Исследование возможностей совершенствования аэродром ных светосигнальных систем.
На правах рукописи
Берг Андрей Витальевич Исследование возможностей совершенствования аэродром ных светосигнальных систем.
Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и сис темы
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2012 2
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образова ния «Национальный исследовательский университет «МЭИ» на ка федре «Электротехнические комплексы автономных объектов – ЭКАО»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Мыцык Геннадий Сергеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Халютин Сергей Петрович, ведущий конструктор ООО «Экспери ментальная мастерская НаукаСофт» кандидат технических наук Коняхин Сергей Федорович, главный конструктор ОАО "АКБ "Якорь"
Ведущая организация: ФГУП ГосНИИ «Аэронавигация», г. Мо сква.
Защита диссертации состоится «14» декабря 2012 г. в аудитории М-611 в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157. при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по ад ресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, дом 13, корп. «М».
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, дом 14, Ученый Совет НИУ МЭИ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» (по адресу: Москва, ул. Красноказарменная, дом 13, корп. «М»).
Автореферат разослан «13» ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор Цырук С.А.
Общая характеристика работы
Аэродромное светосигнальное оборудование (АССО) это один из важнейших элементов обеспечения безопасности полетов воздушных судов на этапах взлета и посадки. Аэродромный регулятор-стаби лизатор тока (АРСТ) централизованного типа является базовым эле ментом системы питания АССО. АРСТ является частным случаем преобразователя напряжения переменного тока. Развитию преобразо вательной техники посвящено огромное количество работ. В то же время последней работой, описывающей комплекс вопросов практи ческого применения АССО, является работа Ю.В. Фрида «Электро светосигнальное оборудование аэропортов», датированная 1988 го дом. Единственной работой за последние 20 лет, посвященной АРСТ, является диссертация Т.Т.Мамедова «Исследование и разработка ре гулятора переменного тока для аэродромного светосигнального обо рудования».
В последнее время происходит ужесточение требований к влия нию потребителей (как предприятий, так и персональных пользовате лей) на систему электроснабжения. Существующая практика приме нения тиристорных АРСТ сегодня уже не соответствует уровню раз вития современной техники. Международный опыт в этой отрасли свидетельствует о тенденции к переходу на новые принципы по строения АРСТ.
Область применения АРСТ – категорируемые аэродромы с сум марной мощностью потребления от 30 до 800 кВА и последователь ной схемой питания огней. Сегодня на подавляющем большинстве аэродромов Российской Федерации для питания аэродромных свето сигнальных систем применяются однофазные тиристорные АРСТ, реализующие автоматическое управление током фазоимпульсным способом. Нагрузкой АРСТ является кабельное кольцо (КК) – цепь светоизлучателей, называемых огнями, соединенных последователь но через изолирующие трансформаторы. Мощность, выделяемая на нагрузке АРСТ, в зависимости от КК вирируется от 2,5 до 50 кВт. На грузка АРСТ имеет специфический характер: высокое выходное на пряжение – до 10кВ;
протяженность кабельного кольца – до 10км;
наличие емкостной и преобладающей индуктивной составляющих сопротивления КК;
специфические условия работы в случае перего рания ламп.
Актуальность проблемы Работа тиристорного АРСТ характеризуется нелинейным потреб лением тока, что вызывает искажения напряжения питающей сети, особенно при питании его от маломощных или резервных источников питания. При этом искажения потребляемого АРСТ тока и уровень его гармонических составляющих сегодня уже не соответствуют тре бованиям нормативных документов, что накладывает ограничения на применение такого АРСТ в случаях питания его от маломощных се тей. Кроме того, плохое качество потребляемого тока и тока в КК, как показывает практика, может приводить к возникновению аварийных ситуаций в работе АССО и, как следствие, к снижению безопасности полетов.
