«Применение информационных технологий при построении моделей узлов электроснабжения самолётов» (стр. 3 из 3)
При пересечении магнитным потоком ротора витков обмотки РОГ в ней возникает переменная ЭДС. Фазы обмотки подключены с одной стороны к выводам А, В, С, с другой через первичные обмотки трансформаторов тока (ТА). Трехфазная обмотка генератора соединена по схеме «звезда» с выведенной силовой нейтралью. Вторичные обмотки ТА подключены к штырям 1–4 ШР генератора и входят в систему дифференциальной защиты генератора и его фидера от коротких замыканий. Особенность данного генератора – в схеме возбуждения нет щеток, скользящих контактов, благодаря чему повышается его эксплуатационная надежность. Кроме того, применение подвозбудителя обеспечивает автономность возбуждения генератора, а также питание цепей защиты.
Рис 1. Функциональная электрическая схема генератора ГТ-40ПЧ6
1.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Основными возмущающими воздействиями, приводящими к отклонению напряжения на зажимах генераторов от требуемого значения, являются нагрузка генератора и угловая скорость его ротора. Диапазон изменения основных возмущений велик. Нагрузка на генератор может меняться от 0 до 1,5-кратного значения номинальной нагрузки. Диапазон изменения частоты вращения для генераторов переменного тока нестабильной частоты составляет 2–2,5, а иногда и больше. Значение частоты вращения генераторов переменного тока стабильной частоты регулируемо, поэтому здесь процессы регулирования частоты и напряжения являются взаимосвязанными, то есть генератор переменного тока стабильной частоты относится к двумерным объектам регулирования.
К точности поддержания напряжения на зажимах авиационных генераторов предъявляют жесткие требования. В установившихся режимах работы точность поддержания напряжения в точке подключения измерительного органа регулятора при всех режимах работы должна составлять ±2%.
Для регулирования напряжения авиационных генераторов широко применяются два способа регулирования: изменением сопротивления цепи возбуждения и изменением напряжения на обмотке возбуждения. Для этой цели применяются угольные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения, выполненные на магнитных усилителях и тиристорах.
Для защиты источников и потребителей при нарушении нормального режима в системе электроснабжения используют различные защиты, отключающие поврежденный элемент системы. Обязательными видами защит, входящими в состав энергоузлов практически всех самолетов, являются защиты от повышения и понижения напряжения, понижения и повышения частоты и от коротких замыканий внутри генератора и на его фидере.
2. Блок регулировки, защиты и управления генератором самолёта
БРЗУ выполняет роль контроля за потреблением электроэнергии, управления частотой вращения вала привода генератора и защиты систем электроснабжения от коротких замыканий и внештатных ситуаций.
БРЗУ состоит из множества подблоков, функционирующих как система в целом.
Блок-схема устройства представлена ниже (Рис. 2).
Рис 2. Функциональная схема блока БРЗУ
Конечной задачей является разработка более современного блока управления, не нарушая при этом исходных алгоритмов работы и надёжности устройства. Ввиду невозможности практических испытаний во время разработки и отладки устройства, было предложено разработать в начале программные модели генератора и БРЗУ, а затем, построить программно-аппаратную модель этой системы. Предполагается использовать аппаратную модель БРЗУ и проводить её отладку на программной модели генератора.
3. Средства программного моделирования в Matlab и методы построения моделей
Наиболее подходящим средством для моделирования электромеханических процессов является Simulink, входящий в пакет программ Matlab.
Simulink - интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты. Simulink полностью интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования.
Область применения регулируемых электроприводов переменного тока в нашей стране и за рубежом в значительной степени расширяется. Особый интерес для моей работы представляет трёхфазный генератор переменного тока. Необходимость построения модели данного генератора возникла ввиду сложности проведения разработки, отладки и испытания блока управления генератором в лабораторных условиях.
Генератор, как объект автоматического управления представляет собой сложную динамическую структуру, описываемую системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. В задачах управления любой синхронной машиной можно использовать упрощенные линеаризованные варианты динамических моделей, но они дают лишь приближённое представление о поведении машины. Разработка математического описания электромагнитных и электромеханических процессов в генераторе, учитывающих реальный характер нелинейных процессов, а также использование такой структуры математического описания при разработке регулируемых синхронных электроприводов, при которой исследование модели электросистемы самолёта, представляется актуальной.
Вопросу моделирования всегда уделялось большое внимание, широко известны методы: аналогового моделирования, создания физической модели, цифро-аналогового моделирования. Однако аналоговое моделирование ограничено точностью вычислений и стоимостью набираемых элементов. Физическая модель наиболее точно описывает поведение реального объекта. Но физическая модель не позволяет произвести изменение параметров модели и создание самой модели очень дорого.
Наиболее эффективным решением является система проведения математических расчётов MatLAB, пакета SimuLink.Рис3. Cистема дифференциальных уравнений Парка-Горева для синхронного электродвигателя.
Система MatLAB устраняет все недостатки вышеперечисленных методов. В данной системе уже сделана программная реализация математической модели синхронной машины.
Среда разработки лабораторных виртуальных приборов MatLAB представляет собой среду прикладного графического программирования, используемую в качестве стандартного инструмента для моделирования объектов, анализа их поведения и последующего управления. Ниже приведён пример уравнений для модели синхронного двигателя по полным уравнениям Парка-Горева, записанным в потокосцеплениях для схемы замещения с одним демпферным контуром (Рис. 3)[2].
С помощью данного программного обеспечения можно моделировать все возможные процессы в синхронном двигателе, в штатных ситуациях, так же как и в генераторе.
Таким образом, сложность построения модели генератора заключается в составлении правильной системы уравнений Парка-Горева и корректного её задания в среде Simulink.
Заключение:
Разработка моделей устройств помогает облегчить условия разработки реальных устройств и дать более наглядное представление о специфике их работы ещё до этапа испытаний.
Использование средств информационных технологий (ИТ) позволяет реализовать модель устройства, что даёт возможность избежать необходимости развёртывания лабораторных установок промышленных масштабов. Таким образом используя программное обеспечение среды Matlab, компьютерный интерфейс и модель БРЗУ, стало возможным проводить разработку, тестирование и отладку реального устройства в лабораторных условиях, что позволило сэкономить материальные, физические и временные ресурсы.
ИТ являются неотъемлемым ресурсом при разработке всех современных аналогово-цифровых устройств в целом.
Список используемой литературы:
1. Барвинский А. П., Козлова Ф. Г. Электрооборудование самолетов: Учеб. для сред. спец. учеб, заведений — 2-е изд., перераб. И доп.—М.: Транспорт, 1990.—320с.
2. http://maxi-exkavator.ru/articles/excavators/~id=46 - Математическое моделирование синхронного двигателя карьерного экскаватра.