автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электромагнитная совместимость приборов электрооборудования вездеходов

На правах рукописи

Семенов Алексей Владимирович

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ПРИБОРОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВЕЗДЕХОДОВ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

1 t Г ;; П

1 _ J

003458575

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском автомобильно-дорожном институте (ГТУ) на кафедре «Электротехника и электрооборудование»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Московского автомобильно-дорожного института (ГТУ)

Ютт Владимир Евсеевич

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Марсов Владимир Израилевич

- кандидат технических наук, доцент Малеев Руслан Алексеевич

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский и экспериментштьный институт автомобильной электроники и электрооборудования» г. Москва

Защита состоится « // 2 г., в час .¿о мин. На заседании диссертационного совета Д 212.12if.05 при Московском автомобильно-дорожном институте (ГТУ) по адресу: г. Москва, Ленинградский пр., 64, главный корпус, ауд. __

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ).

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64, главный корпус, МАДИ (ГТУ), ученому секретарь диссертационного совета Д 212.126.05.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.126.05, к.т.н., доцент я 'А Н.В. Михайлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Необходимость улучшения качественных параметров самоходной техники предъявляет высокие требования к свойствам образцов, как подвергающихся модернизации, так и вновь разрабатываемым. Свойства объектов в значительной степени зависят и определяются уровнем автоматизации процессов функционирования образца з различных условиях эксплуатации. Это наиболее полно проявляется в системах управления, электроснабжения и других системах. Так как большинство задач, связанных с повышением уровня автоматизации, проще и надежнее решается путем использования электрической энергии различного вида и мощности, то развитие и совершенствование самоходных машин сопровождается расширением номенклатуры и увеличением мощности электрических приборов, агрегатов, устройств и систем.

Рост количества приемников электроэнергии сопровождается необходимостью использования как мощных источников электроэнергии с высокими удельно-мощностными показателями, так и электронной аппаратуры и средств автоматики на полупроводниковой микроэлементной базе с малым уровнем потребляемой мощности электрической энергии. Наиболее перспективными для использования в системе электроснабжения (СЭС) объектов самоходных машин являются вентильные генераторы (ВГ), обладающие рядом преимуществ по сравнению с существующими коллекторными генераторами.

Вместе с тем СЭС с ВГ имеют худшие в сравнении с серийными коллекторными генераторами параметры качества электроэнергии по пульсациям напряжения и импульсам коммутационных перенапряжений. Таким образом, применение в СЭС вездеходов вентильных генераторов привело к перерастанию проблемы улучшения качества электроэнергии в проблему обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) источников и приемников электроэнергии.

На вездеходах, как на подвижных объектах, задача обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии является сложной и трудноразрешимой, так как имеют место случайные изменения частоты вращения двигателя, шасси и тока нагрузки генератора (количества включенных приемников электроэнергии), а также жесткие ограничения по объемно-массовым показателям оборудования. Кроме того, устанавливаемые на объектах средства являются для источников электроэнергаи нагрузкой различной по своему характеру (активно-индуктивной, емкостной и т.п.) и режимам потребления (постоянный, импульсный и т.п.). В связи с этим, важно знать пути подхода к совместному решению задач по обоснованию и обеспечению требований к СЭС с учетом совместной работы, как источников, так и приемников электроэнергии.

Процесс взаимодействия источников и приемников электроэнергии, который определяет параметры питающего напряжения, имеет сложный и нелинейный характер и зависит не только от характеристик и режимов рабо-

ты источников электроэнергии, но и от характера и режимов работы нагрузки (приемников электроэнергии). Это создает определенные трудности его математического описания и разработки методов исследования. Для уменьшения влияния параметров качества электроэнергии на нормальное функционирование приемников электроэнергии, формирующих эксплуатационно-технические свойства самоходных машин, необходимо еще на стадии проектирования оценивать совместимость и формировать требования по ее обеспечению на стадии производства.

Используемые в настоящее время подходы к проектированию источников и приемников электроэнергии самоходных машин не предписывают обязательных расчетов таких характеристик питающего напряжения, как параметры пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений (непреднамеренных помех), которые возникают в цепях питания при их совместной работе. Существующие же методики, предназначенные для исследования отдельных систем самоходных машин и СЭС в целом, не предусматривают проведение исследований по оценке влияния изменения значений параметров питающего напряжения на функционирование приемников электроэнергии и анализа ЭМС, а тем более не рассматривают рекомендации по предполагаемым путям ее достижения.