Еще одним показателем надежности АРСТ является точность стабилизации тока. Нарушение режима стабилизации тока приводит к перегоранию ламп огней, искажению световой картины аэродрома, что в свою очередь может привести к неверному пониманию ситуа ции пилотом, в том числе и к его ослеплению. Следовательно, устра нение указанных недостатков на основе разработки более совершен ного АССО на базе новых решений АРСТ, включая создание инфор мационно–методического обеспечения, необходимого для их проек тирования, сегодня следует считать актуальной задачей.
Цель работы – исследование возможностей совершенствования АРСТ и создание предпосылок (на уровне технических предложений) для разработки новых, более эффективных их решений.
Методы исследования При решении задач структурно-алгоритмического синтеза сило вой части АРСТ используется получивший в последнее время рас пространение в ряде классов устройств силовой преобразовательной техники принцип многоканального преобразования энергетического потока. Анализ показателей качества преобразованной энергии про веден с помощью теории электрических цепей и известных методов математического анализа (разложения временных процессов в ряд Фурье, интегрального исчисления). При сопоставлении вариантов синтезированных решений применялись элементы теории надежно сти. Синтез системы управления АРСТ основан на использовании способа цифровой дискретизации сигналов и элементов теории авто матического управления. Решение задач по информационно– методическому обеспечению проектирования основано на примене нии имитационно компьютерного моделирования (ИКМ) в среде OrCAD Pspice Schematics.
Достоверность научных результатов подтверждается хорошим совпадением полученных результатов математического моделирова ния, ИКМ и практической реализации. Показано также, что получен ные результаты не противоречат известным результатам, частично полученным специалистами ранее.
Научная новизна работы 1. Известный принцип многоканального преобразования по строения (МКП) распространен на исследуемый объект – АРСТ (с учетом специфики его функциональной характеристики), что позво лило значительно снизить искажения потребляемого тока и тока на грузки без проведения глубокой модернизации. Новизна и полезность синтезированных решений запатентована.
2. Разработаны имитационные компьютерные модели (ИКМ) предложенных вариантов АРСТ, позволяющие провести предвари тельную сопоставительную их оценку по требуемым показателям ка чества и создающие основу для последующей параметрической их оптимизации.
3. При синтезе системы управления током АРСТ использован из вестный в своей сущности метод цифровой дискретизации, адаптиро ванный к функциональным его особенностям, что позволило решить поставленную задачу существенного улучшения качества стабилиза ции тока.
Практическая значимость работы. Предложенные в работе решения АРСТ позволяют существенно улучшить его технические характеристики, а реализованная относительно небольшая глубина модернизации (по сравнению с рассмотренными в работе также вари антами глубокой модернизации) позволяет минимизировать срок и стоимость модернизации.
На защиту выносятся:
1. Формулировка тенденций развития аэродромных систем свето сигнального оборудования (ССО), полученная на основе их обзора и результатов систематизации и классификации.
2. Доказательство эффективности применения для решения по ставленных задач принципа многоканального преобразования (МКП) при синтезе АРСТ (реализованного на базе не полностью управляе мых ключей – тиристоров), полученное на основе имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) и физического эксперимента.
3. Результаты исследования показателей качества, характери зующих электромагнитную совместимость тиристорного АРСТ в традиционном одноканальном варианте и в варианте с МКП.
4. Результаты синтеза системы управления АРСТ в цифровом ис полнении с теоретическим и экспериментальным доказательством эффективности такого пути решения поставленной задачи.
Апробация работы Основное содержание работы
докладывалось и обсуждалось: на XV-й (2009г.), XVI-й (2010г.), XVII-й (2011г.) международных науч но-технических конференциях студентов и аспирантов;
на седьмой международной конференции молодых специалистов организаций, ракетно-космической и металлургической промышленности России в г. Королеве и на 2-х н/т-х семинарах кафедры «Электротехнические комплексы автономных объектов – ЭКАО» МЭИ.
Публикация По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (среди них два патента РФ на полезные модели и две статьи в изданиях, реко мендованных ВАК).
