Научная статья на тему 'ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ'

ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
170
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД / ИСПЫТАНИЯ / СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ / МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР / ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО / БЛОК ТРАНСФОРМАТОРОВ / КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Дорфман Борис Соломонович, Балахонцев Вячеслав Егорович, Исмагилов Флюр Рашитович, Вавилов Вячеслав Евгеньевич, Гусаков Денис Валерьевич

В статье представлены результаты исследований работы виртуального стенда для испытаний элементов системы электроснабжения летательных аппаратов, виртуальный стенд выполнен на двумерной модели методом конечных элементов в программе ANSYS Maxwell 2017. Электрическая цепь систем электроснабжения в виртуальном стенде реализована в ANSYS Circuit Editor. ANSYS Circuit Editor взаимосвязана с конечно-элементной моделью электромеханических элементов виртуального стенда. Подобный подход позволяет на разработанном виртуальном стенде моделировать не только совместную работу электромеханических преобразователей в составе систем электроснабжения, но и оценивать влияние их магнитных полей друг на друга, оценивать их электромагнитную совместимость. Виртуальный стенд позволяет реализовать имитацию работы системы электроснабжения летательного аппарата, включающую в себя магнитоэлектрический генератор, выпрямительное устройство, инвертор, блок трансформаторов и нагрузку. Применение разрабатываемого виртуального стенда позволяет отслеживать полный цикл преобразования электрической энергии: из переменного напряжения в постоянный и наоборот, а также оценивать качество преобразованного напряжения на всех участках цепи. При этом виртуальный стенд позволяет оценивать электромагнитную совместимость компонентов, входящих в него. Кроме того, создаваемый виртуальный стенд позволяет без натурных испытаний всей системы электроснабжения интегрировать в него модернизируемые элементы и оценивать их работоспособность уже в составе системы. В ходе работы виртуальный стенд прошел верификацию со стендом, реализующим реальную систему электроснабжения летательного аппарата. Результаты верификации и сравнение с реальной системой электроснабжения представлены в работе. Результаты исследований могут быть полезны ученым и инженерам, которые занимаются созданием систем электроснабжения летательных аппаратов, а также сотрудникам предприятий, которые занимаются выпуском серийных элементов для систем электроснабжения летательных аппаратов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Дорфман Борис Соломонович, Балахонцев Вячеслав Егорович, Исмагилов Флюр Рашитович, Вавилов Вячеслав Евгеньевич, Гусаков Денис Валерьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

VIRTUAL TEST BENCH FOR TESTING ELEMENTS OF AIRCRAFT POWER SUPPLY SYSTEM

A significant part of the electric energy transmission and distribution infrastructure is occupied by The paper presents the results of studies on the operation of a virtual bench for testing the elements of the aircraft electrical supply system, virtual bench was made on a two-dimensional model by the finite element method in ANSYS Maxwell 2017. The electrical circuit of the power supply systems in the virtual bench is implemented in the ANSYS Circuit Editor. ANSYS Circuit Editor is interconnected with the finite element model of electromechanical elements of a virtual bench. Such an approach allows to simulate not only the joint operation of electromechanical converters in the power supply system, but also to evaluate the influence of their magnetic fields on each other, to assess their electromagnetic compatibility. A virtual bench allows to implement an simulation of the aircraft’s power supply system, which includes a magnetoelectric generator, a rectifier, an inverter, a transformer unit and a load. The application of the developed virtual bench allows to track the full cycle of electric energy conversion: from alternating voltage to direct and vice versa, and also to evaluate the quality of the converted voltage in all parts of the circuit. At the same time, the virtual bench allows to evaluate the electromagnetic compatibility of the components included in it. In addition, the virtual bench being created allows integrating upgraded elements into it and assessing its performance as part of the system without full-scale tests of the entire power supply system. In the course of work, the virtual bench was verified with a stand that implements the real power supply system of the aircraft. The verification results and comparison with a real power supply system are presented in the paper. The results of the study may be useful to scientists and engineers who are involved in the creation of power supply system of the aircraft, as well as to employees of enterprises that produce serial elements for power supply system of the aircraft.

Текст научной работы на тему «ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»

Дорфман Б. С. Dorfman Б. 8.

генеральный директор, АО «Уфимское научно-

производственное предприятие «Молния»,

г. Уфа, Российская Федерация

И

Вавилов В. Е. Vavilov V. Е.