С учетом изложенного, обоснование путей совершенствования СЭС самоходных машин, направленных на обеспечение ЭМС источников с приемниками электроэнергии, является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по совершенствованию СЭС вездехода, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать и обосновать показатели эффективности СЭС, обеспечивающие оценку ЭМС источников с приемниками электроэнергии в конструкции гусеничного вездехода.

2. Разработать методику выбора рациональной СЭС, обеспечивающей ЭМС источников с приемниками электроэнергии, основывающейся на математическом моделировании процессов функционирования системы электроснабжения с вентильным генератором.

3. Провести экспериментально-расчетные исследования ЭМС источников с приемниками электроэнергии и выбор на их основе рациональной СЭС.

4 . Разработать практические рекомендации по обеспечению ЭМС источников с приемниками электроэнергии в СЭС перспективных гусеничных машин.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Обоснованы показатели эффективности СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающие оценку ЭМС источников с приемниками электроэнергии;

2. Разработана методика, базирующаяся на математической модели

процесса совместного функционирования источников с приемниками электрической энергии и позволяющая на стадии проектирования производить анализ и оценку ЭМС, а также обоснованный выбор рациональной структуры и параметров СЭС гусеничного вездехода;

3. Установлена взаимосвязь ЭМС источников и приемников электроэнергии в гусеничном вездеходе со значениями параметров СЭС с учетом случайного характера основных воздействующих факторов, таких как частота вращения вала двигателя и периодичность работы приемников электроэнергии.

На защиту выносится

1. Показатели эффективности СЭС, позволяющие оценивать ЭМС источников с приемниками электроэнергии в гусеничном вездеходе.

2. Методика выбора рациональной СЭС, обеспечивающей электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии в гусеничном вездеходе.

3. Результаты экспериментально-расчетного исследования по обоснованию структуры и параметров СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающих ЭМС источников с приемниками электроэнергии.

4. Практические рекомендации по совершенствованию СЭС и ее элементов, улучшающие эксплуатационные и энергетические показатели при модернизации и разработке перспективных гусеничных машин.

Достоверность результатов обеспечена строгостью выполнения расчетов и преобразований, а также достаточной сходимостью экспериментальных данных и результатов моделирования, определением необходимого количества опытов на основе планирования полного факторного эксперимента (ПФЭ), устранением неопределенностей проведением параллельных опытов и оценкой воспроизводимости результатов по однородности дисперсии по критерию Кохрена.

Практическая значимость и реализация результатов заключается в том, что:

обоснована рациональная структура и значения параметров СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающих электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии;

уточнена методика, базирующаяся на математической модели процесса совместного функционирования источников с приемниками электрической энергии и позволяющая на стадии проектирования производить анализ и оценку ЭМС, а также обоснованный выбор рациональной структуры и параметров СЭС гусеничного вездехода;

установлена взаимосвязь ЭМС источников и приемников электроэнергии в гусеничном вездеходе со значениями параметров СЭС с учетом случайного характера основных воздействующих факторов, таких как частота вращения вала двигателя и периодичность работы приемников электроэнергии.

сформулированы практические рекомендации по совершенствованию СЭС гусеничных вездеходов, заключающиеся в целесообразности уточнения

требований к основным параметрам напряжения бортовой сети и методам их контроля, а также применения разработанных технических предложений. Уточнения по требованиям заключаются в следующем: расширить нормируемый диапазон частот пульсаций напряжения в области верхнего предела до 10 кГц и нижнего предела до 10 Гц с амплитудой не превышающей 300 мВ;

по импульсам коммутационных перенапряжений ввести требования на величину энергии положительного импульса, которая при определенном значении входного сопротивления нагрузки (ZBx) не должна превышать 130 Дж;

в необходимости определения значений параметров электромагнитных помех, возникающих в бортовых сетях электропитания только при совместной работе источников и приемников электроэнергии;