Личный вклад 1. Произведен анализ тенденций развития в области построения светосигнальных систем.
2. Разработаны имитационные компьютерные модели (ИК модели) для двух вариантов построения силовой части АРСТ:
– АРСТ с МКП на базе не полностью управляемых ключей (тири сторов);
– АРСТ с МКП на базе полностью управляемых ключей (IGBT).
На основе сформированных ИК-моделей исследованы свойства работы системы АРСТ - КК, выявлен ряд особенностей работы схем, обозначены потенциально опасные режимы работы, получены необ ходимые для проектирования рекомендации.
3. Проведен гармонический анализ потребляемого тока для АРСТ с МКП, частным случаем которого является существующий (однока нальный) тиристорный АРСТ.
4. При непосредственном участии соискателя разработана циф ровая система управления АРСТ с МКП и техническая документации на его опытный образец.
Структура и объем работы Диссертация изложена на 123 страницы машинописного текста (текстовая часть), включает введение, обзор литературы, 5 глав с ре зультатами собственных исследований и заключение.
Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулиро вана цель и решаемые задачи.
В первой главе дан аналитический обзор принципов построения и перспектив развития ССО и основного элемента питания – АРСТ. В качестве основных направлений модернизации АРСТ выделены два варианта: АРСТ с промежуточным высокочастотным преобразо ванием (ПВЧП) и без ПВЧП. Несмотря на перспективность варианта АРСТ с ПВЧП, прежде всего, по массогабаритным показателям, он требует полной переработки силовой части и системы управления, происходит усложнение схемы. Учитывая это, а так же мировой опыт в данной области, сделан вывод о не целесообразности реализации данного варианта на текущем этапе модернизации. Для АРСТ без ПВЧП рассмотрено два варианта построения на полностью (ПУК) и не полностью управ ляемых ключах HL HL HL n АРСТ с НПУК 1 (НПУК) (рис.1). Осо TV iO T T T...
2 1 n бое внимание на этапе ~380 В C u C C CC C u T K T K K T...
ТA анализа уделено АРСТ с ПУК, в виду его пер Кабельное кольцо спективности и огра СУ БОС ниченной информации АРСТ с ПУК HL HL HL n 1 в отечественных рабо TV iO T T T...
2 1 n тах по данной темати C u C C CC C ~380 В СОП u T K T K K T...
ТA ке. Для вариантов АРСТ с НПУК и ПУК Кабельное кольцо рассмотрены вопросы СУ БОС их синтеза и функцио Рис. 1. АРСТ с НПУК и ПУК системой нальные особенности, управления (СУ) и блоком обратной связи в частности:
(БОС).
– на основе математического анализа показано несоответствие уровня искажений потребляемого АРСТ с НПУК тока современным требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) (рис.2), для которых нормативными документами определено минимальные зна чения коэффициента гармоник тока КГ(i)=0,23;
в иных случаях долж ны быть наложены соответствующие ограничения на уровень мощно сти питающей сети;
– для АРСТ с ПУК разработана ИК-модель и на ее основе получена не обходимая информация для проектирования АРСТ данного типа. Получена зависимость выделяемой в узле ограничения перена пряжений (УОП) мощно сти от длительности паузы между переключениями Рис. 2. Зависимость коэффициента ключей, которая имеет ли гармоник тока от угла регулиро нейная характер и принята вания.
равной tmax=100нс;
– АРСТ с ПУК позволяет добиться «квазисинусоидального» по требления тока (с малыми искажениями), что является существенным плюсом с точки зрения ЭМС.
Показано также, что дальнейшее улучшение качества АРСТ мо жет быть достигнуто за счет применения известного в преобразова тельной технике принципа многоканального преобразования (МКП) энергетического потока. В варианте АРСТ с ПУК применение МКП позволяет снизить значение тока в регулирующем элементе (РЭ), по низить уровень и повысить частоту квантования выходного энергети ческого потока АРСТ и, следовательно, улучшить массогабаритные показатели фильтра, а также уменьшить уровень искажений потреб ляемого тока.