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электромеханика», ФГБОУВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

Балахонцев В. Е. Бalahoncev V Е.

начальник отдела 175, АО «Уфимское научно-

производственное предприятие «Молния»,

г. Уфа, Российская Федерация

Гусаков Д. В. Gusakov D. V.

кандидат технических

наук, старший преподаватель кафедры

«Электромеханика», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

1 <2л ^

ш

Исмагилов Ф. Р.

Ismagilov Е. К.

доктор технических

наук, профессор, заведующий кафедрой «Электромеханика», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

Бекузин В. И. БеШгт V. I.

аспирант кафедры «Электромеханика», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

УДК 631.313

DOI: 10.17122/1999-5458-2020-16-1-5-15

ВИРТУАЛЬНЫИ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

В статье представлены результаты исследований работы виртуального стенда для испытаний элементов системы электроснабжения летательных аппаратов, виртуальный стенд выполнен на двумерной модели методом конечных элементов в программе ANSYS Maxwell 2017. Электрическая цепь систем электроснабжения в виртуальном стенде реализована в

ANSYS Circuit Editor. ANSYS Circuit Editor взаимосвязана с конечно-элементной моделью электромеханических элементов виртуального стенда. Подобный подход позволяет на разработанном виртуальном стенде моделировать не только совместную работу электромеханических преобразователей в составе систем электроснабжения, но и оценивать влияние их магнитных полей друг на друга, оценивать их электромагнитную совместимость.

Виртуальный стенд позволяет реализовать имитацию работы системы электроснабжения летательного аппарата, включающую в себя магнитоэлектрический генератор, выпрямительное устройство, инвертор, блок трансформаторов и нагрузку. Применение разрабатываемого виртуального стенда позволяет отслеживать полный цикл преобразования электрической энергии: из переменного напряжения в постоянный и наоборот, а также оценивать качество преобразованного напряжения на всех участках цепи. При этом виртуальный стенд позволяет оценивать электромагнитную совместимость компонентов, входящих в него. Кроме того, создаваемый виртуальный стенд позволяет без натурных испытаний всей системы электроснабжения интегрировать в него модернизируемые элементы и оценивать их работоспособность уже в составе системы.

В ходе работы виртуальный стенд прошел верификацию со стендом, реализующим реальную систему электроснабжения летательного аппарата. Результаты верификации и сравнение с реальной системой электроснабжения представлены в работе. Результаты исследований могут быть полезны ученым и инженерам, которые занимаются созданием систем электроснабжения летательных аппаратов, а также сотрудникам предприятий, которые занимаются выпуском серийных элементов для систем электроснабжения летательных аппаратов.

Ключевые слова: виртуальный стенд, испытания, система электроснабжения летательных аппаратов, магнитоэлектрический генератор, выпрямительное устройство, блок трансформаторов, компьютерное моделирование.

VIRTUAL TEST BENCH FOR TESTING ELEMENTS OF AIRCRAFT POWER SUPPLY SYSTEM

A significant part of the electric energy transmission and distribution infrastructure is occupied by The paper presents the results of studies on the operation of a virtual bench for testing the elements of the aircraft electrical supply system, virtual bench was made on a two-dimensional model by the finite element method in ANSYS Maxwell 2017. The electrical circuit of the power supply systems in the virtual bench is implemented in the ANSYS Circuit Editor. ANSYS Circuit Editor is interconnected with the finite element model of electromechanical elements of a virtual bench. Such an approach allows to simulate not only the joint operation of electromechanical converters in the power supply system, but also to evaluate the influence of their magnetic fields on each other, to assess their electromagnetic compatibility.

A virtual bench allows to implement an simulation of the aircraft's power supply system, which includes a magnetoelectric generator, a rectifier, an inverter, a transformer unit and a load. The application of the developed virtual bench allows to track the full cycle of electric energy conversion: from alternating voltage to direct and vice versa, and also to evaluate the quality of the converted voltage in all parts of the circuit. At the same time, the virtual bench allows to evaluate the electromagnetic compatibility of the components included in it. In addition, the virtual bench being created allows integrating upgraded elements into it and assessing its performance as part of the system without full-scale tests of the entire power supply system.