в проверке устанавливаемых на гусеничные машины систем и средств на восприимчивость к воздействию непреднамеренных электромагнитных помех путем оценки выходных характеристик, определяющих их функциональную работоспособность. Воздействие непреднамеренных электромагнитных помех на системы и средства вездехода необходимо производить как с помощью имитаторов до установки их в объект, так и в реальных условиях эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ) в 2005-2008г.г. и обсуждались на заседании кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ (ГТУ) 5 ноября 2008 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 5 статьях общим объемом 1,7 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 99 наименований. Работа выполнена на 152 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков и 7 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, формулируется цель исследования, приведена общая характеристика работы. Отмечается, что необходимость улучшения качественных параметров самоходной техники предъявляет высокие требования к свойствам образцов, как подвергающихся модернизации, так и вновь разрабатываемым. Свойства объектов в значительной степени зависят и определяются уровнем автоматизации процессов функционирования в различных условиях эксплуатации. Это наиболее полно проявляется в системах управления, электроснабжения и других системах. Так как большинство задач, связанных с повышением уровня автоматизации, проще и надежнее решается путем использования электрической энергии различного вида и мощности, то развитие и совершенствование самоходных машин сопровождается расширением номенклатуры и увеличением мощности электрических приборов, агрегатов, устройств и систем.

Отклонение параметров качества электроэнергии от требуемых значений приводит к ухудшению технических характеристик объектов, например: при уменьшении напряжения бортовой сети на 18,5% (22В) ухудшается работа автоматической системы управления (АСУ) и навигационной аппаратуры (НА), при амплитуде пульсаций напряжения свыше ЗООмВ увеличивается в 6 раз уровень шумов радиостанции. Для уменьшения влияния параметров качества электроэнергии на нормальное функционирование приемников электроэнергии, формирующих эксплуатационно-технические свойства самоходных машин, необходимо еще на стадии проектирования оценивать электромагнитную совместимость источников и приемников электроэнергии и формировать требования по ее обеспечению на стадии производства.

Поэтому обоснование путей совершенствования СЭС самоходных машин, направленных на обеспечение ЭМС источников с приемниками электроэнергии, является актуальной научно-технической задачей, решению которой и посвящена настоящая работа.

В первой главе проведен анализ путей совершенствования СЭС вездеходов и требований к параметрам качества электроэнергии для обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии. При анализе сделаны следующие основные выводы, применительно к СЭС с ВГ гусеничного вездехода: они напразлены на улучшение схем и конструкций только отдельных элементов СЭС и не в полной мере используют возможности совершенствования ее структуры во взаимосвязи с режимами работы и характеристиками реальных приемников электроэнергии; нормируемые существующими стандартами требования к параметрам качества электроэнергии ограниченны и не учитывают реальных условий совместной работы источников с приемниками электроэнергии, а выполнение этих требований путем реализации разрабатываемых технических предложений, направленных на совершенствование СЭС по ее основным свойствам, что не позволяет обеспечить ЭМС источников с приемниками электроэнергии.

Проведенный анализ показал, что, хотя требования к качеству электроэнергии нормированы, ЭМС источников с приемниками электроэнергии фактически не обеспечивается (особенно это касается СЭС с ВГ типа Г-3). Поэтому важным этапом при решении задачи обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии является разработка научно обоснованных рекомендаций, заключающихся в уточнении требований существующих стандартов или направленных на введение новых стандартов, а также применение технических предложений, учитывающих новые требования.

Анализ работ, посвященных методам оценки и разработки СЭС вездеходов и их элементов, позволил установить следующее:

существующие методики направлены на анализ структурных, функциональных и конструктивных свойств СЭС вездеходов, качества электроэнергии, удельных и стоимостных показателей, опенок надежности, а также их вероятностных характеристик, и позволяют сравнивать различные системы по обобщенным показателям;

процессы, характеризующие совместное функционирование источников и приемников электроэнергии в СЭС и их анализ не находят должного отражения в имеющихся методиках, а отдельные работы в этом направлении требуют своего развития, расширения границ и конкретизации;

недостаточное внимание при разработке СЭС вездеходов уделено вопросам синтеза как всей системы в целом, так и параметров ее элементов для обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии.