Проведена предварительная сопоставительная оценка вариантов построения АРСТ и даны рекомендации по применению.
Вторая глава посвящена распространению принципа МКП на АРСТ на НПУК и ПУК без ПВЧП, доказательству эффективности его применения в данном случае, созданию модельного описания АРСТ на НПУК.
В рамках 1-го этапа (частичной) модернизации системы АРСТ– КК была реализована лишь структурная многоканальность: с целью повышения технологичности изготовления и снижения уровня излу чаемых шумов, предложено при том же (одном) регулирующем эле менте (РЭ) использовать вместо одного мощного повышающего трансформатора – соответствующий набор (L 2 ) трансформаторов меньшей мощности, выполненных на тороидальных магнитопроводах и включаемых по параллельно-последовательной схеме – параллель но по входу и последовательно по выходу. Далее осуществлен пере ход от структурной к структурно-алгоритмической многоканально сти АРСТ – с L числом каналов, среди которых L–1 число каналов выполняются с РЭ (рис.3).
ТД I Не регулируемый U1 канал U1 I Нагнузка - кабельное кольцо t VS5 Iн ТО U VS7 VS VS 0 0 1 2 t Регулируемый Uн канал N... Iн t VS ТО1 Um VS3 VS VS Регулируемый t U U0m U2m канал N Uн ДТ Узел Узел Узел измерения управления синхронизации RMS Iуставки Рис.3. Функциональная электрическая схема АРСТ на НПУК с МКП (с тремя токовыми каналами) и диаграммы напряжений и токов.
Отличительной алгоритмической особенностью решения являет ся поочередное (в зависимости от требуемого уровня стабилизации тока нагрузки) использование в регулируемом режиме только одного из L–1 РЭ [1,2]. В результате синтезирована схема АРСТ на НПУК без ПВЧП с МКП (рис.3). Модернизированный вариант АРСТ содер жит дежурный трансформатор – ТД, и набор основных трансформа торов – ТО1-ТО2, первичные обмотки которых зашунтированы парой встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристоров.
Предложенное техническое решение запатентовано [3]. Оно ослабля ет или практически устраняет следующие недостатки применявшего ся ранее прототипа:
– обеспечивает существенно меньшие искажения выходного и потребляемого токов АРСТ, то есть имеет лучшие показатели по электромагнитной совместимости (в частности, на границах диапазо на регулирования каждого канала искажения входных и выходных токов отсутствуют);
– благодаря меньшим искажениям входного и выходного тока:
повышается точность вычисления действующего значения тока на грузки, и, как следствие, обеспечивается более высокая точность его стабилизации;
– кроме того, благодаря применению МКП и использованию (в связи с этим) тороидальных магнитопроводов снижены шумы в трансформаторах.
На основе использования математического аппарата рядов Фурье получено модельное описание процессов АРСТ на НПУК с МКП и доказано улучшение его характеристик по сравнению с традицион ным решением.
Получено модельное описание амплитудного значения первой гармоники выходного напряжения АРСТ на НПУК без МПК:
U1m ( ) 2 sin 2 ( ) sin 2, U (1) m (1) а также временная модель основной гармоники АРСТ с МКП:
u 2 (1)(t) А2 (1) m sin(t (1) ), где U 0 m U m A 21) m 2U 0 mU m A (1) m cos (1) – (2) A2 (1) m 2 ( ее амплитуда, а U m A (1) m sin (1) 2U (1) arctg – ее фазовый угол. (3) U 0 m U m A (1) m cos (1) При анализе введено понятие глубины модуляции :
U 2m U 0m U m, (4) U 2m U 2m где U2m – результирующая амплитуда выходного напряжения, U0m, Um(=U1m) – амплитудные значения нерегулируемой и регули руемой составляющих напряжений соответственно. С учетом (4) мо дели (2), (3) принимают вид:
A2 (1) m U 2 m (1 ) 2 2 A2(1) m 2(1 ) A (1) m cos (1), (5) A (1) m sin (1) 2 U (1) arctg, (6) (1 ) A (1) m cos (1) где A (1) m A (1) m A (1) m A (1) m U 2 m. (7) U 1m U m Получена также зависимость угла (1)=f(), однако она здесь не приводится (см. [1]). В итоге получены формулы, позволяющие оце нить значения коэффициента гармоник Kг(,) и коэффициента мощ ности (,) для АРСТ на НПУК с МКП и «классического» АРСТ (=1) в функции от двух параметров (рис. 4).