In the course of work, the virtual bench was verified with a stand that implements the real power supply system of the aircraft. The verification results and comparison with a real power supply system are presented in the paper. The results of the study may be useful to scientists and engineers who are involved in the creation of power supply system of the aircraft, as well as to employees of enterprises that produce serial elements for power supply system of the aircraft.

Key words: virtual test bench, aircraft power supply system, magnetoelectric generator, rectifier, transformer unit, computer simulation.

Электротехнические комплексы и системы

Введение

Развитие современных летательных аппаратов (ЛА) направлено на повышение их эко-логичности, снижение эксплуатационных затрат при улучшении их тактико-технических характеристик и повышение безопасности полета. Как видно из публикаций последних лет, одним из основных способов решения приведённых выше задач является повышение использования уровня электрической энергии на борту ЛА [1—3]. Это позволяет уменьшить отборы воздуха от авиационного двигателя, минимизировать потребление механической энергии гидравлическими и пневматическими системами ЛА.

Для повышения уровня использования электрической энергии в ЛА первоочередными становятся вопросы модернизации элементов системы электроснабжения (СЭС) ЛА.

Очевидно, что при модернизации СЭС ЛА, ввиду экономической и технической эффективности, перепроектируются не все элементы, а наиболее ответственные (например электромеханические преобразователи энергии, преобразователи частоты). Поэтому при модернизации СЭС ЛА важной задачей становятся испытания создаваемых изделий — как стендовые, на проверку и соответствия техническому заданию и техническим условиям, так и в составе СЭС.

При этом, если стендовые испытания правильнее производить путем натурных экспериментов, то испытания в составе СЭС с целью оценки взаимовлияния элементов существующих и модернизируемых элементов СЭС более эффективным, с точки зрения финансовых затрат, является с использованием верифицированных виртуальных стендов, построенных с использованием математических и компьютерных моделей и верифицированных на практике [4].

В публикациях [5-7] представлены способы моделирования в программных комплексах МаШ1аЬ, SolidWorks. Однако данные комплексы не учитывают искажения фазных напряжений, токов и электромагнитного момента генератора при работе на нелинейную цепь. Поэтому для полного анализа (разработки) СЭС ЛА целесообразней использовать программные комплексы, которые учи-

тывают изменение электромагнитных параметров электромеханических преобразователей энергии (в частности генераторов, стартер-генераторов) [8]. К программному комплексу, который учитывает изменение электромагнитных параметров нелинейной цепи и изменение электромагнитных параметров генератора, можно отнести Ansys Maxwell. Данный программный комплекс позволяет совместить и сымитировать работу СЭС в виртуальном пространстве. При этом работ по разработке виртуального стенда и анализу влияния электромагнитной совместимости компонентов нелинейной цепи не так много.

Поэтому задачей данной работы является разработка виртуального стенда в программном комплексе Ansys Maxwell, который позволит реализовать имитацию работы СЭС ЛА, включающую в себя магнитоэлектрический генератор (МЭГ), выпрямительное устройство (ВУ), инвертор, блок трансформаторов (БТ) и нагрузку.

Применение разрабатываемого виртуального стенда позволяет отслеживать полный цикл преобразования электрической энергии: из переменного напряжения в постоянный и наоборот, а также оценивать качество преобразованного напряжения на всех участках цепи. При этом виртуальный стенд позволяет оценивать электромагнитную совместимость компонентов, входящих в него. Кроме того, создаваемый виртуальный стенд позволяет без натурных испытаний всей СЭС интегрировать в него модернизируемые элементы СЭС и оценивать их работоспособность уже в составе СЭС.

В работе представлены состав виртуального стенда и результаты виртуальных испытаний СЭС с конкретными численными параметрами. Кроме того, в ходе работы виртуальный стенд прошел верификацию со стендом, реализующим реальную СЭС ЛА, результаты верификации, сравнение с реальной СЭС представлены в работе.

Результаты статьи могут быть полезны ученым и инженерам, которые занимаются созданием СЭС ЛА, а также сотрудникам предприятий, которые занимаются выпуском серийных элементов для СЭС ЛА.

