpk
= −1 U [(ap + 3k)2 −1]Lq ds pk
= −1 U [(ap + 3k)2 −1]Lq dc pk
−U (ap+3k) , dc pk
−U (ap+3k) . dspk
p=−k=− p0
(8) где синусные и косинусные составляющие гармоник определяются как:
iq()= Iqspksin(ap+3k)+Iqcpkcos(ap+3k).
dcpk qs pk
+U +U
(ap+3k) , qc pk
(ap+3k) . qs pk
(9)
(10)
qc pk
Полученные соотношения
параметры системы инвертор напряжения – трехкаскадный синхронный генератор, в двигательном режиме.
Рассмотрена спектральная модель системы, основанная на методе переключающих функций. Метод базируется на использовании функций, описывающих текущее состояние силового ключа. Для исследуемой системы рассмотрим работу трехфазного двухуровневого инвертора напряжения подключенного к эквивалентной, симметричной RL-нагрузке с противо-ЭДС (Рисунок 10).
Рисунок 10 – Схема замещения системы запуска
Выходное фазное напряжение инвертора для фаз a, b, c соответственно:
позволяют
определить
энергетические
uabc(n,)=(abc −0)−Eabc(n,).
(11)
где a ,b ,c ,0 − потенциалы фаз и нулевой точки нагрузки. Противо-ЭДС
трехкаскадного синхронного генератора – Eа,b,c(n,) представлена как функция,
зависящая от угла нагрузки – θ и скорости вращения вала в соответствии с характеристикой холостого хода ТСГ.
Выходной ток преобразователя можно представить в виде ряда Фурье:
i ( t) = a
cos(kt−(n))
+ b Ua(k)
sin(kt−(n)) ,
(n) (n)
a k=1 Ua(k)
cos(kt−(n))
Z sin(kt−(n)) (12)
i ( t) = a
b k=1 Ub(k) Z
+ b Ub(k)
,
Z
Z (n) (n)
cos(kt−(n)) i ( t) = a
+ b Uc(k)
sin(kt−(n)) ,
c k=1 Uc(k) Z
(n) (n)
Z Зависимость действующего значения выходного тока преобразователя от
скорости вращения вала представлена на Рисунке 11.
Рисунок 11 – Зависимость выходного тока инвертора от скорости вращения вала
В четвертой главе представлены результаты, полученные при анализе постоянной времени для трехкаскадного синхронного генератора, которые дают возможность оценить переходной процесс при мгновенном изменении тока нагрузки системы электроснабжения. На основе полученных соотношений для передаточных функций ТСГ, была выбрана и синтезирована цифровая система управления для блока стабилизации напряжения синхронного генератора. Было проведено имитационное моделирование системы генерирования, которое подтвердило правильность и адекватность синтезированной системы для систем, удовлетворяющих ГОСТ – 54073-2017.
На основе ранее полученных математических моделей составных частей трехкаскадного синхронного генератора, была создана модель системы генерирования с полупроводниковым преобразователем для стабилизации
напряжения. Система управления полупроводниковым преобразователем построена в соответствии с синтезированными регуляторами.
В соответствии с проведенными исследованиями по системе генерирования на основе ТСГ, был спроектирован и изготовлен микропроцессорный блок регулирования, защиты и управления. На Рисунке 12 представлено изображение 3D-модели спроектированного блока регулирования и фото изготовленного макетного образца.
аб
Рисунок 12 – 3-D модель спроектированного блока регулирования (а), макетный образец блока регулирования (б)
В пятой главе представлены результаты физических экспериментов. По результатам теоретических исследований, были спроектированы и изготовлены макетные образцы полупроводниковых преобразователей, а также методики их испытаний. Проведен ряд натурных экспериментов, подтверждающих возможность реализации электростартерной системы на основе трёхкаскадного синхронного генератора. Экспериментальные исследования проводились в разные этапы совместно со следующими предприятиями: АО «Технодинамика», АО «Аэроэлектромаш», ОАО «НПП «Аэросила». На Рисунке 13 представлены рабочие характеристики запуска газотурбинного двигателя ВСУ.
Рисунок 13 – Рабочие характеристики стартер-генераторной системы
Первым этапом испытаний было определение возможности запуска стартер-генератора ГТ120НЖЧ12КВ без датчика положения ротора, с помощью макета преобразователя системы запуска в режиме частотного пуска с последующим переходом в режим управляемой раскрутки с обратной связью по скорости вращения и стабилизацией токов фаз. Испытательный стенд (Рисунок 14) состоит из трехкаскадного синхронного генератора – ГТ120НЖЧ12КВ с жидкостным охлаждением, подключенного к маслосистеме, и макета инвертора напряжения с микропроцессорной системой управления.
Рисунок 14 – Общий вид испытательного стенда
Запуск генератора производился на холостом ходу, с этапом первоначального асинхронно-частотного пуска с дальнейшей синхронизацией с помощью напряжений подвозбудителя. Результаты измерений приведены в Таблице 1. На осциллограммах представлены ток фазы А обмотки якоря основного генератора IСТГ (3 канал, фиолетовый цвет) и фазное напряжение подвозбудителя UПДВ (4 канал, зеленый цвет) (Рисунок 15).
Рисунок 15 – Осциллограммы процесса работы системы запуска
Таблица 1 – Результаты измерений работы макета системы запуска
Режим t UИП3, IИП3 IСТГ IСТГ UПДВ fСТГ запуска (amp) (rms) (amp)
сек. В А А А В Гц
Частотный Синхронный
Синхронный
6,89 223,5 3,5 104 15 224,4 8 70 33 228 20 116
66 2 15,7 28 12,4 107 56 24,8 217
Следующим этапом испытаний было определение возможности запуска ВГТД ТА18-200МС от стартёр-генератора ГТ120НЖЧ12КВ без индукционного датчика положения ротора с помощью макетного образца преобразователя системы запуска в режиме частотного пуска с последующим переходом в режим управляемой раскрутки с обратной связью по скорости вращения. Испытания проводились на предприятии ОАО «НПП «Аэросила» при участии представителей АО «Аэроэлектромаш». Структурная блок схема испытательного стенда представлена на Рисунке 16.