I 1 (1) cos 1I (1), (8) I К Г (U 2) U 2 U 2 (1).
2 (9) U 2 (1) Рис. 4. Зависимости коэффициента гармоник выходного на пряжения Kг(u) =f(,) и коэффициента мощности =f(,).
При числе каналов регулирования более одного, в процессе рабо ты АРСТ с ростом выходного тока (за счет изменения ступеней регу лирования) параметр будет меняться в сторону уменьшения. При этом по мере подключения каналов (с ростом тока и угла ) они бу дут переходить в режим работы «при полной синусоиде» напряже ния, а регулирование будет осуществляться в пределах задейство ванного канала. Из сказанного следует, что =1/(N+1,) где N - число каналов, задействованных в режиме полной передачи энергии.
В рабочем диапазоне изменения мощности 30ч80% от номиналь ной за счет угла =70 оч120о наихудшее значение показателя (0.5,)=0.994 – для АРСТ с МКП, а без МКП (1,)=0.85ч0.45.
В среде MathCad создана прикладная программа, позволяющая получить проектно необходимые зависимости параметров АРСТ: (Kг,, действующих значений выходных напряжения и тока АРСТ) от ис ходных параметров: коэффициентов трансформации дополнительно го и основных трансформаторов, значения тока нагрузки и ступени регулирования. Помимо этого, программа позволяет совершить об ратное действие – подобрать коэффициенты трансформации и число каналов регулирования, исходя из необходимых параметров ЭМС.
Показана возможность дальнейшего развития АРСТ с МКП в двух вариантах: на НПУК и на ПУК – IGBT. С учетом проведенного анализа сделан вывод, что АРСТ на НПУК без ПВЧП с МКП наибо лее готов к опытно-конструкторской реализации, как способный обеспечить заданный уровень ЭМС. При этом не требуется внедрение принципиально новых схемотехнических решений и допускается по следующая модернизация до уровня второго выше упомянутого ва рианта – АРСТ на ПУК без ПВЧП с МКП. Также возможно совмест ное использование обоих схем в АРСТ, при этом одна из них будет выполнять функции резервной.
Третья глава посвящена параметрическому синтезу схемы АРСТ на НПУК без ПВЧП с МКП. Для проверки адекватности полученного модельного описания проведено ИКМ силовой части АРСТ на НПУК без ПВЧП с МКП с реальными характеристиками тиристорных клю чей.
На основе данных ИКМ для АРСТ на НПУК с МКП и тремя ос новными каналами регулирования получены зависимости показателя качества потребляемого тока от действующего значения тока нагруз ки и от ее cos (рис. 5). В ходе исследования проведено моделирова ние опасных режимов работы схемы:
– исследован возможный режим возникновения тока короткого замыкания в момент включения основного тиристора, на основе чего показана необходимость применения сглаживающего дросселя;
– исследован возможный режим возникновения предельно допус тимого напряжения на основной паре тиристоров, в случае повреж дения в цепи шунтирующих тиристоров, описываемый выражением:
, (10) причем соотношение коэффициентов трансформации обмоток трансформаторов ограниченно следующим значением:
(11) где К1 и К2 коэффициенты трансформации основного и дополни тельного трансформатора соответственно, – максимально до пустимое обратное напряжение тиристора в закрытом состоянии.