Для решения вопросов совершенствования СЭС вездеходов по обеспечению ЭМС необходимо разработать методику, позволяющую проводить анализ совместимости источников с приемниками электроэнергии и синтез ее рациональной структуры и параметров с учетом основных конструктивных особенностей и режимов работы.

Отечественный и зарубежный опыт исследований по вопросу обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии показал, что для его решения целесообразно разрабатывать практические рекомендации, связанные с применением комплекса организационных и технических мероприятий. Эти мероприятия заключаются в разработке требований нормативно-технических документов по обеспечению ЭМС источников с приемниками электроэнергии, а также технических предложений, направленных на их выполнение.

Во второй главе приведена методика выбора рациональной системы электроснабжения, обеспечивающей электромагнитную совместимость и уточненная математическая модель процессов функционирования СЭС с вентильными генераторами.

С этой целью факторы, оказывающие влияние на параметры качества электроэнергии, разделены на две группы: обусловленные влиянием СЭС -первичные и обусловленные нагрузкой (приемниками электроэнергии) - вторичные.

В работе создана и представлена система частных показателей СЭС вездехода. Каждый частный показатель определяется соответствующими характеристиками или параметрами оцениваемой СЭС. Показатель установившегося значения напряжения определяется значениями амплитуды регулируемого напряжения 1)р (точность регулирования) и амплитуды напряжения бортовой сети Чн во всех режимах эксплуатации (свойство непрерывности снабжения электроэнергией). Показатель, оценивающий уровень пульсаций напряжения, характеризуется значениями амплитуды Ътп и частоты ^ пульсаций напряжения. Показатель, оценивающий Р1КП в переходных режимах, определяется значениями амплитуды ии и длительности Ти импульса.

Частный показатель оценки свойства непрерывности СЭС определялся вероятностью сохранения напряжения бортовой сети не ниже уровня, поддерживаемого регулятором напряжения, с учетом вероятности безотказной работы системы. В этом случае события, заключающиеся в поддержании определенного скоростного режима работы генератора, который определяет напряжение генератора и в проявлении отказов элементов СЭС, являются не-

зависимыми друг от друга. Поэтому частный показатель представлен произведениями вероятностей этих событий:

W„ = P(t) • P(Uh/Up > 1) = P(t) • P(nr /пГГП1П > 1),

где P(t) - вероятность безотказной работы элементов СЭС за некоторый промежуток времени t;

Uh - напряжение бортовой сети;

Up - напряжение бортовой сети, поддерживаемое регулятором напряжения;

пг - частота вращения ротора генератора, определяемая режимом работы двигателя;

Гщш - минимальная частота вращения ротора генератора, при которой он отдает номинальную мощность.

Определение вероятностей P(UH/Up > 1) производилось при наиболее напряженном варианте функционирования СЭС. Значение безотказной работы элементов СЭС определялось на основе анализа статистических данных об отказах или расчетным путем. Для упрощения расчетов при оценке рассматриваемых СЭС услозно принята эта вероятность P(t) = 1.

Так как, события существования j-ых поддиапазонов частот пульсаций напряжения являются независимыми, то показатель совместимости по пульсациям напряжения, с учетом требования максимума его значения, представлен следующим выражением:

Wa=l-ri ÍPmi(Umj/[Unij]>l),

r-i i=l

где i - поддиапазон частот вращения ротора генератора;

j - поддиапазон частот пульсаций напряжения;

Uni/[Ur„] - фактическое и допустимое (требуемое) значение амплитуды пульсаций напряжения на j-ой частоте соответственно;

Pj¡ - вероятность существования относительных значений амплитуд пульсаций напряжения.

к - количество поддиапазонов частот вращения ротора генератора;

1 - количество поддиапазонов частот пульсаций напряжения.

Поскольку воздействие ИКП проявляется в виде воздействия дополнительной энергии отдаваемой тому или иному приемнику, то целесообразно для определения частного показателя оценки использовать ее значение, величина которой определялася выражением:

E^lJlUWdt.

о

где 1„ - величина коммутируемого тока нагрузки через m-ый чувствительный к импульсу приемник. А;

UKm(t) - амплитуда импульса в зависимости от времени его действия, В.