Рисунок 16 – Схема испытательного стенда макета преобразователя с генератором в составе ВГТД
Программа испытаний содержала два основных этапа это – горячий запуск и холодная прокрутка. Запуск ВГТД в режиме горячего запуска, отличается тем, что включается топливная система, она подает топливо в камеру сгорания, происходит его воспламенение, и прокрутка вала двигателя продолжается до скорости необходимой для уверенного вывода авиадвигателя в режим холостого хода, что для данной системы составляет 55% от номинальной скорости. Результаты работы системы отображены на Рисунке 17.
Рисунок 17 – Осциллограммы работы ВГТД при горячем запуске
где, Nref [%] – уставка по скорости для ВГТД, Nt[%] – текущая скорость вала ВГТД, Gt[кг/ч] – расход топлива ВГТД, t[С0] – температура в камере сгорания ВГТД.
Проверка способа запуска с использованием реактивной составляющей момента были проведены на модифицированном генераторе, с интегрированным датчиком положения ротора. Целью испытаний является проверка реализации моментной характеристики необходимой для запуска ВГТД, представленной на Рисунке 13, испытания проводились путем проверки статических точек из нагрузочной характеристики.
Момент на валу стартер-генератора измерялся с помощью балансирной машины. Вал стартер-генератора жестко связывался с валом балансирной машиной через переходной валик, обеспечивая механическую связь. Для регулирования величины момента сопротивления на валу стартер-генератора, изменялась величина тока возбуждения балансирной машины. Сопротивление нагрузки балансирной машины во время испытаний не регулировалось. Частота вращения стартер-генератора измерялась с помощью тахометра, установленного на балансирной машине.
По результатам физических экспериментов, был проведен анализ полученных выражений для электромагнитного момента с учетом реальной характеристики изменения нагрузки.
Таблица 2 содержит результаты сравнения полученных данных, из которых можно сделать вывод что, относительная погрешность – δ, на начальном этапе находится в диапазоне от 1,75 до 2,8 процентов, однако при снижении значений момента, погрешность увеличивается до 9,33 процентов.
Таблица 2 – Сравнение аналитических и экспериментальных результатов
nвала об/мин 1000 1800 3000 4200 5400 6600
Результаты сравнения полученного электромагнитного момента и расчетного момента, представлены на Рисунке 18, также рисунок содержит, заданный по техническому заданию, момент сопротивления, и скорость ротора изменяющиеся относительно времени.
Рисунок 18 – Сравнение расчетного и экспериментального момента ТСГ
В заключении приводятся основные выводы и результаты по диссертационной работе. В приложении А представлены справка и акты о внедрении результатов диссертационной работы в учебном процессе НГТУ (г. Новосибирск) и при проведении НИОКР в АО «Аэроэлектромаш» (г. Москва) и АО «СЭГЗ» (г. Сарапул). В приложении Б представлены патенты на изобретения.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
В процессе выполнения диссертационного исследования была решена научно-техническая задача по исследованию и разработке стартер-генераторной
Mэм(эксперимент)
Н*м
53
73
40.3
21.1
12.8
7.4
Mэм(расчет)
Н*м
54.48
41.01
21.69
13.58
8.1
δ
%
2.78
2.74
1.75
2.80
6.10
9.33
системы на основе трехкаскадного синхронного генератора. В качестве основных результатов диссертационной работы, можно выделить следующие пункты:
1. Предложена математическая модель трехкаскадного синхронного генератора, на основе которой разработаны модели системы генерирования и системы запуска с цифровой системой управления. Для обоих вариантов синтезированы системы подчиненного регулирования.
2. Проведен анализ электромагнитных процессов ТСГ при формировании реактивной составляющей электромагнитного момента. Получено выражение для момента трехкаскадного синхронного генератора, зависящее от параметров, регулируемых инвертором напряжения и полупроводниковым преобразователем возбудителя. Определена функция изменения угла управления тока инвертора, позволяющая получить необходимый момент на валу трехкаскадного синхронного генератора при минимальном значении тока статора.
3. На основе полученных выражений для момента, разработаны алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем.
4. Получена система аналитических выражений, позволяющих определить энергетические параметры полупроводникового преобразователя при работе на трехкаскадный синхронный генератор в двигательном режиме.
5. Разработана методика расчета общей постоянной времени трехкаскадного синхронного генератора, и спроектирован на основе этих результатов, система управления цифрового блока для регулирования выходного напряжения в режиме генерирования.
6. Разработан и изготовлен экспериментальный образец преобразователя частоты и проведены физические эксперименты, подтверждающие работоспособность предложенных алгоритмов управления ТСГ в двигательном режиме. Показано, что ошибка в теоретическом расчете электромагнитного момента на начальном этапе запуска не превышает 3%.