Рис. 5. Зависимости коэффициента гармоник потребляемого тока от дейст вующего значения тока нагрузки и от ее cos.
Особое внимание уделено параметрическому анализу снаббер ных цепей ключевых элементов. С применением ИКМ проверена адекватность существующих рекомендаций по выбору их парамет ров, получены оптимальные значения R1=20 Ом и С1=0.1 мкФ для обеспечения надежной работы тиристорных ключей, что близко к ре комендуемым значениям.
Произведен выбор основных элементов схемы, с проверкой адек ватности их функционирования (в соответствии с проектным замыс лом) на ИКМ.
В четвертой главе проводится анализ способов построения сис темы управления (СУ) АРСТ с МКП и ее синтез. В работе сделан вы вод о целесообразности в данном случае перехода от аналоговой СУ к цифровой. Этот же вывод распространен и на подсистему измерения действующего значения тока.
Для измерения действующего значения выходного тока АРСТ применен метод прямой дискретизации (МПД). Точность измерения тока напрямую влияет на точность стабилизации всего АРСТ. Ме тодическая погрешность может быть вычислена по следующей фор муле:
(12) Перейдя от ранее полученного выражения для действующего значения АРСТ на НПУК с МКП в функции от двух параметров и :
, (13) к дискретному его выражению:
, (14) где d – число выборок за период измерения;
и путем подстановки (13), (14) в выражение (12), получена зави симость на рис.6, характеризующая методологическую погрешность Рис. 6. Относительой погрешность определения действующего значения тока нагрузки АРСТ на НПУК с МКП и цифровой системой измерения от и, для d=100 и d= измерения. Наличие на графиках максимальных и минимальных экс тремумов объясняется случайным расположением отсчетов относи тельно момента включения НПУК – их угла. Предложено, адапти ровать МПД, синхронизировав момент начала периода измерения с моментом включения основных тиристоров. Это позволило аппрок симировать график относительной погрешности определения дейст вующего значения по нижней границе. Для увеличения скорости ре акции АРСТ применен метод пропорционально-интегрального диф ференцирования (ПИД), при котором реализующий его выходной сигнал (путем изменения параметров и ) производится по извест ной формуле.
, (15) В дискретной реализации метода расчета выходного сигнала уравнение принимает форму:
, (16) где T - время дискретизации.
Используя замену можно записать:
, (17) В программной реализации для оптимизации расчетов переходят к рекуррентной формуле:
. (18) Подбор коэффициентов и на данном этапе проектиро вания осуществлялся вручную. Произведен расчет необходимых па раметров системы управления и измерения (СУИ) для обеспечения заданного уровня стабилизации. В рамках синтеза СУИ реализовано разбиение алгоритма работы на два процессорных блока. СУИ носит модульных характер (рис. 7) и позволяет осуществить дальнейшее наращивание независимыми подсистемами (поламповый контроль, измерение параметров нагрузки и т.д).
Пятая глава посвящена проектированию предложенного реше ния, физическому макетированию, изложению полученных результа тов и сравнению их с полученными ранее данными.
Проектирование производилось в рамках ОКР проводимого ОАО «ГОКБ «Прожектор» по заказу МО РФ. Документация разработана в объеме технического проекта. В качестве одного из требований при этом является применение отечественных комплектующих. В проце Система управления Блок питания Не ~380 V упрвляемый Кабельное кольцо Подсистема канал (6.6 A, 5000 V) защит Центральный Управляемые контроллер ДТ каналы регулирования Внутренняя шина данных Подсистема синхронизации Подсистема Измерительн Подсистема измерение ый контроля сопрот.
контроллер ламп изоляции Подсистема связи со СДУК Рис. 7. Блок-схема системы управления АРСТ с МКП.