1. Облик виртуального стенда. Виртуальный стенд был выполнен на двумерной модели методом конечных элементов (МКЭ) в программе ANSYS Maxwell 2017. Электрическая цепь систем электроснабжения в виртуальном стенде реализована в ANSYS Circuit Editor. ANSYS Circuit Editor взаимосвязана с конечно-элементной моделью электромеханических элементов виртуального стенда. Подобный подход позволяет на разработанном виртуальном стенде моделировать не только совместную работу электромеханических преобразователей в составе СЭС, но и оценивать влияние их магнитных полей друг на друга, оценивать их электромагнитную совместимость.

На рисунке 1 изображена электрическая схема виртуального стенда СЭС. Вирту-

альный стенд состоит из МЭГ (мощность 46 кВА, частота вращения 8400 об/мин, номинальное линейное напряжение 320 В), три выводных конца которого соединены с ВУ1 (включающие в себя фильтрующие устройство ФУ1). ВУ1 соединен с инвертором, выводные концы инвертора соединены с фильтрующим устройством 2 (ФУ2), на выходе ФУ2 - 115 В, 400 Гц (трехфазная сеть, с нагрузкой). К трехфазной цепи электрически соединено ФУ2.1, которое соединено с БТ, на выходе БТ — 12 В, 400 Гц. БТ соединен с ВУ2, на выходе ВУ2 — 27 В постоянного тока, которое соединено непосредственно с нагрузкой. Длина кабеля в проектируемом виртуальном стенде учитывается введением дополнительных сопротивлений.

ФУ1

«Ш . V

а

МЗГ

W^W^VVN^^TSTV

?

ЕЕЗЕЗ

_QJJ_С)ЛФЧ?.1

i £ й-»

Трехфазная нагрузка

Рисунок 1. Электрическая схема виртуального стенда

1.1. Электромеханическая часть стенда. На рисунке 2 показана электромеханическая часть стенда, включающая в себя МЭГ.

Как уже было сказано ранее, источником энергии виртуального стенда является МЭГ мощностью 46 кВА и номинальной частотой вращения 8400 об/мин, характеристики МЭГ представлены в таблице 1.

На рисунке 3 представлены внешние характеристики МЭГ при активной нагрузке и активно-индуктивной нагрузке (cos ф = 0,8).

Картина распределения магнитного поля в теле магнитопровода статора и ротора представлена на рисунке 4.

Рисунок 2. Электромеханическая часть стенда

Таблица 1. Характеристики МЭГ

Параметр Значения

Мощность, кВА 46

Число полюсов ротора 12

Число пазов статора 36

Частота вращения ротора, об/мин 8400

Напряжение холостого хода, фазное, действующее, В 212

Напряжение при номинальной нагрузке, cos ф = 1 (нагрузки), линейное, действующее, В 320

Плотность тока, А/мм2 9

Ток фазы, А 82

Число витков в фазе 24

Активное сопротивление фазы, Ом 0,0254

Индуктивности Ld/Lq, мкГн 119,53/150,86

Магнитная индукция в спинке статора, Тл 1,6

Магнитная индукция в зубцах статора, Тл 1,6

Магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл 0,67

Активная длина статора, мм 105

Тип материала магнитопровода статора, мм Эл. тех. сталь 2421, 0,18

Тип материала магнитопровода ротора, мм Эл. тех. сталь 2212, 0,5

Диаметр статора, внутренний/внешний, мм 113,3/158

Диаметр ротора, внутренний/внешний, мм 55/111,13

Тип постоянных магнитов, Br (Тл) / Нс (k A/м) SmCo, 1,06/760

- 9

Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 16, 2020

Рисунок 3. Внешние характеристики МЭГ

Time =0 0012i.î Stietcl "ПК О00000гг

Рисунок 4. Картина распределения магнитного поля в теле магнитопровода статора и ротора

Из рисунка 4 следует, что локальные перенасыщения незначительные.

1.2. Рабочие характеристики виртуального стенда. Рабочие характеристики снимались в режиме работы виртуального стенда на нагрузку 5 кВт в цепи постоянного тока (напряжение 27 В) и на трехфазную нагрузку (83 кВт) в цепи трехфазного переменного тока (фазное напряжение 115 В).

Режим работы СЭС на два канала генерирования является основным режимом работы. Электрическая схема соединений представлена на рисунке 1.

Мощность нагрузки была выбрана исходя из внешней характеристики МЭГ, представленной на рисунке 3. Данный режим работы соответствует двухкратной перегрузке МЭГ. 10 -

На рисунках 5 и 6 показаны осциллограммы напряжения и тока (соответственно) на нагрузки цепи постоянного тока участка между ФУ4 и ВУ2.