Актуальность работы. Современные тенденции в отраслях, связанных с
автономными, подвижными объектами, такими как авиастроение, направлены на
увеличение доли электрификации или на полную замену всех агрегатов в пользу
электрических. В то же время повышаются требования к энергоэффективности и
массогабаритным показателям узлов и агрегатов, все эти требования приводят к
необходимости поиска новых решений при проектировании и создании
авиационных систем и агрегатов. Эти требования могут быть учтены за счет
многоцелевого использования оборудования, а также с помощью новых систем,
сочетающих в себе ряд функций. Также в последние годы заметен вектор по
увеличению мощности бортовых систем, обусловленный ростом потребителей
электрической энергии, а также уровнем потребления электроэнергии на борту
воздушных судов. На современных средне- и дальнемагистральных самолетах
мощность бортовых источников электропитания уже достигает 500 – 1500 кВА
(Рисунок 1) [1]. Основными потребителями электроэнергии на борту современных
летательных аппаратов, являются такие системы как: система управления
аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами ЛА;
систему кондиционирования воздуха; противообледенительную систему;
радиолокационная система; систему запуска авиационного двигателя (АД) [2], [3],
[4], [5], [6]. Конкуренция в производстве пассажирских самолетов устанавливает
новые стандарты комфорта пассажиров (многие современные самолеты оснащены
спутниковой связью и Wi-Fi для нужд пассажиров), повышая уровень
экологичности и эффективности воздушных судов, снижая уровень шума и снижая
эксплуатационные расходы. Решение поставленных задач во многом определяет
систему электроснабжения самолета. В частности, концепция «полностью
электрического самолета» (ПЭС) подразумевает использование на борту только
электричества и полный отказ от гидравлических и пневматических систем, а также
многофункциональное использование авиационных систем [7], [8], [9], [10].
Рисунок 1 – Мощность электрических систем современных самолетов
ПЭС подразумевает единую централизованную систему электроснабжения,
которая будет способна обеспечить все энергетические потребности ЛА. Таким
образом ПЭС – это самолет, в котором не только все бортовое оборудование
работает от электрической энергии, но и движение летательного аппарата
осуществляется от электрической силовой установки [11].
Степень разработанности темы. Интерес к увеличению электрификации
летательных аппаратов появился еще в первой половине XX века, но широкое
распространение среди ученых и разработчиков авиационных систем получило
после 80-х годов прошлого столетия. Среди них Helsley S.W., Bird D.K., Cronin M.
J., Wood N.E., Parker R.E., Voight A.A. и др. Несколько позже вопросом реализации
этой концепции занимались Советские и Российские ученые: Савенко В.А.,
Воронович С.А., Голота С.А., Халютин С.П. (ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского),
Лёвин А.В., Алексеев И.В. (АКБ «Якорь»), Сучков В.Н. (НИИАО), Кондаков Л.Н.,
Жуков Ю.Н., Качалов Б.А., Кушнерёв В.В. (МАЗ «Дзержинец»), Довгалёнок В.М.,
Куприянов А.Д. (АО «Аэроэлектромаш»), Бут Д.А., Ковалёв Л.К. (МАИ),
Харитонов С.А. (НГТУ), Гарганеев А.Г. (ТУСУР, ТПУ), Гуревич О.С. (ЦИАМ),
Кувшинов В.М. (ЦАГИ) и др. [12].
Наравне с увеличением уровня электрификации остро стоит задача
повышения энергоэффективности существующего электрооборудования
самолетов. Одним из критериев эффективности использования бортового
оборудования ЛА является реализация многоцелевого использования бортовых
узлов и агрегатов, а также кроссплатформенная интеграция всевозможных
авиационных систем, таких как гидравлическая, топливная, система
кондиционирования, система электроснабжения, вспомогательная силовая
установка (ВСУ), маршевый двигатель и другие. В рамках этого критерия
представляется целесообразным интегрировать стартер и генератор
вспомогательной силовой установки в одном агрегате.
Объект исследования – стартер-генераторная система; двигательный режим
работы трехкаскадного синхронного генератора.
Предмет исследования – алгоритмы управления и методы создания
пускового момента трехкаскадного синхронного генератора.
Цель диссертационной работы – анализ способов создания
электромагнитного момента трехкаскадного синхронного генератора при нулевой
скорости вращения вала и разработка алгоритмов управления стартер-
генераторной системой.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Проанализировать пусковые устройства и сформулировать требования к
электростартерному устройству.
2. Разработать математическую модель объекта исследования.
3. Проанализировать методы создания электромагнитного момента в
трехкаскадном синхронном генераторе в условиях запуска.
4. Провести аналитическое исследование системы запуска на основе
полупроводникового преобразователя частоты и трехкаскадного
синхронного генератора.
5. Разработать математическую модель цифрового блока регулирования
напряжения системы генерирования на основе трехкаскадного синхронного
генератора.
6. Провести экспериментальные исследования, подтверждающие и
верифицирующие теоретические исследования.
Методы исследования. Основные результаты научного исследования
получены за счет применения методов математического моделирования с
использованием аналитических выражений. Анализ электромагнитных процессов
в трехкаскадном синхронном генераторе выполнен на основе метода перехода во
вращающуюся систему координат с помощью уравнений Парка-Горева.
Исследование статических режимов работы полупроводникового преобразователя
при работе на синхронную машину проводился с помощью метода спектрального
моделирования. Исследования динамических процессов в системе синхронный
генератор – полупроводниковый преобразователь, проводятся с помощью
аналитических и графоаналитических методов решения дифференциальных
уравнений, а также при помощи имитационного моделирования в пакете
прикладных программ, таких как PowerSIM и MATLAB Simulink.
Научная новизна исследования состоит в следующем.
1. Предложена математическая модель системы запуска ГТД на основе
трехкаскадного синхронного генератора.
2. Разработан и реализован способ синхронизации системы управления с полем
ротора трехкаскадного синхронного генератора.
3. Разработаны рекомендации по оптимальному изменению угла управления
током полупроводникового преобразователя в режиме реактивного пуска
ТСГ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Алгоритм управления системой запуска газотурбинного двигателя ВСУ
летательного аппарата, с учетом особенностей работы трехкаскадного
синхронного генератора.
2. Способ регулирования электромагнитного момента ТСГ с помощью
управления угла между обобщенным вектором тока инвертора напряжения и
противо-ЭДС генератора.
3. Результат анализа электромагнитных процессов в трехкаскадном
синхронном генераторе при изменении скорости вращения вала от нулевых
до номинальных значений.
