CC BY
1
Малышев Владимир Юрьевич, начальник проектно-эксплуатационно-конструкторского сектора, [email protected]. Россия, Самара, АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»,
Воробьев Константин Викторович, ведущий специалист, UWOR-OPCK@yandex. ru, Россия, Самара, АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»,
Сократов Сергей Иванович, главный конструктор - начальник отделения, Россия, Самара, АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»,
Широков Сергей Витальевич, заместитель главного конструктора, Россия, Самара, АО «Ракетно-космический центр «Прогресс»
ANALYSIS OF WAYS OF CAPTURE OF THE BLOCK OF THE REUSABLE LAUNCH VEHICLE ON SITE
VERITIKALNY LANDING
V.A. Matveev, R.S. Zagidullin, V.Yu. Malyshev, K.V. Vorobyov, S.I. Sokratov, S.V. Shirokov,
In work the analysis of ways of fixing of ground production equipment to vertically located block of reusable launch vehicle on site of landing is carried out. On the basis of PFMEA analysis risks and optimum way of capture of the block of reusable launch vehicle are defined.
Key words: analysis, way of capture, block of reusable RN, fixing device, canting, PFMEA analysis.
Matveev Vitaly Aleksandrovich, head of the ground equipment design department, [email protected]. Russia, Samara, Joint Stock Company Space Rocket Centre Progress,
Zagidullin Radmir Salimyanovich, assistant, lead design engineer, Zagidullin_Radmir@mail. ru, Russia, Samara, Samara National Research University, Joint Stock Company Space Rocket Centre Progress,
Malyshev Vladimir Yuryevich, head of the design, operational and design sector, [email protected]. Russia, Samara, Joint Stock Company Space Rocket Centre Progress,
Vorobyov Konstantin Viktorovich, leading expert of design department of ground equipment, [email protected], Russian Federation, Samara, Joint Stock Company Space Rocket Centre Progress,
Sokratov Sergey Ivanovich, chief designer - head of the department, Russia, Samara, Joint Stock Company Space Rocket Centre Progress,
Shirokov Sergey Vitalyevich, deputy chief designer, Russia, Samara, Joint Stock Company Space Rocket Centre
Progress
УДК 621.316
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-190-191
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
О.В. Милашкина, В.А. Злобин
В статье рассматриваются автономные системы электроснабжения переменного тока, которые в настоящее время обширно внедрены в авиационной промышленности. Опыт эксплуатации показывает, что системы электроснабжения и их различные свойства, очень часто не удовлетворяют полностью критериям качества из-за применяемых на сегодняшний день регуляторов и датчиков напряжения, так как динамика показывает, что требования к качеству электроэнергии постоянно находится в стадии роста. Дальнейшее совершенствование систем регулирования напряжения, а, следовательно, и качество электроэнергии, тесно связано с использованием в них техники, способной реализовать оптимальные законы регулирования.
Ключевые слова: автономные источники питания, качество электроэнергии, датчик нессиметрии, синхронный генератор, система генерирования.
Проблема качества электроэнергии в любой сфере, в том числе и в авиационной промышленности, связана с надежностью и долговечностью различного рода нагрузки, более того, особо требовательные и дорогостоящие потребители могут функционировать только при высоком качестве напряжения. Длительное повышение или понижение напряжения питающей сети приводит к сокращению срока службы источников питания и соответственно и потребителей.
Анализируя работу источников питания с подключенными к ним на сегодняшний день устройствами регулирования напряжения, позволяет сделать вывод, что наилучшими и экономными являются устройства, улучшающие подачу электроэнергии с помощью регуляторов или датчиков одного, или нескольких показателей
190
по характеристикам качества электроэнергии или связанных с ними параметров потребителей мощности. Если изменять структуру всей сети или обновлять значительное количество потребителей, то это приводит к значительным затратам. Проектирование электрических сетей и потребителей в различных энергохозяйствах необходимо составлять с учетом современных требований к качеству, но для обеспечения надежной работы уже имеющего оборудования необходима разработка регуляторов качества электроэнергии различных типов и датчиков нессиметрии напряжений.