Из рисунка 5 следует, что при номинальном режиме работы напряжение нагрузки составляет 27 В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Из рисунка 6 следует, что ток нагрузки составляет 185 А, а мощность нагрузки в цепи постоянного тока составляет 5 кВт.

На рисунках 7 и 8 показаны осциллограммы фазного напряжения и токов в трехфазной цепи (трехфазная нагрузка) и разложение осциллограмм на гармонический состав.

Un

Í

о-15.00 -В

I :

S-го оо -

Iranss ^

■- N ndüVolt.g eílVo ItmrttríZI 7)

Selupt Transient_

7Г.

X

J--1-Г-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-Г-I-1-Г-1-1-Г-1-1-1-1-1-1-10.00 2.50 500 7.50 10.00 1250 1500 17.50

Time [ms]

Рисунок 5. Осциллограмма напряжения нагрузки цепи постоянного тока

XY Plot 3

-

е

1-100.00 -ь-

I

о-125.00 ■ 5

Cum е into - BrsnchCitfTefit(VAmmeter23&b

Srtupi ' Transient

00

-

0. )0 2: 0 ' ' ' ' 5. lo ' ' .lili 7.50 10 i i . 00 12 '50 15.'00 17'so 20

Я 50.0 D

I 1

S о.оо

g -50 00

I

а)

Time [ms|

Рисунок 6. Осциллограмма тока нагрузки цепи постоянного тока

Uf3f

ё 100 00 -

2. ill

7.Í0

10.00 Tlmefma]

15.00

llluin..................,

б)

Рисунок 7. Осциллограмма фазного напряжения в трехфазной цепи (трехфазная нагрузка) (а) и ее разложение на гармонический состав (б)

Name X Y

id B7«9 Л11717 -

Я 2 00 00

I

llUlilllllHii.i..,

а) б)

Рисунок 8. Осциллограмма фазных токов в трехфазной цепи (трехфазная нагрузка) (а) и ее разложение на гармонический состав (б)

Из рисунков 7 и 8 следует, что фазное напряжение составляет 115 В, а фазный ток 241 А. Частота сети в трехфазной цепи составляет 400 Гц. Амплитудное значение напряжения 154 В, негативно проявляются 2, 3, 5, 7 гармоники. Амплитудное значение

тока составляет 253 А, негативно проявляются 2, 3, 5, 7 гармоники.

Аналогичным образом снимались осциллограммы напряжений и токов на входе и выходе каждого элемента цепи виртуального стенда СЭС (рисунок 1), численные резуль-

таты приведены в таблице 2. Таблица 2. Рабочие параметры виртуального стенда СЭС ЛА

Параметр Значение

Напряжение цепи постоянного тока, В 27 ± 0,2

Ток в цепи постоянного тока, А 185 ± 3

Амплитуды фазных напряжений (по гармоникам) на участке цепи между ФУ3 и ВУ2, В Rms: 11,8 В

1-ая г-ка: 17,4 В

2-ая г-ка: 4,8 В

3-ая г-ка: 2 В

4-ая г-ка: 1,5 В

5-ая г-ка: 3 В

Амплитуды фазных напряжений (по гармоникам) первичных обмоток БТ, В Rms: 115 В

1-ая г-ка: 154 В

2-ая г-ка: 52 В

3-ая г-ка: 27 В

4-ая г-ка: 14 В

5-ая г-ка: 16 В

Амплитуды фазных напряжений (по гармоникам) в трехфазной цепи (трехфазная нагрузка), В Rms: 115 В

1-ая г-ка: 155 В

2-ая г-ка: 51 В

3-ая г-ка: 27 В

4-ая г-ка: 15 В

5-ая г-ка: 16 В

Амплитуды фазных токов (по гармоникам) в трехфазной цепи (трехфазная нагрузка), А Rms: 241 А