4. Математическая модель стартер-генераторной системы на основе ТСГ и
преобразователя напряжения с цифровой системой управления.
Обоснованность и достоверность результатов научного исследования
определяется корректной постановкой задач, адекватностью принятых допущений,
применением широко известных методов и средств численного моделирования, а
также согласованием основных теоретических выводов с экспериментально
полученными данными, как при имитационном моделировании, так и при
натурных экспериментах.
Практическая ценность и реализация результатов. Основные результаты
диссертационного исследования были применены при выполнении научно-
технических и опытно-конструкторских работ, выполняемых совместно с такими
предприятиями как, Холдинг «Технодинамика» г. Москва, АО «Аэроэлектромаш»
г. Москва, АО «Сарапульский электрогенераторный завод» г. Сарапул, ПАО
«Авиационная корпорация «Рубин» г. Балашиха (Приложение А).
1. Разработана и предложена структура стартер-генераторного устройства для
летательного аппарата, обеспечивающая электростартерный запуск
вспомогательной силовой установки.
2. Разработаны алгоритмы управления системой запуска на основе
трехкаскадного синхронного генератора.
3. Предложен и проверен способ бездатчиковой синхронизации системы
управления ПЧ-ТСГ в двигательном режиме.
4. Определены параметры, влияющие на формирование электромагнитного
момента ТСГ при нулевой скорости вращения вала.
5. Разработаны цифровые системы управления на основе микропроцессора для
управления полупроводниковыми преобразователями стартерного и
генераторного режима.
6. Предложены рекомендации для проектирования повышающего
преобразователя, необходимого для автономной работы системы запуска.
Соответствие научной специальности. Основные положения
диссертационной работы соответствуют области исследования, относящейся к
специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы, а именно
первому и третьему пункту, приведенным в паспорте специальности.
Апробация результатов диссертации. В полном объёме исследование
докладывалось и обсуждалось на заседании кафедры «Электроники и
Электротехники» ФГБОУ ВО «НГТУ». Основные результаты исследования и его
отдельные положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на
следующих семинарах и заседаниях: 13-20-я Международная конференция
молодых специалистов по микро/нано технологиям и электронным приборам
«EDM», 2012-2019 гг.; 16я Международная научно-техническая конференция
«Электроприводы переменного тока», г. Екатеринбург, 2015 г.; Научные чтения по
авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского, г. Москва 2016 г.; Всероссийская
научно-техническая конференция «Электропитание», г. Новосибирск, 2018 г.;
Международная конференция по электротехническим комплексам и системам
(ICOECS), г. Уфа, 2019 г.; Международная научно-техническая конференция
“Электротехнические комплексы и системы – UralCon», г. Челябинск, 2020 г.; 17-
18я Международная Уральская конференция «Электроприводы переменного тока
– ACED», г. Екатеринбург, 2018, 2021 гг.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертационного
исследования опубликовано 32 печатные работы, в том числе 5 работ опубликовано
в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 15 публикаций входящих в
международную систему цитирования «Scopus» и/или «Web of Science», 3 патента
на изобретение РФ (Приложение Б).
Личный вклад автора. Результаты научных исследований, представленные
в диссертационной работе, выполнены при непосредственном участии автора или
под его руководством, которое заключалось в постановке задач, обосновании и
выборе методов решения, а также в анализе полученных результатов. Полученные
экспериментальные результаты, лично проводились автором работы, а также
разработка методик испытаний, постановка задач для испытаний, анализ и
интерпретация достигнутых результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, заключения, списка сокращений, списка литературы, который
включает в себя 101 наименование, и двух приложений. Работа изложена на 202
страницах, включая 156 рисунков и 18 таблиц.
В процессе выполнения диссертационного исследования была решена
научно-техническая задача по исследованию и разработке стартер-генераторной
системы на основе трехкаскадного синхронного генератора. В качестве основных
результатов диссертационной работы, можно выделить следующие пункты:
1. Предложена математическая модель трехкаскадного синхронного
генератора, на основе которой разработаны модели системы генерирования и
системы запуска с цифровой системой управления. Для обоих вариантов
синтезированы системы подчиненного регулирования.
2. Проведен анализ электромагнитных процессов ТСГ при формировании
реактивной составляющей электромагнитного момента. Получено выражение для
момента трехкаскадного синхронного генератора, зависящее от параметров,
регулируемых инвертором напряжения и полупроводниковым преобразователем
возбудителя. Определена функция изменения угла управления тока инвертора,
позволяющая получить необходимый момент на валу трехкаскадного синхронного
генератора при минимальном значении тока статора.
3. На основе полученных выражений для момента, разработаны
алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем.
4. Получена система аналитических выражений, позволяющих
определить энергетические параметры полупроводникового преобразователя при
работе на трехкаскадный синхронный генератор в двигательном режиме.
5. Разработана методика расчета общей постоянной времени
трехкаскадного синхронного генератора, и спроектирован на основе этих
результатов, система управления цифрового блока для регулирования выходного
напряжения в режиме генерирования.