Вопросы по улучшению показателей качества электроэнергии перспективных систем электроснабжения, в которые входит также авиационное, предлагается решить, путем реализации оптимальных законов регулирования напряжения в системе генерирования переменного тока с синхронным генератором при применении датчика несси-метрии напряжений с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления.
Предлагается нелинейная математическая модель, представляющая собой систему генерирования переменного тока с синхронным генератором при применении датчика нессиметрии напряжений с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления. Создана данная модель в среде Ма1ЬаЬ и подтверждена ее адекватность реальному объекту. Также представлены исследования на эффективность датчика нессиметрии напряжения при различных режимах работы генератора [1] в сравнении с действующим ГОСТ 32144-2013.
Результаты исследования по представленной модели для аварийных режимов в электроэнергетической системе авиационной промышленности, показали, что существуют дополнительные возможности диагностики электроэнергетических систем.
Представлены результаты, полученные при исследование, связанные с изменением напряжения в системы генерирования переменного тока с синхронным генератором на комплексной математической модели (рис. 1), разработанной в приложении Simulink , на базе программы Ма1ЬаЬ в режиме на несимметричную нагрузку с применением датчика нессиметрии [1,2] напряжений(рис. 2) и с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления.
При исследовании системы возбуждения синхронного генератора [1,2] в комплексной математической модели генерирования переменного тока, организована обратная связь по напряжению и скорости. При помощи разработанных моделей в различных режимах, при работе с АИП, применяемых в авиационной промышленности в приложении Ма1ЬаЬ ^тиНпк были получены осциллограммы переходных процессов напряжений сети системы генерирования переменного тока. Также были получены характеристики синхронной машины с применением датчика нессиметрии напряжений с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления.
Датчик несимметрии напряжений трехфазного источника (а.с.19340) представлен на рис.2, это устройство измерения несимметрии напряжений в системах электроснабжения, который предлагается использовать с системе электроснабжения авиационной промышленности для улучшения показателей качества электроэнергии.
В устройстве с целью упрощения один из выходных сигналов предлагаемого датчика создается путем попарного суммирования двух других его выходных сигналов. Математически указанная операция описывается следующими выражениями:
= (+иав) + (- ивс); ^2 = (+ иав) + (-иса); ^з = - ( + ^2 ).
В результате можно сократить число используемых диодов, резисторов и потенциометров по сравнению с другими устройствами измерения несимметрии напряжений системах электроснабжения. Таким образом, упрощается датчик несимметрии напряжений и снижается его весогабаритные показатели.
Измерительные трансформаторы, как правило оснащают двумя дополнительными вторичными обмотками, число витков которых, в два раза меньше числа витков основных вторичных обмоток. Дополнительные вторичные обмотки различных трансформаторов попарно соединяют последовательно и согласно, а у полученных соединений обмоток, одну пару разноименных выводов подключают к общей шине, а другую пару разноименных выводов подключают к входам одного из выпрямителей.
Для улучшения качества электроэнергии в авиационной промышленности предлагается устройство, в котором получение информации о трех линейных напряжениях источника удается осуществить на основе использования только двух измерительных трансформаторов. В случае, если выполнить каждую дополнительную обмотку измерительных трансформаторов, состоящую из двух секций с равным количеством витков и попарное последовательно-согласное подключение секций различных измерительных трансформаторов с последующим включением одной пары разнотипных выводов указанных соединений секций к общей точки схемы датчика, а другой пары разнотипных выводов - к входным контактам одного из выпрямителей, то это позволит сформулировать не измеряемое линейное напряжение источника. Полученное напряжение будет представлено как две разных составляющих, что даст возможность получить среднюю точку в соединениях обмоток, с которых возможно снятие указанного напряжения (средние точки вторичных обмоток соединены общим контактом в схеме датчика, по отношению к которому осуществляется съем выходных сигналов датчика). В электротехнике известны схемы формирования трех линейных напряжений источника на основе двух измерительных трансформаторов, наибольшее распространение из которых получила схема Скотта.