дурах создания и исследования макетного образца двухканального АРСТ на НПУК с МКП (рис.8) можно выделить две явно выражен ные по решаемым задачам части (подсистемы):
– информационная часть – подсистема измерения параметров (с контурами отрицательной обратной связи по напряжению и по току);
– силовая часть, включающая в себя тиристорный узел с драйве рами и трансформаторный узел.
В рамках информационной части (характеризующей 1-й этап раз работки) создан измеритель, функционирующий в соответствии с проектным замыслом и обеспечивающий решение следующих задач:
– измерение действующего значения четырех параметров (вход ТД ~220 В Д S Д К= Uвх, Iвх L Ik Uвх, Iвх ТО Iк Iн U Контроллер К=0, I0 S К= Измеритель Фаза К= RMS(Iн) Д Блок питания IН Рис. 8. Блок-схема макетного образца двухканального АРСТ.
ной/выходной ток и напряжение) с точностью ….% (точность изме рения контролировалась измерительными приборами с классом точ ности 0,3%).
– формирование сигналов синхронизации;
– вычисление дополнительных параметров, (потребляемой мощ ность, КПД и Кг(u) – косвенно).
На 2-м этапе разработки создан макет силовой части двухканаль ного АРСТ, произведена стыковка с информационной частью, прове дены отладка и испытания. Характерные осциллограммы его работы представлены на рис.9. Измерения на макете АРСТ проводились в три этапа с использованием цифровой 16-ти разрядной СИУ:
– без МКП (два канала регулируемых параллельно);
– с МКП (два канала–регулируемый и не регулируемый), диапа зон изменения глубины модуляции в пределах 0,3ч0,7, за счет из менения коэффициента трансформации основного трансформатора;
– с МКП и СУИ использующей адаптированный МПД и форми рующей сигнал выходного воздействия по ПИД-закону. Анализ осу ществлялся по трем основным параметрам:
– по коэффициенту гармоник тока –Kg;
– по точности измерения тока ;
– по скорости реакции (восстановления значения тока) S, при из менении нагрузки в диапазоне50-100%.
Для проведения сравнительного анали за с прототипом изме рения основных пара метров осуществлены также:
– для выпускаемо го ранее ОАО «ГОКБ «Прожектор» АРСТ без МКП с аналоговой СУ;
– для серийного Рис.9. Осциллограммы работы двухканального АРСТ с МКП: 1– выходной ток, 2– напряже- АРСТ с цифровой 8-ми ние первичной обмотки основного трансфор- разрядной СУ.
матора.
Получены данные, позволяющие оценить положительный эффект от применения МКП и цифровой СУИ, пред ставлены в таблице 1.
Таблица 1.
Эксперимент,% S, мс Kg,%?
АРСТ без МКП, аналоговая СУ 75 4 АРСТ без МКП,8-d СИУ 73 2,5 АРСТ без МКП,16-d СИУ 75 1,5 33 1 АРСТ c МКП(2 канала),16-d СИУ, (=0.6) АРСТ c МКП(2 канала),16-d СИУ 19 0.5 (адаптированная),(=0.4) Заключение 1. В рамках проведенного аналитического обзора выявлено несо ответствие уровня отечественных разработок в области АРСТ совре менным требованиям, в частности, показано несоответствие характе ристик ЭМС требованиям нормативных документов. Сформулирован перечень задач подлежащих решению в данной работе.
2. На уровне структурно-алгоритмической организации АРСТ предложены варианты его модернизации:
а) – с использованием принципа многоканального преобразова ния (МКП) при его реализации на не полностью управляемых клю чах – тиристорах;
б) – с использованием принципа МКП и полностью управляемых ключей переменного тока (без применения принципа ПВЧП и с его применением).
3. На основе имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) АРСТ для 1-го и 2-го вариантов АРСТ получена информация, необходимая для их проектирования и для сопоставительной оценки с альтернативными вариантами. Сделан вывод о готовности первого варианта к конструкторской проработке.