6. Разработан и изготовлен экспериментальный образец преобразователя
частоты и проведены физические эксперименты, подтверждающие
работоспособность предложенных алгоритмов управления ТСГ в двигательном
режиме. Показано, что ошибка в теоретическом расчете электромагнитного
момента на начальном этапе запуска не превышает 3%.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АБ – аккумуляторная батарея
АД – авиационный двигатель
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика
БП – блок питания
В – возбудитель
ВИП – вторичный источник питания
БРЗУ – блок регулирования защиты и управления
ВСУ – вспомогательная силовая установка
ВУ – выпрямительное устройство
Г – генератор
ГТД – газотурбинный двигатель
ДН – датчик напряжения
ДТ – датчик тока
И – инвертор
ИСН – источник стабильного напряжения
КЗ – короткое замыкание
КПД – коэффициент полезного действия
ЛА – летательный аппарат
ОГ – основной генератор
ПВ – подвозбудитель
ППЧВ – привод постоянной частоты вращения
Р – регулятор
СГ – синхронный генератор
СМ – синхронная машина
СМПМ – синхронная машина с постоянными магнитами
СЧ – силовая часть
СЭС – система электроснабжения
Тр – трансформатор
ТСГ – трёхкаскадный синхронный генератор
УВ – управляющее воздействие
УУ – устройство управления
Ф – фильтр
ФИ – формирователь импульсов
ФЧХ – фазочастотная характеристика
ХХ – холостой ход
ШИМ – широтно-импульсная модуляция
ЭДМ – электродинамическая модель
ЭДС – электродвижущая сила
[1]Волокитина Е. В. Исследования по созданию системы генерирования и
запускамаршевогодвигателявконцепцииполностью
электрифицированного самолета. Часть 1 / Е. В. Волокитина // Электроника
и электрооборудование транспорта. – 2011. – № 4. – С. 24-28.
[2]Воронович С.А, Каргопольцев В.А., Кутахов В.П. Полностью электрический
самолет // М.: Авиапанорама медиа. – 2009. – №2. – С.14-17.
[3]БертиновА.И.Авиационныеэлектрическиегенераторы.М.:
Государственное издательство оборонной промышленности, 1959. – 594 с.
[4]ЛевинА.В.Тенденциииперспективыразвитияавиационного
электрооборудования / А. В. Левин, С. П. Халютин, Б. В. Жмуров // Научный
вестникМосковскогогосударственноготехническогоуниверситета
гражданской авиации. – 2015. – № 213(3). – С. 50-57.
[5]Системы электроснабжения летательных аппаратов: учебник для курсантов
и слушателей высших военно-учебных заведений ВВС/ С. П. Халютин, Б. В.
Жмуров, М. Л. Тюляев [и др.]; под редакцией С.П. Халютина. – М.: ВУНЦ
ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 2010. – 428 с.
[6]Кушнерев В.В. Электротехнические комплексы самолетов нового поколения
/ В.В. Кушнерев// Датчики и системы. – 2002. – № 7. –С. 29–34.
[7]Лёвин А.В. Электрический самолёт: от идеи до реализации: монография /
А.В. Лёвин, И.И. Алексеев, С. А. Харитонов, Л.К. Ковалёв. – М.:
Машиностроение, 2010. – 288 с.
[8]Андриевский Ю.А. Авиационное оборудование. / Ю.Е. Воскресенский, Ю.П.
Доброленский и др. – М: Воениздат, 1989. – 248 с.
[9]Лёвин А.В. Электрический самолет. Концепция и технологии. Монография /
А.В. Левин, С.М. Мусин, С.А. Харитонов, К.Л. Ковалев, А.А. Герасин, С.П.
Халютин – Уфа: УГАТУ, 2014. – 388 с.
[10] Брускин Д.Э., Зубакин С.И. Самолеты с полностью электрифицированным
оборудованием // Итоги науки и техники. Сер. Электрооборудование
транспорта. М.: ВИНИТИ. 1986. – Т.6 – 108 с.
[11] Волокитина Е.В., Головизнин С.Б. Полностью электрифицированный
самолет от концепции до реализации // Электроника и электрооборудование
транспорта, 2007. – №1. – С. 2-5.
[12] Халютин С.П. Электрический самолёт: прошлое, настоящее, будущее. – М.:
Авиапанорама медиа, 2016. – №6. – С. 42-51.
[13] Павловский Н.И. Вспомогательные силовые установки. – М.: Транспорт,
1977. – 240 с.
[14] Локай В.И. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория,
конструкция и расчет/ В.И.Локай, М.К.Максутова, В.А.Стрункин. – М.:
Машиностроение, 1991. – 512с.
[15] Zharkov M. A., Sarakhanova R. Y. “Analysis of Current State of the Starting
Device for Aircraft Gas Turbine Engines,” 2020 International Ural Conference on
Electrical Power Engineering (UralCon), Chelyabinsk, Russia, 2020, pp. 383-388.
[16] Лозицкий Л.П. Авиационные двухконтурные двигатели Д-30КУ и Д-30КП
(конструкция, надежность и опыт эксплуатации) / Л.П. Лозицкий, М.Д.
Авдошко, В.Ф. Березлев и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 288с.
[17] Авиационный турбореактивный двигатель АМ – 3. Техническое описание. –
М.: Оборонгиз, 1956.
[18] Иноземцев А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и
энергетических установок. Том 3/ А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л.
Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2007. – 232 с.
[19] Корнеев В.М. Особенности конструкции газотурбинных двигателей. – М.:
Издательские решения, 2017. – 102 с.
[20] Коробков Д.В., Харитонов А.С., Жарков М.А., Харитонов С.А., Калужский
Д.Л.,КалийВ.А.,ХлебниковА.С./Стартер-генераторнаясистема
постоянного тока. Имитационная модель и результаты математического
эксперимента (Часть 1 – генераторный режим) // Электропитание. – 2017. –
№3. – С. 30-45.
[21] Левин А.В., Халютин С.П., Давидов А.О., Жмуров Б.В., Харитонов С.А.,
Жарков М.А., Харитонов А.С. / Стартер-генераторная система для
вспомогательной силовой установки // Научный вестник Московского
государственного технического университета гражданской авиации. – 2017.
– №5. – С. 55-66.
[22] Spooner E., S. Khatab A.W., Nicolaou N.G., “Hybrid excitation of AC and DC
machine,” in Proc. Fourth Int. Conf. Electrical Machines and Drives, London,
U.K., Sep. 1989, pp.48-52.
