Способ построения стабилизированной по частоте и напряжению самолетной трехфазной сети с асинхронным генератором на валу турбины
Ключевые слова:
бортовая электрическая сеть, матричные непосредственные преобразователи частоты, высокоскоростной асинхронный генератор, компьютерное моделирование
Аннотация
Для электроснабжения автономных объектов (самолетов, вертолетов и др.) широкое применение получили преобразователи частоты с различным исполнением силовой схемы. Первичными источниками электрической энергии при этом выступают трехфазные генераторы с переменной частотой и уровнем напряжения, установленные, как правило, на валу реактивной турбины. Для получения стабилизированного трехфазного выходного напряжения распространение получила схема двухуровневого преобразователя, состоящая из неуправляемого выпрямителя, звена постоянного тока и автономного инвертора напряжения. В последние годы интерес обращается к непосредственным преобразователям частоты, в которых из первичной «плохой» сети формируется за одну ступень вторичная стабилизированная сеть. При этом используются современные топологии силовой схемы и алгоритмы управления ею. Существенными достоинствами непосредственных преобразователей частоты являются исключение звена постоянного тока с крупногабаритными электролитическими конденсаторами большой емкости и возможность выполнять преобразование энергии за одну ступень. Особый интерес предоставляет использование асинхронного генератора в качестве первичного источника бортовой сети. Сопряжение его с матричным непосредственным преобразователем частоты, в котором применен авторский алгоритм управления ключами, позволяет получить высококачественную стабилизированную по амплитуде и частоте напряжения бортовую сеть для автономных объектов.
Литература
1. Машинский В.В. Резервная система генерирования электрической энергии для летательных аппаратов: дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, НГТУ, 2014, 134 с.
2. Мещеряков В.Н., Байков Д.В. Энергосберегающий асинхронный электропривод на базе матричного преобразователя частоты. – Электротехника: сетевой электронный научный журнал, 2015, т. 2, № 2, с. 35–39.
3. Савельев В.А., Шелкунов Р.Г. Имитационная модель матричного преобразователя частоты. – Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого, 2018, № 4, с. 54–61.
4. Mahajan S., et. al. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2017, vol. 20, pp. 649–661, DOI:10.1016/j.jestch.2017.02.006.
5. Mohamed E.E.M., Sayed M.A. Matrix Converters and Three-Phase Inverters Fed Linear Induction Motor Drives-Performance Compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9, pp. 329–340, DOI:10.1016/j.asej.2016.02.002.
6. Константинова С.В., Капустинский А.Ю., Ярошевич Т.М. Расчет емкости для работы мини-энергокомплекса на основе асинхронного генератора в автономном режиме. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2021, т. 64, № 1, с. 40–50.
7. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator Automated Control System for Supplying Electricity to Sprinkling Machine. – IEEE International Russian Automation Conference, 2021, pp. 892–896, DOI: 10.1109/RusAutoCon52004.2021. 9537397.
8. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator with a Switchable Stator Winding for Powering the Electrical Equipment of Sprinkling Machines: Research Results. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2021, pp. 90–95, DOI: 10.1109/ICIEAM 51226.2021.9446419.
9. Vyshnevskyi L., Mukha M., Vyshnevskyi D. Discrete-Pulse Voltage Control of an Asynchronous Generator. – IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, DOI: 10.1109/MEES52427.2021.9598478.
10. Chatterjee H.S., Mahato S.N. A New and Simple Mathematical Technique to Study the Steady-state Performance of Isolated Asynchronous Generator. – Distributed Generation & Alternative Energy Journal, 2022, vol. 37, No. 3, pp. 663–682, DOI: 10.13052/dgaej2156-3306.37313.
11. Benbouhenni H. Amelioration Effectiveness of Torque and Rotor Flux Control Applied to the Asynchronous Generator for Dual-rotor Wind Turbine using Neural Third-order Sliding Mode Approaches. – International Journal of Engineering, 2022, vol. 35, No. 3, pp. 517–530, DOI:10.5829/ije.2022.35.03c.04.
12. Курилин С.П., Соколов А.М., Прокимнов Н.Н. Компьютерная программа для моделирования показателей технического состояния электромеханических систем. – Прикладная информатика, 2022, т. 17, № 2, с.105–119.
13. Крутиков К.К., Кисляков М.А., Рожков В.В. Управление матричным непосредственным преобразователем частоты вторичных источников электропитания автономных объектов. – Электричество, 2021, № 7, с. 41–50.
14. Kislyakov M.A., et al. Improving the Characteristics of a Matrix Frequency Converter by Using Sliding Modes for the Control of Transistor Switching. – AIP Conference Proceedings, 2021, 2402, 030014, DOI:10.1063/5.0071855.
15. ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Стандартинформ, 2018, 36 с.
---
Работа выполнена в рамках государственного задания, проект № FSWF-2020-0019
#
1. Mashinskiy V.V. Rezervnaya sistema generirovaniya elek-tricheskoy energii dlya letatel'nyh apparatov: dis. … kand. tekhn. nauk (Backup Electric Power Generation System for Aircraft: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk, NGTU, 2014, 134 p.