1-ая г-ка: 253 А

2-ая г-ка: 190 А

3-ая г-ка: 75 А

4-ая г-ка: 40 А

5-ая г-ка: 25 А

12 -

Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 16, 2020

Параметр Значение

Выпрямленное напряжение на участке между ВУ 1 и ФУ1, В 260 ±10 В

Амплитуды линейных напряжений (по гармоникам) МЭГ, В Rms: 203 В

1-ая г-ка: 275 В

2-ая г-ка: 25 В

3-ая г-ка: 15 В

4-ая г-ка: 10 В

5-ая г-ка: 12 В

Амплитуды фазный токов (по гармоникам) МЭГ, А Rms: 300 А

1-ая г-ка: 425 А

2-ая г-ка: 50 А

3-ая г-ка: 25 А

4-ая г-ка: 12 А

5-ая г-ка: 10 А

Электромагнитный момент МЭГ, Нм 120 ± 30 Нм

Таким образом, показана возможность оценки качества электроэнергии на каждом участке цепи виртуального стенда при работе на канал генерирования постоянного тока (27 В) и трехфазной цепи переменного тока (115/200 В). По полученным осциллограммам появляется возможность оценки электромагнитной совместимости, а также корректировки параметров цепи (корректировки индуктивности и емкости) с целью минимизации искажения напряжения на различных участках цепи. Одним из основных параметров, который удается оценить благодаря виртуальному стенду, являются электромаг-

Рвйуктар

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

МЭГ

нитные параметры МЭГ, а именно искажение фазного напряжения и тока, а также искажение электромагнитного момента.

2. Верификация рабочих характеристик виртуального стенда с характеристиками реального стенда СЭС. Для верификации рабочих характеристик виртуального стенда был взят реальных стенд, имитирующий работу СЭС. Элементная база стенда, имитирующая работу СЭС, полностью повторяет элементную базу виртуального стенда. Внешний вид реального стенда СЭС представлен на рисунке 9.

Рисунок 9. Внешний вид реального стенда СЭС

Электрическая схема соединения реального стенда СЭС полностью повторяет основную схему виртуального стенда, которая представлена на рисунке 1, за исключением блока защиты, пульта управления.

С целью сравнения полученных характеристик на реальном стенде СЭС был реали-

зован описанный ранее режим работы. В данном режиме были сняты осциллограммы напряжения на двух каналах генерирования: цепи постоянного тока (напряжение 27 В) и цепи переменного трехфазного тока (фазное напряжение 115 В), которые представлены на рисунках 10 и 11 соответственно.

- 13

Рисунок 11. Осциллограмма напряжений цепи трехфазного переменного тока

RTß20il4; 13ГС.1005К04; 1078вв (02.202 20tt-i1-0«)

1 Й Q L. & ftw Удм гиииж «Ф Млг М» Амклуш о Q / Auto 283 V 625 MSa/s 2 ms/ -5QQ |J$ Вып Отсчет HiM А

3

-ï ч : [ Î 2 -lù V -»,5 «s -3„5 m -Ï.3 п -*,5 яш -'¿.В m J. t»S« 3,5- ■5,5 » 7,5 Ji«

И RMS-Cye: 27.006 V Q RMS-Cyc: п/а EÖRMS-Cycn/a В МеапСус: п/а Ш tl: -4.6 пи 12: -Î.S2 ms VI: Ï4.707V V2 28,223 V Ût 780 ju ÜV: 3.51S6V

Cl щ a j [fM с a 1

Рисунок 10. Осциллограмма напряжения в цепи постоянного тока

Если сравнивать действующие значения напряжений, полученные на рисунках 10 и 11, с действующими значениями (рисунки 5, 7) напряжения нагрузок виртуального стенда, то расхождение составит не более 5 %, что говорит о корректной работе виртуального стенда.

Вывод

Таким образом, в работе показана возможность реализации СЭС в виртуальном пространстве, которая позволяет отслеживать электромагнитные процессы на каждом элементе цепи. Разработанный виртуальный стенд позволяет моделировать не только совместную работу электромеханических преобразователей в составе СЭС, но и оценивать влияние их магнитных полей друг на друга, оценивать их электромагнитную совместимость.

14 -

Electrical and

Проведена оценка качества электроэнергии на каждом участке цепи виртуального стенда при работе на канал генерирования постоянного тока (27 В) и трехфазной цепи переменного тока (115/200 В). По полученным осциллограммам появляется возможность оценки электромагнитной совместимости, а также корректировки параметров цепи (корректировки индуктивности и емкости) с целью минимизации искажения напряжения на различных участках цепи. Одним из основных параметров, который удается оценить благодаря виртуальному стенду, являются электромагнитные параметры МЭГ, а именно искажение фазного напряжения и тока, а также искажение электромагнитного момента.