4. В рамках модельного описания входного и выходного токов АРСТ (по 1-у варианту) проанализированы показатели качества по требляемой электроэнергии в функции двух параметров угла регули рования и глубины модуляции. Адекватность полученного мате матического описания процессов АРСТ подтверждена на основе ИКМ и физическим моделированием.
5. В рамках модернизации системы управления (СУ) предложено использовать метод цифровой дискретизации для измерения пара метров АРСТ. Произведена оценка необходимых ресурсов вычисли тельной системы, необходимая для выбора основных элементов СУ.
Предложены способы адаптации известного метода измерения к кон кретным условиям работы АРСТ. Разработан алгоритм работы двух процессорной СУ АРСТ с разбиением на два основных процессорных узла – центральный контроллер и измеритель.
6. Решение, реализующее 1-й этап частичной модернизации АРСТ внедрено в производство и успешно применяется в серийно выпускаемом АРСТ. В рамках 2-го этапа модернизации АРСТ до уровня АРСТ на НУПК с применением МКП достигнуто улучшение характеристик ЭМС до уровня соответствующего нормативным до кументам, а также достигнуто трехкратное увеличение уровня стаби лизации – основного параметра АРСТ, предложенные технические решения учитываются при разработке техники следующего поколе ния.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
1. Берг А.В., Берилов А.В., Мыцык Г.С. Модернизация аэро дромного светосигнального оборудования. Вестник МЭИ, № 5, 2010. – С.61–72.
2. Берг А.В., Берилов А.В., Система управления аэродромным регулятором-стабилизатором яркости с многоканальным преоб разующим трактом. Практическая силовая электроника, № 4, 2011.
3. Патент РФ на изобретение №2 364 916, GO5F 1/30. Регулятор стабилизатор переменного тока /А.В.Берг. А.В.Берилов, В.А. Сергеев, А.В.Мирошниченко, Г.С.Мыцык. Заявл. 28.04.2008 г. Опубл. 20.08.
2009 г. в Б.И. №23.
4. Патент РФ на полезную модель №99 915, GO5F 1/24. Регуля тор тока переменного напряжения/А.В.Берг. А.В. Берилов, В.А. Сер геев, А.В.Мирошниченко, Г.С.Мыцык. Заявл. 28.04.2008 г. Опубл.
10.05. 2009 г. в Б.И. №13.
5.. Патент РФ на полезную модель №95446, GO5F 1/24. Свето сигнальная аэродромная система/А.В.Берг. А.В.Мирошниченко, О.В.Пацык. Заявл. 02.04.2010 г. Опубл. 27.06. 2010 г. в Б.И. №18.
6. Берг А.В., Берилов А.В. Разработка регуляторов-стабилизаторов тока централизованного типа для светосигнальных комплексов аэропортов / Радио электроника, электротехника и энергетика. Пятнадцатая международная н/т конф. студентов и аспирантов. Том 2. – М.: Издательский Дом МЭИ, 2009. – С.60–61.
7. Берг А.В.;
Пацык О.В., Инновационные разработки регуляторов стабилизаторов для светосигнальных комплексов аэропортов/Седьмая между народная конференция молодых специалистов организаций, ракетно космической и металлургической промышленности России. Часть2. – МО.:
НОУ ИПК Машприбор, 2008. –С.88–92.
8. Берг А.В., Берилов А.В., Цифровой измерительный орган действующего значения несинусоидального тока / Электротехнические и электромеханиче ские системы и комплексы. Шестнадцатая международная н/т конф. студентов и аспирантов. Том 2. – М.: Издательский Дом МЭИ, 2010. – С.55–56.
9. Берг А.В., Берилов А.В., Система управления аэродромного регулятора стабилизатора яркости / Электротехнические и электромеханические системы и комплексы. Семнадцатая международная н/т конф.студентов и аспирантов. Том 2. – М.: Издательский Дом МЭИ, 2011. – С.67–68.
Подписано в печать … Зак. … Тир... П.л….
Полиграфический центр НИУ «МЭИ» Красноказарменная ул., д.