2. Meshcheryakov V.N., Baykov D.V. Elektrotekhnika: setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal. – in Russ. (Electrical Engineering: Online Electronic Scientific Journal), 2015, vol. 2, No. 2, pp. 35–39.
3. Savel'ev V.A., Shelkunov R.G. Vestnik GGTU im. P.O. Suhogo – in Russ. (Bulletin of GSTU n.a. P.O. Sukhoi), 2018, № 4, с. 54–61.
4. Mahajan S., et al. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2017, vol. 20, pp. 649–661, DOI:10.1016/j.jestch.2017.02.006.
5. Mohamed E.E.M., Sayed M.A. Matrix Converters and Three-Phase Inverters Fed Linear Induction Motor Drives-Performance Compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9, pp. 329–340, DOI:10.1016/j.asej.2016.02.002.
6. Konstantinova S.V., Kapustinskiy A.Yu., Yaroshevich T.M. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob"edineniy SNG – in Russ. (Power Engineering. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2021, vol. 64, No. 1, pp. 40–50.
7. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator Automated Control System for Supplying Electricity to Sprinkling Machine. – IEEE International Russian Automation Conference, 2021, pp. 892–896, DOI: 10.1109/RusAutoCon52004.2021. 9537397.
8. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator with a Switchable Stator Winding for Powering the Electrical Equipment of Sprinkling Machines: Research Results. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2021, pp. 90–95, DOI: 10.1109/ICIEAM 51226.2021.9446419.
9. Vyshnevskyi L., Mukha M., Vyshnevskyi D. Discrete-Pulse Voltage Control of an Asynchronous Generator. – IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, DOI: 10.1109/MEES52427.2021.9598478.
10. Chatterjee H.S., Mahato S.N. A New and Simple Mathematical Technique to Study the Steady-state Performance of Isolated Asynchronous Generator. – Distributed Generation & Alternative Energy Journal, 2022, vol. 37, No. 3, pp. 663–682, DOI: 10.13052/dgaej2156-3306.37313.
11. Benbouhenni H. Amelioration Effectiveness of Torque and Rotor Flux Control Applied to the Asynchronous Generator for Dual-rotor Wind Turbine using Neural Third-order Sliding Mode Approaches. – International Journal of Engineering, 2022, vol. 35, No. 3, pp. 517–530, DOI:10.5829/ije.2022.35.03c.04.
12. Kurilin S.P., Sokolov A.M., Prokimnov N.N. Prikladnaya informatika – in Russ. (Applied Computer Science), 2022, vol. 17, No. 2, pp.105–119.
13. Krutikov K.K., Kislyakov M.A., Rozhkov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 7, pp. 41–50.
14. Kislyakov M.A., et al. Improving the Characteristics of a Matrix Frequency Converter by Using Sliding Modes for the Control of Transistor Switching. – AIP Conference Proceedings, 2021, 2402, 030014, DOI:10.1063/5.0071855.
15. GОSТ R 54073-2017. Sistemy elektrosnabzheniya samoletov i vertoletov. Obshchie trebovaniya i normy kachestva elektroenergii (Electric Power Supply Systems of Airplanes and Helicopters. General Requirements and Norms of Electricity Quality). М.: Standartinform, 2018, 36 p.
---
The work was carried out within the framework of the State Task (Project No. FSWF-2020-0019)
2. Мещеряков В.Н., Байков Д.В. Энергосберегающий асинхронный электропривод на базе матричного преобразователя частоты. – Электротехника: сетевой электронный научный журнал, 2015, т. 2, № 2, с. 35–39.
3. Савельев В.А., Шелкунов Р.Г. Имитационная модель матричного преобразователя частоты. – Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого, 2018, № 4, с. 54–61.
4. Mahajan S., et. al. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2017, vol. 20, pp. 649–661, DOI:10.1016/j.jestch.2017.02.006.
5. Mohamed E.E.M., Sayed M.A. Matrix Converters and Three-Phase Inverters Fed Linear Induction Motor Drives-Performance Compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9, pp. 329–340, DOI:10.1016/j.asej.2016.02.002.
6. Константинова С.В., Капустинский А.Ю., Ярошевич Т.М. Расчет емкости для работы мини-энергокомплекса на основе асинхронного генератора в автономном режиме. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2021, т. 64, № 1, с. 40–50.
7. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator Automated Control System for Supplying Electricity to Sprinkling Machine. – IEEE International Russian Automation Conference, 2021, pp. 892–896, DOI: 10.1109/RusAutoCon52004.2021. 9537397.
8. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator with a Switchable Stator Winding for Powering the Electrical Equipment of Sprinkling Machines: Research Results. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2021, pp. 90–95, DOI: 10.1109/ICIEAM 51226.2021.9446419.
9. Vyshnevskyi L., Mukha M., Vyshnevskyi D. Discrete-Pulse Voltage Control of an Asynchronous Generator. – IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, DOI: 10.1109/MEES52427.2021.9598478.
10. Chatterjee H.S., Mahato S.N. A New and Simple Mathematical Technique to Study the Steady-state Performance of Isolated Asynchronous Generator. – Distributed Generation & Alternative Energy Journal, 2022, vol. 37, No. 3, pp. 663–682, DOI: 10.13052/dgaej2156-3306.37313.