[23] Kamiev K., Nerg J., Pyrhonen J., Zaboin V., Hrabovcova V., Rafajdus P. “Hybrid
excitation synchronous generators for island operation,” IET Elect. Power Appl.,
vol. 6, no. 1, 2012, pp. 1-11.
[24] Shushu Zhu, Chuang Liu, Kai Wang, Yaohua Hu, Yinhang Ning, “Theoretical and
experimental analyses of a hybrid excitation synchronous generator with integrated
brushless excitation,” IET Elect. Power Appl., vol. 10, no. 4, 2016, pp. 258-267.
[25] Ismagilov, F., Vavilov, V., Roginskaya, L., Shapiro, S., Gusakov, D., Design of
High Temperature Six-Phase Starter-Generator Embedded in Aerospace Engine,
International Review of Aerospace Engineering (IREASE), 2016, pp. 216-225.
[26] Cavagnino A., Li Z., Tenconi A., Vaschetto S. Integrated generator for more
electric engine: Design and testing of a scaledsize prototype in IEEE Transactions
on Industry Applications. Vol. 49, no. 5, 2013, pp. 2034-2043.
[27] Besnard J.P., Biais F., Martinez, M. Electrical rotating machines and power
electronics for new aircraft equipment systems in ICAS-Secretariat – 25th Congress
of the International Council of the Aeronautical Sciences. 2006, pp. 1-9.
[28] Wang, J., Atallah K., Zhu Z.Q., Howe D. Modular three‐phase permanent magnet
brushless machines for in wheel applications // IEEE Transactions on Vehicular
Technology Vol. 57, Issue 5, 2008, pp. 2714‐2720.
[29] Патент № 2583837 C1 Российская Федерация, МПК H02K 21/02, H02K 21/12,
H02K 19/36. Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и
способ управления им: № 2015100634/07: заявл. 12.01.2015: опубл.
10.05.2016 / Ф. Р. Исмагилов, И. Х. Хайруллин, В. Е. Вавилов [и др.];
заявительфедеральноегосударственноебюджетноеобразовательное
учреждениевысшегопрофессиональногообразования”Уфимский
государственный авиационный технический университет”.
[30] Zharkov M.A., Kharitonov S.A., Simin V.S.: Electric starter mode three-stage
synchronous generator with damping cage//15 International conference of young
specialists on micro/nanotechnologies and electron devices (EDM 2014): proc.,
Altai, Erlagol, 30 June – 4 July 2014. – Novosibirsk: IEEE, 2014. – P. 444-446.
[31] Zharkov M.A., Kharitonov S.A., Simin V.S., Korobkov D.V., Volkov A.G.,
Bessonov I.O. Mathematical model of the starter system based on a three-stage
synchronous generator with damping cage// 16th International Conference of
Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2015),
Altai, Erlagol, 29 June – 3 July 2015. – Novosibirsk: NSTU, 2015.- P. 422-426.
[32] Zharkov M.A., Bachurin P.A., Kharitonov S.A., Kupriyanov A.D., Sapsalev A.V.,
Sarakhanova R.Yu. /Experiment results of the laboratory tests of electrical starting
system powered by an AC source// 17th International Conference of Young
Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2016), Altai,
Erlagol, 30 June – 4 July 2016. – Novosibirsk: NSTU, 2016.- P. 448-451.
[33] Legranger J., Friedrich G., “Design of a brushless rotor supply for a wound rotor
synchronous machine for integrated starter generator,” in Proc. IEEE VPPC,
Arlington, TX, USA, Sep. 2007, pp. 236–241.
[34] Legranger J., Friedrich G., Vivier S., Mipo J. C., “Comparison of two optimal
rotary transformer designs for highly constrained applications,” inProc. IEEE Int.
Elect. Mach. Drives Conf., May 2007, vol. 2, pp. 1546–1551.
[35] Tartibi M., Domijan A., “Optimizing ac-exciter design,”IEEE Trans. Energy
Convers., vol. 11, no. 1, pp. 16–24, Mar. 1996.
[36] Грузков С.А., Морозов В.А., Нагайцев В.И., Останин С.Ю., Румянцев М.Ю.,
СоломинА.Н.,ТарасовВ.Н.,ТыричевП.А.Электрооборудование
летательных аппаратов. Т. 2 Элементы и системы электрооборудования –
приемники электрической энергии. М.: Издательство МЭИ, 2008. – 552с.
[37] Moir I., Seabridge A., Jukes M., “Electrical systems,” in Civil Avionics Systems,
2nd ed. New York, NY, USA: Wiley, 2013, pp. 235–290.
[38] ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов.
Общие требования и нормы качества электроэнергии. – М.: Стандартинформ,
2018. – 35 с.
[39] Матвеенко А.М., Акимов А.И., Акопов М.Г. Самолеты и вертолеты.
Проектирование, конструкции и системы самолетов и вертолетов. Том IV-21/
под общей редакцией А.М. Матвеенко. – Книга 2, Москва: Машиностроение,
2004. – 752 с.
[40] Брускин Д.Э., Синдеев И.М. Электроснабжение ЛA. М.: Высшая школа,
1988. – 262с.
[41] Генератор ГТ120НЖЧ12КВ [Электронный ресурс]: Каталог продукции АО
«Аэроэлектромаш»/Генераторы для вспомогательных силовых установок
(ВСУ) – Режим доступа: http://aeroem.ru/catalog/generatoryi/generatoryi-dlya-
vspomogatelnyix-silovyix-ustanovok-(vsu)/gt120nzhch12kv.html (26.06.2021).
[42] ВГТД ТА18-200 [Электронный ресурс]: Каталог продукции ОАО «Научно-
производственноепредприятие«Аэросила»/Вспомогательные
газотурбинныедвигатели(ВГТД)-Режимдоступа:
http://aerosila.ru/products/vspomogatelnye-gazoturbinnye-dvigateli/vgtd-ta18-
200klass-ekvivalentnoj-moshhnosti-350-kvt (27.06.2021).
