СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

В статье представлена стартер-генераторная система для вспомогательной силовой установки летательного аппарата. Особенностью представленной системы является применение синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и полупроводникового преобразователя. Основной проблемой системы генерирования электрической энергии летательного аппарата на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов является отсутствие возможности регулирования выходного напряжения и частоты электрической энергии, в связи с этим используется полупроводниковый преобразователь, который обеспечивает преобразование сгенерированной электрической энергии с целью регулирования напряжения и частоты и который имеет значительные массу и габариты.

В статье предлагается подход к проектированию стартер-генераторной системы с параллельным подключением синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и полупроводникового преобразователя. Этот подход дает возможность существенно уменьшить часть электрической энергии, которую требуется преобразовать, вследствие чего полупроводниковый преобразователь имеет значительно лучшие массогабаритные характеристики.

В статье подробно рассмотрены режимы генерирования электрической энергии и стартерный режим работы стартер-генераторной системы, приведена схемная реализация полупроводникового преобразователя. Представлена схема замещения одной фазы системы генерирования электрической энергии и расчеты электрических параметров.

Показана возможность создания высокоэффективной стартер-генераторной системы на базе синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и полупроводникового преобразователя для вспомогательной силовой установки летательных аппаратов. Предложены структурная и принципиальные схемы построения системы генерирования электрической энергии. Обоснован подход к выбору рациональных схемных решений, получены основные оценки электрических параметров системы. Показана возможность достижения удельной массы полупроводникового преобразователя для синхронных генераторов 0,21÷0,33 кг/кВт.

1. Электрический самолёт: от идеи до реализации / А.В. Левин, И.И. Алексеев, С.А. Харитонов, Л.К. Ковалев. М.: Машиностроение, 2010. 288 с.

2. Электрический самолет. Концепция и технологии / А.В. Левин, С.М. Мусин, С.А. Харитонов, К.Л. Ковалев, А.А. Герасин, С.П. Халютин. Уфа: УГАТУ, 2014. 388 с.

3. Харитонов С.А. Электромагнитные процессы в системах генерирования электрической энергии для автономных объектов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. 536 с.

4. Xiuxian Xia. Dynamic Power Distribution Management for All Electric Aircraft. Cranfield University, 2011, 114 p.

5. Система стабилизации напряжения для энергетических объектов горнодобывающих предприятий / Б.Ф. Cимонов, С.А. Харитонов, С.В. Брованов, Е.Я. Букина, Д.В. Макаров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. № 2. С. 88–101.

6. Система генерирования электроэнергии переменного тока при постоянной частоте вращения вала генератора / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.В. Левин, М.М. Юхнин, С.Ф. Коняхин // Электроника и электрооборудование транспорта. 2012. № 4–5. С. 2–8.

7. Режимы работы системы генерирования электроэнергии нестабильной частоты и стабильного напряжения / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.В. Левин, С.Ф. Коняхин, М.М. Юхнин // Авиационная промышленность. 2012. № 4. С. 9–13.

8. Расчет электрических параметров системы генерирования электроэнергии нестабильной частоты и стабильного напряжения / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.В. Левин, С.Ф. Коняхин, М.М. Юхнин // Авиационная промышленность. 2013. № 1. С. 3–10.

9. Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.Г. Гарганеев // Докл. Том. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2012. № 1 (25). C. 139–146.

10. Авиационная система генерирования электроэнергии / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.В. Левин, С.Ф. Коняхин, М.М. Юхнин // Научный вестник новосибирского государственного технического университета. 2013. № 1 (50). С. 147–162.

11. Макаров Д.В., Харитонов С.А., Макарова Е.А. Система генерации электрической энергии типа «переменная скорость – переменная частота – постоянная амплитуда» // Международная конференция и семинар «Микро/нанотехнологии и электронные устройства (EDM)», 30 июня –4 июля 2010. С. 464–469.

12. Makarov D.V., Khlebnikov A.S., Geist A.V., Bachurin P.A. Generation system with variable frequency and constant amplitude. Energetics (IYCE), Proceedings of the 2011 3rd International Youth Conference, 7–9 july 2011. С. 1–9.

13. К вопросу стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной частоте вращения / Б.Ф. Симонов, С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 4. С. 102–116.

14. Кац Б.М., Жаров Э.С., Винокуров В.К. Пусковые системы авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976. 220 с.

15. Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет. М.: Машиностроение, 1991. 512 с.

16. Agarwal A.K., Mani S.S., Seshadri S., Cassady J.B., Sanger P.A., Brandt C.D., Saks N. SiC power devices. Naval Research Reviews, 1999. Vol. 51(1), pp. 14–21.

17. Shenai K., Scott R.S., Baliga B.J. Optimum semiconductors for high power electronics. IEEE Transactions on Electron Devices, 1989, Vol. 36 (9). pp. 1811–1823.

18. Лебедев А.А., Челноков В.Е. Широкозонные полупроводники для силовой электроники // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, вып. 9. С. 1096–1099.

19. Тронов А.А. Карбид кремния: основные свойства и панорама его исследований в России. 2016. URL: http://www.rf.unn.ru/eledep/confesem/nro_popova/2016_01_22_(53)/03.pdf (дата обращения 22.01.2016).

20. Алмазы для новейшей электроники. URL: https://scientificrussia.ru/partners/institut-prikladnoj-fiziki-ran/almazy-dlya-novejshej-elektroniki (дата обращения 20.08.2017).

21. Преобразователь частоты на карбид-кремниевых полупроводниковых приборах / С.А. Харитонов, Д.В. Коробков, Д.В. Макаров, А.Г. Волков, А.В. Сидоров // Электроприводы переменного тока // Труды международной шестнадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», 2015. С. 51–54.

22. Жмуров Б.В., Халютин С.П., Давидов А.О. Информационно-энергетическая методика проектирования энергокомплекса летательных аппаратов с электрической тягой // Научный вестник МГТУ ГА. 2017. Т. 20, № 1. С. 167–176.

23. Давидов А.О., Жмуров Б.В. Энергетическая установка полностью электрического самолета // Электропитание. 2016. № 2. С. 7–11.

24. Халютин С.П. К вопросу об эффективности авиационных систем гененирования электроэнергии // Труды международного симпозиума «Надежность и качество», 2016. № 2. С. 264–265.

25. Левин А.В., Халютин С.П., Жмуров Б.В. Тенденции и перспективы развития авиационного электрооборудования // Научный Вестник МГТУ ГА. 2015. № 213 (3). С. 50–57.