11. Benbouhenni H. Amelioration Effectiveness of Torque and Rotor Flux Control Applied to the Asynchronous Generator for Dual-rotor Wind Turbine using Neural Third-order Sliding Mode Approaches. – International Journal of Engineering, 2022, vol. 35, No. 3, pp. 517–530, DOI:10.5829/ije.2022.35.03c.04.
12. Курилин С.П., Соколов А.М., Прокимнов Н.Н. Компьютерная программа для моделирования показателей технического состояния электромеханических систем. – Прикладная информатика, 2022, т. 17, № 2, с.105–119.
13. Крутиков К.К., Кисляков М.А., Рожков В.В. Управление матричным непосредственным преобразователем частоты вторичных источников электропитания автономных объектов. – Электричество, 2021, № 7, с. 41–50.
14. Kislyakov M.A., et al. Improving the Characteristics of a Matrix Frequency Converter by Using Sliding Modes for the Control of Transistor Switching. – AIP Conference Proceedings, 2021, 2402, 030014, DOI:10.1063/5.0071855.
15. ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Стандартинформ, 2018, 36 с.
---
Работа выполнена в рамках государственного задания, проект № FSWF-2020-0019
#
1. Mashinskiy V.V. Rezervnaya sistema generirovaniya elek-tricheskoy energii dlya letatel'nyh apparatov: dis. … kand. tekhn. nauk (Backup Electric Power Generation System for Aircraft: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). Novosibirsk, NGTU, 2014, 134 p.
2. Meshcheryakov V.N., Baykov D.V. Elektrotekhnika: setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal. – in Russ. (Electrical Engineering: Online Electronic Scientific Journal), 2015, vol. 2, No. 2, pp. 35–39.
3. Savel'ev V.A., Shelkunov R.G. Vestnik GGTU im. P.O. Suhogo – in Russ. (Bulletin of GSTU n.a. P.O. Sukhoi), 2018, № 4, с. 54–61.
4. Mahajan S., et al. Analysis and control of induction generator supplying stand-alone AC loads employing a Matrix Converter. – Engineering Science and Technology, an International Journal, 2017, vol. 20, pp. 649–661, DOI:10.1016/j.jestch.2017.02.006.
5. Mohamed E.E.M., Sayed M.A. Matrix Converters and Three-Phase Inverters Fed Linear Induction Motor Drives-Performance Compare. – Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9, pp. 329–340, DOI:10.1016/j.asej.2016.02.002.
6. Konstantinova S.V., Kapustinskiy A.Yu., Yaroshevich T.M. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob"edineniy SNG – in Russ. (Power Engineering. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2021, vol. 64, No. 1, pp. 40–50.
7. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator Automated Control System for Supplying Electricity to Sprinkling Machine. – IEEE International Russian Automation Conference, 2021, pp. 892–896, DOI: 10.1109/RusAutoCon52004.2021. 9537397.
8. Oskin S.V., Barakin N.S., Kumejko A.A. Asynchronous Generator with a Switchable Stator Winding for Powering the Electrical Equipment of Sprinkling Machines: Research Results. – International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2021, pp. 90–95, DOI: 10.1109/ICIEAM 51226.2021.9446419.
9. Vyshnevskyi L., Mukha M., Vyshnevskyi D. Discrete-Pulse Voltage Control of an Asynchronous Generator. – IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2021, DOI: 10.1109/MEES52427.2021.9598478.
10. Chatterjee H.S., Mahato S.N. A New and Simple Mathematical Technique to Study the Steady-state Performance of Isolated Asynchronous Generator. – Distributed Generation & Alternative Energy Journal, 2022, vol. 37, No. 3, pp. 663–682, DOI: 10.13052/dgaej2156-3306.37313.
11. Benbouhenni H. Amelioration Effectiveness of Torque and Rotor Flux Control Applied to the Asynchronous Generator for Dual-rotor Wind Turbine using Neural Third-order Sliding Mode Approaches. – International Journal of Engineering, 2022, vol. 35, No. 3, pp. 517–530, DOI:10.5829/ije.2022.35.03c.04.
12. Kurilin S.P., Sokolov A.M., Prokimnov N.N. Prikladnaya informatika – in Russ. (Applied Computer Science), 2022, vol. 17, No. 2, pp.105–119.
13. Krutikov K.K., Kislyakov M.A., Rozhkov V.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 7, pp. 41–50.
14. Kislyakov M.A., et al. Improving the Characteristics of a Matrix Frequency Converter by Using Sliding Modes for the Control of Transistor Switching. – AIP Conference Proceedings, 2021, 2402, 030014, DOI:10.1063/5.0071855.
15. GОSТ R 54073-2017. Sistemy elektrosnabzheniya samoletov i vertoletov. Obshchie trebovaniya i normy kachestva elektroenergii (Electric Power Supply Systems of Airplanes and Helicopters. General Requirements and Norms of Electricity Quality). М.: Standartinform, 2018, 36 p.
---
The work was carried out within the framework of the State Task (Project No. FSWF-2020-0019)