Датчик несимметрии напряжения трехфазного источника питания имеет два измерительных трансформатора 1 и 2, с первичными обмотками, подключёнными к контактам фаз источника 3 - 5. Главные вторичные обмотки 6 и 7 измерительных трансформаторов соединены подключением к выпрямителям 8 и 9. Второстепенные вторичные обмотки различных измерительных трансформаторов 10 и 11, 12 и 13 соединены попарным подключением последовательно - согласно. У представленных контактов второстепенных вторичных обмоток одна из пар, которая является имеет разноименные выводы подсоединена к общему контакту точки схемы 14, а следующая пара имеет подключение разноименными выводами к контактам входа выпрямителя 15. Средние точки основных обмоток вторичной системы измерительных трансформаторов соединены с общей точкой. К выходным клеммам, которые являются разноименными у соседних выпрямителей, подключены потенциометры 20 и 21, с помощью ограничительных резисторов 16 - 19. Далее производят подключение входных контактов фильтрующего элемента 22 и суммирующего элемента 23 к движку одного из потенциометров. С движком другого потенциометра соединяют второй входной контакт указанного выше суммирующего элемента 23 и входной контакт фильтрующего элемента 24. Выходные контакты как фильтрующих элементов, так и суммирующего элемента 25 - 27 служат так же выходными контактами датчика несимметрии.
Torque (N.m)
Double click here for more info
Рис. 1. Вид подключения автономного источника питания в систему дополнительного емкостного сопротивления
Рис.2. Вид схемы датчика несимметрии напряжения трехфазного источника
Принцип работы устройства заключается в следующем. Первичные обмотки измерительных трансформаторов 1 и 2 подключены к трехфазному источнику ТО-4 и Ш-5, на них поступают два напряжения, которые являются линейными. Линейное напряжение, являющееся третьим, которое необходимо для регистрации сигналов с информацией о величине несиметрии напряжений источника, суммарно образуется из двух других его линейных напряжений, которые измеряются непосредственным методом. А для получения результатов средней точки в части схемы где происходит формирование линейного напряжения ТО-5 каждый измерительный трансформатор имеет две второстепенных вторичных обмотки (обмотки схемы 10, 12 и 11, 13), количество витков данных обмоток ровно в два раза меньше количества витков главных вторичных обмоток. Вторичные обмотки, являющиеся второстепенными включены попарно последовательно - согласно, они формируют напряжение ТО-5 с выводом результата средней
точки в схеме. Общая шина 14 датчика по, отношению к которой осуществляется съем выходных сигналов, формируется из образования средней точки вторичных обмоток измерительных трансформаторов. Далее на потенциометры 20 - 21 поступают сигналы, которые несут информацию о линейных напряжениях U3-4, U4-5, и U3-5, через ограничительные резисторы 16-19.
У датчика появляются два выходных сигнала из-за фильтрации, которые направлены от движков указанных потенциометров. Так же формируется третий выходной сигнал датчика в результате сложения сигналов, которые приходят от движков потенциометров 20, 21 и их фильтраций.
Предложенный нами датчик нессиметрии трехфазного источника напряжений, включает в себя: измерительные трансформаторы; выпрямители, которые подключены к виткам вторичных обмоток измерительных трансформаторов; фильтрующие элементы, контакты выводов, которые являются так же и выводами датчика; потенциометры, у которых крайние выводы подключаются с помощью резисторов к разноименным выводам смежных выпрямителей; суммирующий элемент, у которого каждый входной контакт соединен с входным контактом одного из фильтрующих элементов, а выход его соединен с выходом датчика, данная схема отличается от ранее созданных, тем что измерительные трансформаторы имеют две дополнительные второстепенные вторичные обмотки. Число витков данных вторичных обмоток имеют вдвое меньшее количество витков главных вторичных обмоток. В свою очередь второстепенные вторичные обмотки различных трансформаторов соединены между собой попарно, последовательно-согласно. Далее одну пару разноименных выводов у полученных обмоток соединяют с общей шиной, а другую пару выводов соединяют с входными контактами одного из выпрямителей.