Кроме того, в работе показана верификация виртуального стенда с реальным стен-

дом, имитирующий работу СЭС. При сравнении полученных результатов было выявлено, что расхождение результатов моделирования и результатов, полученных на реальном стенде СЭС, составляет не более 6 %, что говорит о корректной работе виртуального стенда. После проведения верифика-

Список литературы

1. Власов Г.Д. Проектирование систем электроснабжения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967. 415 с.

2. Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы. М.: Оборонгиз, 1959. 594 с.

3. Бертинов А.И. Электрические машины авиационной автоматики. М.: Оборонгиз, 1961. 429 с.

4. Брускин Д.Э. Электрооборудование самолетов. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. 336 с.

5. Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов: В 2 т. / Под. ред. С.А. Грузкова. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Т. 2. 552 с.

6. Волокитина Е.В. Исследования по созданию системы генерирования и запуска маршевого двигателя в концепции полностью электрифицированного самолета. Часть 1 // Электроснабжение и электрооборудование. 2011. № 4. С. 29-33.

7. Левин А.В., Халютин С.П., Жму-ров Б.В. Тенденции и перспективы развития авиационного электрооборудования // Научный Вестник МГТУ ГА. 2015. № 213. С. 50-57.

8. Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е. Высокотемпературный стартер-генератор обращенной конструкции с возможностью интеграции на валу высокого давления авиационного двигателя // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 465-469.

References

1. Vlasov G.D. Proyektirovaniye sistem elektrosnabzheniya letatel'nykh apparatov [Design of Power Supply Systems for Aircraft]. Moscow, Mashinostroyeniye, 1967. 415 p. [in Russian].

2. Bertinov A.I. Aviatsionnyye elektriches-kiye generatory [Aviation Electric Generators]. Moscow, Oborongiz, 1959. 594 p. [in Russian].

ции появляется возможность оптимизации СЭС без проведения сложных стендовых испытаний, ограничившись испытаниями блоков, которые подвергаются оптимизации.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-08-00562.

3. Bertinov A.I. Elektricheskiye mashiny aviatsionnoy avtomatiki [Electric Machines of Aviation Automation]. Moscow, Oborongiz, 1961. 429 p. [in Russian].

4. Bruskin D.E. Elektrooborudovaniye samoletov [Electrical Equipment of Aircraft]. Moscow-Leningrad, Gosenergoizdat, 1956. 336 p. [in Russian].

5. Elektrooborudovaniye letatel'nykh apparatov: uchebnik dlya vuzov: V2 t. [Electrical Equipment of Aircraft: Textbook for High Schools: In 2 Vol.]. Ed. by S.A. Gruzkov. Moscow, Izdatel'skiy dom MEI, 2008. Vol. 2. 552 p. [in Russian].

6. Volokitina Ye.V. Issledovaniya po sozda-niyu sistemy generirovaniya i zapuska marshe-vogo dvigatelya v kontseptsii polnost'yu elektri-fitsirovannogo samoleta. Chast' 1 [Research on the Creation of a System for Generating and Starting a Mid-Flight Engine in the Concept of a Fully Electrified Aircraft. Part 1]. Elektro-snabzheniye i elektrooborudovaniye — Power Supply and Electrical Equipment, 2011, No. 4, pp. 29-33. [in Russian].

7. Levin A.V, Khalyutin S.P., Zhmurov B.V. Tendentsii i perspektivy razvitiya aviatsionnogo elektrooborudovaniya [Trends and Prospects for the Development of Aviation Electrical Equipment]. Nauchnyy VestnikMGTU GA — Scientific Herald of the MSTU GA, 2015, No. 213, pp. 50-57. [in Russian].

8. Ismagilov F.R., Vavilov V.Ye. Vysoko-temperaturnyy starter-generator obrashchennoy konstruktsii s vozmozhnost'yu integratsii na valu vysokogo davleniya aviatsionnogo dvigatelya [High-Temperature Starter-Generator with Re-versed Design with the Possibility of Integration on the High-Pressure Shaft of an Aircraft Engine]. Innovatsionnyye, informa-tsionnyye i kommunikatsionnyye tekhnologii — Innovative, Information and Communication Technologies, 2016, No. 1, pp. 465-469. [in Russian].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.