По аналогии с показателем совместимости по пульсациям напряжения, относительный показатель совместимости по ИКП определялся выражением:

^и=1-ПРит(Еит/[Еии]>1),

т=1

где Еит, [Еят] - фактическое и допустимое (требуемое) значения энергии импульса на т-ом приемнике электроэнергии;

г - количество приемников электроэнергии, критичных к импульсам. Делая допущение о том, что эти частные показатели являются независимыми событиями или слабозависимыми друг от друга, обобщенный показатель эффективности СЭС по обеспечению ЭМС представлялся в виде их произведения:

\УСэс = \Ун WrI • Разработанные показатели эффективности СЭС вездехода определяли в какой степени система обеспечивает совместимость источников с приемниками электроэнергии в различных условиях независимо от особенностей конструктивного исполнения.

Анализ особенностей обеспечения отдельных свойств системы и существующих требований к конструктивному исполнению ее элементов позволил выделить следующие основные показатели: удельная объемная мощность КУ и удельная массовая мощность К0.

Ку = РсЭсЛ/ сэс"> К(У= Рсэс/Ссэс. где Рсэс - объектовая мощность СЭС, кВт, УСэс - объем элементов СЭС, дм3, Осзс - масса элементов СЭС, кг.

Обеспеченность производства необходимого количества энергии характеризуется объектовой мощностью СЭС. Однако, повышение ее должно осуществляться с учетом компоновочных объемно-массовых ограничений, предъявляемых к системам гусеничных машин. Поэтому, оценивая конструктивное исполнение СЭС по указанному свойству, рассматривалась не абсолютная величина удельных мощностей, а их относительные значения по сравнению с требуемыми. Такая оценка позволила определить степень использования конструктивных материалов, а применительно к СЭС - приспособленность к применению и основывалась на определении частных показателей представляющих отношения их фактических значений к базовым.

В качестве базовых значений параметров, характеризующих технический уровень конструктивного исполнения СЭС, приняты их абсолютные величины, определенные соответствующими требованиями, нормативными документами и условиями обеспечения основных свойств системы. Эти значения - удельная объемная мощность ([К„]) = 1.3 (1300) кВт/дм3 (Вт/дм3) и удельная массовая мощность([К0]) = 0,8 (800) кВт/кг (Вт/кг).

Для оценки технического уровня конструктивного исполнения СЭС приняты следующие относительные объемно-массовые показатели: К, -КуЯКу] и К, = 1 приКу>[Ку], К2 = Ка/[К0] и К2 = 1 приК0>[К0].

Обобщенный показатель конструктивного исполнения представлен как:

КСэс = 0,5(К,+К2),

Значения коэффициентов весомости относительных показателей конструктивного исполнения определялись путем экспертного опроса специалистов и последующего анализа его результатов. В нашем случае они равнозначны и имели значение, равное 0,5.

Разработанный обобщенный критерий оценки технического уровня СЭС позволил проводить всестороннюю сравнительную оценку систем с позиций определения степени обеспеченности совместимости источников и приемников электроэнергии за счет конструктивного исполнения.

Алгоритм синтеза рациональной СЭС, обеспечивающей ЭМС источников с приемниками электроэнергии представлен на рис.1

Рис.1. Алгоритм синтеза рациональной СЭС

На предварительном этапе решения задачи синтеза, проводимом с целью включения в работу представленного алгоритма, производились следующие операции:

проводился анализ задач, решаемых вездеходами; определялась область функциональных задач, решаемых СЭС; на основе анализа функциональных задач, решаемых СЭС разрабатывались альтернативные варианты целевой структуры системы. Первым этапом разработанного алгоритма являлась подготовка исходных данных полученных на основе априорной информации. Исходные данные включают в себя:

требования к техническим характеристикам (их численные значения), предъявляемые к СЭС и элементам ее структуры;

численные значения параметров выбранных элементов структур СЭС и приемников электроэнергии;

область изменения численных значений возмущающих воздействий (величины тока нагрузки 1н и частоты вращения ротора генератора пг) и вероятностный закон их изменения на основе опыта эксплуатации или экспериментальных исследований.

На втором этапе проводился синтез целевых структур СЭС и элементов, входящих в ее состав по критерию конструктивного исполнения. Взяв этот критерий в качестве ограничений, на втором этапе выполнялись необхо-

димые операции по поиску и выбору рациональной СЗС и на основании полученных расчетов производилось обоснование технических требований.