[43] Сипайлов Г.А., Лоос А.В. Математическое моделирование электрических
машин (АВМ). М.: Высшая школа, 1980г. – 176с.
[44] Балагуров В.А. Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными
магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.
[45] Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование
электрических машин. М.: Высшая школа, 2002. -757 с.
[46] СергеевП.С.,ВиноградовН.В.,ГоряиновФ.А.Проектирование
электрических машин. Изд. 3-е. М.: Энергия, 1970. – 632 с.
[47] Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. –
М.: Логос, 2000. – 607 с.
[48] Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа, 1990.-
416 с.
[49] Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины
(специальный курс). М.: Высшая школа, 1987. – 376 с.
[50] Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 2: Асинхронные и синхронные
машины. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 416 с.
[51] Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчет,
элементы проектирования. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. –
368 с.
[52] Копылов И.П. Проектирование электрических машин: Учеб.пособие для
вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др. – М.: Энергия, 1980.
– 496 с
[53] Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для
вузов / С.А. Грузков. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 568 c.
[54] Кац Б.М. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей / Б.М.
Кац, Э.С. Жаров, В.К. Винокуров – М.: Машиностроение, 1976. – 220с.
[55] Анализ использования демпферной обмотки для создания пускового
момента трехкаскадного синхронного генератора / М.А. Жарков, А.В.
Сапсалев, С.А. Харитонов, Г.С. Зиновьев, В.В. Жуловян // Доклады АН ВШ
РФ. – 2018. – № 4 (41). – C. 64-76.
[56] Бобов К.С. Авиационные электрические машины. Часть 1. Машины
постоянного и переменного тока. Трансформаторы. / К.С. Бобов, В.А.
Винокуров, B.C. Аскерко, М.В. Кравчук, Г.И. Панасюк – ВВИА им. проф.
Н.Е. Жуковского, 1960. – 642 с.
[57] Marian P. Kazmierkowski, Leopoldo G. Franquelo, Jose Rodriguez, Marcelo A.
Perez, Jose I. Leon. High-Performance Motor Drives: IEEE Industrial Electronics,
vol. 5, 2011, pp. 6-26.
[58] Blaschke F. The principle of field-orientation as applied to the transvector closed
loop control system for rotating-field machines: Siemens Rev., vol. 34, 1972, pp.
217–220.
[59] Takahashi I., Noguchi T. A new quick response and high-efficiency control
strategy of an induction motor: IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. IA-22, no. 5, 1986,
pp. 820–827.
[60] Depenbrock M. Direct self-control of the flux and rotary moment of a rotary-field
machine: US4678248, 1987.
[61] Глебов И.А. Проблемы пуска сверхмощных синхронных машин / Глебов
И.А., Шулаков Н.В., Крутяков Е.А. – Л.: Наука, 1988. – 197 с.
[62] Барвинский А.П. Электрооборудование самолетов: Учеб. для сред. спец.
учеб. заведений / Барвинский А.П., Козлова Ф.Г. – М.: Транспорт, 1990. – 320
с.
[63] СтавровскийБ.А.Автоматизированныйэлектроприводлетательных
аппаратов. / Б.А. Ставровский, В.И. Панов – Киев, 1974. – 392 с.
[64] Анишев Е.Ю. Система частотного пуска мощного турбогенератора
высокотемпературной гелиевой энергоустановки / Анишев Е.Ю., Каржев
А.В., Лазарев Г.Б. — Вестник ВНИИЭ, 2004.
[65] Патент № 2680287 C1 Российская Федерация, МПК F02C 7/00. Способ
запуска газотурбинного двигателя: № 2018100313: заявл. 09.01.2018: опубл.
19.02.2019 / А. В. Сапсалев, М. А. Жарков, С. А. Харитонов, П. А. Бачурин;
заявитель Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное
Учреждение Высшего Образования “Новосибирский государственный
технический университет”.
[66] Патент № 2717477 C1 Российская Федерация, МПК F02N 11/14, H02P 1/50,
F02C 7/00. Способ запуска газотурбинного двигателя: № 2019124156: заявл.
25.07.2019: опубл. 23.03.2020 / А. В. Сапсалев, М. А. Жарков, А. С.
Харитонов [и др.]; заявитель Федеральное Государственное Бюджетное
Образовательное Учреждение Высшего Образования “Новосибирский
государственный технический университет”.
[67] Zharkov M.A., Kharitonov S.A., Sapsalev A.V., Kharitonov A.S. / Starting Mode
of Three-Stage Brushless Generator Operation//2018 17th International Ural
Conference on AC Electric Drives (ACED), Ekaterinburg, Russia, 26-30 March
2018. – IEEE, 2018. – P. 1-4.
[68] Волокитина Е. В. Исследования по созданию системы генерирования и
запускамаршевогодвигателявконцепцииполностью
электрифицированногосамолета.Часть2//Электроснабжениеи
электрооборудование. – 2013. – №3. – С. 16-22.
[69] Осин И.Д., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины:
Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика» /Под ред. И.П.
Копылова. М.: Высш. шк., 1990.
[70] ГольдбергО.Д.,ГуринЯ.С.,СвириденкоИ.С.Проектирование
электрических машин: Учеб. для втузов / Под ред. О.Д. Гольдберга. 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001.
[71] Иванов-СмоленскийA.B.Электромагнитныеполяипроцессыв
электрических машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1969.
– 302с.: ил.
[72] Иванов-Смоленский A.B., Абрамкин Ю.В., Власов А.И., Кузнецов В.А.
Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических
машинах. / Под ред. A.B. Иванова-Смоленского. М.: Энергоатомиздат, 1986.
[73] Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн.
учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. JI.: Изд-во «Энергия», 1974.
[74] Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: Учеб. для вузов.1. М.:
Энергия, 1980.