.Vin™, II
s г I i s s I в з ч'1'
D
Рис. 3. Осциллограммы напряжений сети Рис. 4. Осциллограммы основных характеристик
с синхронным генератором генератора (Ммехмомент на валу синхронного
генератора, угловая частота и изменение напряжения по частоте и времени)
Icâ.Ib.it.A
I ,. . .. Л
Рис. 5 Временная зависимость синхронной машины(токов в фазах, напряжения и угловой частоты)
193
Представленное исследование проведено с синхронным генератором переменного тока при применении датчика нессиметрии напряжений с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления. Следовательно, применение дополнительных емкостей дает возможность значительно улучшить характеристики АИП.
На рис.3-5 приведены осциллограммы напряжений сети с синхронным генератором переменного тока при применении датчика нессиметрии напряжений с подключением в сеть дополнительного емкостного сопротивления
Произведем анализ полученных зависимостей. На рис. 3 видно, что по фазе С пропадает резкий провал напряжения, сокращается время разгона. Видно так же, что протяженность времени перерегулирования сократилась при разгоне, так же оно сократилось и при включении симметрирующего устройства. Важнейший показатель, из временных зависимостей рис. 3- 5 дает понять, что значения токов статора генератора значительно меньше значений, полученных в экспериментах при отсутствии дополнительных емкостных сопротивлений. Значит применение дополнительных емкостных сопротивлений актуально. Их наличие приводит к повышению качественного характера электроэнергии, так же они значительно улучшают характеристики самой системы генерирования переменного тока. А наличие датчика нессиметрии в свою очередь заметно улучшает качество электроэнергии автономного источника напряжения. В то время, когда идет включение несимметричной нагрузки происходит процесс снижения скорости вращения якоря синхронного генератора. Но так как обратная связь является согласованной, то скорость выравнивается, а при подключении в работу датчика нессимеирии возникает процесс перерегулирования скорости и уменьшение нагрузки на генератор в заданном режиме его работы. Все выше описанное приводит к исключению лишних перегрузок.
В результате исследований, разработанной системы, способной регулировать напряжение канала генерирования электроэнергии с синхронным генератором с подключением к ней датчикам нессиметрии напряжений и дополнительным емкостным сопротивлением можно сделать вывод:
- повышается качество электроэнергии системы генерирования переменного тока;
- уменьшаются пределы нормальных переходных напряжений.
Полученные выше результаты положительно скажутся на качестве вырабатываемой энергии АИП, применяемых в авиационной промышленности. Произойдет увеличении надежности работы приемников электрической энергии. Обеспечение повышения качества электроэнергии по величине перерегулирования и времени переходных процессов, а так же по величине статической ошибки положительно скажется на надежности работы потребителей напряжения.
Список литературы
1.Милашкина О.В. Повышение качества электроэнергии, вырабатываемой автономными дизель-генераторными установками. Дис. на соискание ученой степени к.т.н. по // Сспец.05.09.03 Электротехнические комплексы и системы). 2010.
2.А.С. № 19340. РФ. Датчик нессиметрии напряжений трехфказного источника / Милашкина О.В., Боровиков М.А. // Бюлл.Изобретения. Полезные модели. № 8. 2001. Свидетельство на полезную модель модель.
Милашкина Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Ульяновск, Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева,
Злобин Вадим Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Ульяновск, Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева
IMPROVING THE QUALITY OF AC POWER FROM AUTONOMOUS POWER SOURCES USED IN THE AVIATION
INDUSTRY
O.V. Milashkina, V.A. Zlobin
The article discusses autonomous AC power supply systems, which are currently extensively implemented in the aviation industry. Operational experience shows that power supply systems and their various properties very often do not fully meet the quality criteria due to the voltage regulators and sensors used today, as dynamics show that the requirements for the quality of electricity are constantly growing. Further improvement of voltage regulation systems, and, consequently, the quality of electricity, is closely related to the use of equipment in them that can implement optimal regulatory laws.
Key words: autonomous power sources, power quality, nessimetry sensor, synchronous generator, generation
system.
Milashkina Olga Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk Institute of Civil Aviation named after ChiefMarshal ofAviation B.P. Bugaev,
Zlobin Vadim Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Ulyanovsk, Ulyanovsk Institute of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation B.P. Bugaev
