Способ построения стабилизированной по частоте и напряжению самолетной трехфазной сети с асинхронным генератором на валу турбины

  • Максим Анатольевич Кисляков
  • Кирилл Кириллович Крутиков
  • Вячеслав Владимирович Рожков
  • Владимир Владимирович Федотов
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.

Биографии авторов

Максим Анатольевич Кисляков

старший преподаватель кафедры «Теоретические основы электротехники» филиала Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске, Смоленск, Россия

Кирилл Кириллович Крутиков

кандидат техн. наук, доцент кафедры «Теоретические основы электротехники» филиала Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске, Смоленск, Россия

Вячеслав Владимирович Рожков

кандидат техн. наук, зам. директора по учебно-методической работе, зав. кафедрой «Электромеханические системы» филиала Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске, Смоленск, Россия

Владимир Владимирович Федотов

студент кафедры «Электромеханические системы» филиала Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске, Смоленск, Россия

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
Опубликован
2022-04-22
Раздел
Статьи