[75] Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин
переменного тока. М.: Высшая школа, 1990. – 272 с.
[76] ГельфандИ.М.,ЛьвовскийС.М., ТоомА.Л.Тригонометрия.М.:
ИздательствоМосковскогоЦентранепрерывногоматематического
образования, 2010. – 199 с.
[77] Фираго Б. И. Теория электропривода: Учеб. пособие / Б. И. Фираго, Л. Б.
Павлячик. – Мн.: ЗАО “Техноперспектива”, 2004. – 527 с.
[78] ШрейнерР.Т.Математическоемоделированиеэлектроприводов
переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. –
Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.
[79] Управление исполнительными элементами следящих электроприводов
летательных аппаратов. Б.И. Петров, В.В. Бальбух, Н.П. Папе и др. / Под ред.
Б.И. Петрова. -М.: Машиностроение, 1981. -222с.
[80] СлежановскийО.В.идр.Системыподчиненногорегулирования
электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями/ – М.:
Энергоатомиздат,1983. – 256 с.
[81] Zharkov M. A., Kharitonov S. A., Sidorov V. E., Dubkova R. Y., “The Analysis of
the Reactive Launch of Three-stage Synchronous Generator for Aviation Starter-
Generator Device,” 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes
and Systems (ICOECS), Ufa, Russia, 2019, pp. 1-5.
[82] Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Новосибирск: Изд-во НГТУ,
2003.-664 е.: ил.
[83] Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и
импульсные стабилизаторы. М.: Постмаркет, 2002. – 544 е.: ил.
[84] Электромагнитные процессы в системах генерирования электрической
энергии для автономных объектов: монография / С. А. Харитонов. -:
Новосибирск изд-во НГТУ, 2011. – 536 с.
[85] Харитонов С.А., Жарков М.А., Бачурин П.А., Коробков Д.В., Коняхин С.Ф.,
Куприянов А.Д. Электростартерный запуск трехкаскадного синхронного
генератора// Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е.
Жуковского. 2016. № 4. С. 413-420.
[86] Zharkov M.A., Bachurin P.A., Kharitonov S.A., Korobkov D.V., Sarakhanova
R.Yu., Simin V.S. /Experiment results of laboratory tests of electrical starting
system powered by a DC source//17th International Conference of Young
Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2016), Altai,
Erlagol, 30 June – 4 July 2016. – Novosibirsk: NSTU, 2016.- P. 623-627.
[87] Zotov, L.G., Razinkin, V.P., Zharkov, M.A., Atuchin, V.V. Flying apparatus DC–
DC starter-generator converter based on switching capacitor structures. Electrical
Engineering, Volume 102, Issue 2, 1 June 2020, pp. 643-650.
[88] Зотов Л.Г., Зиновьев Г.С., Харитонов С.А., Жарков М.А. Комбинированный
преобразователь постоянного тока для стартер-генератора вспомогательной
силовой установки летательного аппарата// Электропитание. – 2018. – № 3. С.
15-24.
[89] Калачев Ю.Н. Векторное управление (заметки практика). – ЭФО, 2013. – 63
с.
[90] БашаринА.В.,НовиковВ.А.,СоколовскийГ.Г.Управление
электроприводами: учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоизлат. Ленингр.
Отд-ние, 1982. – 392 с., ил.
[91] Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М.:
Энергоиздат, 1982. 192 с.
[92] Zharkov M.A., Sidorov V.E. Electric Starter System for Launching a Gas Turbine
Aircraft Engine//20th International Conference of Young Specialists on
Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2019), Altai, Erlagol, 29
June-3 July 2019. – IEEE, 2019. – P. 700-704.
[93] Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроводов: учеб.
пособие / Р.Т. Шрейнер. Екатиринбург: Изд-ва ГОУ ВПО «Рос. гос. проф. –
пед. ун-т», 2008. – 279 с.
[94] Харитонов, С.А. Система “синхронный генератор с возбуждением от
постоянных магнитов – активный выпрямитель” (математическая модель) / С.
А. Харитонов // Электротехника. – 2009. – № 12. – С. 33-42.
[95] Чаплыгин Е. Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-
импульсной модуляцией: учебное пособие / Е. Е. Чаплыгин. – М.: МЭИ, 2009.
– 56 с.
[96] Востриков А. С. Теория автоматического регулирования: Учебное пособие /
А. С. Востриков, Г. А. Французова. – Новосибирск: Издательство НГТУ,
2003. – 364 с.
[97] Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления / В. А.
Бесекерский, Е. П. Попов // СПб.: Профессия, 2003. – 752 с.
[98] Sajnekar, D.M. Efficient PID Controller Tuning Method Selection to be used in
Excitation System of Brushless Synchronous Generator / D. M. Sajnekar, S. B.
Deshpande., R. M. Moharil // ICCPEIC. – 2016. – №5. – pp. 413 – 418.
[99] Ziegler J.G., Nichols N.B. Optimum settings for automatic controllers
//Transactions of the ASME, Vol.64. – 1942. – pp. 759-768.
[100] Генератор ГТ40ПЧ8Б [Электронный ресурс]: Каталог продукции АО
«СЭГЗ»/Авиационнаяиспецпродукция-Режимдоступа:
https://segz.ru/product/generatory/generator-peremennogo-toka-gt40pch8b-v
(03.07.2021).
[101] Zharkov M. A., Sarakhanova R. Y., Kurochkin D. A., “Experimental Results of
Starting a Three-Stage Synchronous Generator Using a Reactive Torque,” 2021
XVIII International Scientific Technical Conference Alternating Current Electric
Drives (ACED), 2021, pp. 1-4.
Читать «Анализ электромагнитных процессов в стартер-генераторной системе на основе трехкаскадного синхронного генератора»
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (2878 отзывов)
5 (285 отзывов)
4 (15 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
5 (9 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
4.7 (46 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