Второй этап включал в себя:

расчет оценочных показателей К.1 и К2 конструктивного исполнения рассматриваемых структур СЭС;

выбор наиболее рационального варианта структуры СЭС по максимальному значению показателя Ксэа при соблюдении условия сКос < [окСЭс] •

На третьем этапе экспериментальным или аналитическим путем разрабатывалась математическая модель выбранной структуры СЭС, адекватно отражающая электромагнитные процессы, происходящие в системе.

По разработанной модели на четвертом этапе производилась оценка ЭМС источников с приемниками электроэнергии в выбранной структуре СЭС и синтез параметров ее элементов по показателю эффективности \Усэс-

Четвертый этап включал в себя:

расчет оценочных показателей и совместимости на основе разработанной модели;

оценку ЭМС источников с приемниками электроэнергии в исследуемой

СЭС;

изменение параметров элементов СЭС при неудовлетворении критерию ЭМС;

повторный расчет оценочных показателей \УСэс и оценку совместимости в скорректированной СЭС.

На пятом этапе при удовлетворении СЭС со скорректированными параметрами производилась повторная проверка системы по критерию конструктивного исполнения. В случае невыполнения этого условия производился повтор операций синтеза начиная с четвертого этапа, а при его выполнении приступали к шестому этапу, на котором производилась разработка рекомендаций к технических предложений по реализации выбранной структуры СЭС.

Основное содержание математической модели СЭС заключалось в следующем.

Исследуемая система представлялась в виде ряда подсистем и структурных элементов с характеристиками у! (г), ..., у,- (1) и параметрами ..., в точках, сопряжения которых имеются входные воздействия хь ..., х5, т.е. описали его следующей системой уравнений:

У1 (4) = <Р1 (хь ..., х5; Ь!.....^

уг(1) = фг(хь •■•.х5;Ьь ...,Ьг;0

Математическая модель регулируемого т-фазного генератора смешанного возбуждения состоит из уравнений электрического равновесия и уравнений, описывающих электромагнитные связи между электрической и магнитными цепями генератора. В блочной векторной форме они имели вид:

и = [Я] I+

где и = [иА, ив, Ис, и2, иь и3,.и<1]' - блочный вектор напряжений;

[Я] = сПа£ [11л]1Дв][Кс1РУК-1 Р<! К<з - квазидиагональная матрица активных сопротивлений,

1= [и> 1в, 1с, 12, Ч, 1з,- блочный вектор токов,

Ч* = [Ч'Л, ЧЪ, 4*2, Ч'ь Ъ,- Ч'й]' - блочный вектор потокосцеплении;

г - оператор транспонирования,

р - оператор дифференцирования по времени,

<Ищ - диагональные матрицы.

Элементы матрицы и векторов, связанные с активными сопротивлениями, напряжениями, токами и потокосцеилениями отдельных фаз и СОВ, определялись из следующих соотношений:

[II] = [И/,..., Я"] и X = [X;1,..., X"], где Я = (А, В, С, 2) и X = (и, ц Ч1), а верхний индекс указывает на принадлежность рассматриваемого параметра X" к п-ой якорной группе ВГ,

IIь Из, - активные сопротивления ШОВ, ШРОВ и демпферного контура,

Хь Х3, Х[] - напряжения, токи, потокосцепления ШОВ, ШРОВ и демпферного контура.

Так как потокосцепление любой к-й обмотки является функцией токов и времени, т.е.:

^ = 0), 1 = 1 (О, е = е (т),

где 9 - угловое перемещение ротора генератора относительно статора, то в соответствии с правилами дифференцирования сложных функций нескольких переменных его полная производная по времени равна:

р¥к(1, в) = с№к(1, 6) рм/сЬ, + ... + с№к(ц 9) рц/аи + (1^0, 9) рВ/сЮ, где К = 1 ...Б - число электрических контуров,

Ч^ (г, 9) /ь - нелинейная статическая индуктивность (Ь*ы), ёЧ/к (I, 9) /(III - дифференциальная индуктивность (Ьк(), с№к (г, 9) /с!0 - коэффициент ЭДС вращения к-ой обмотки генератора (Гк),т. е.:

1Д, =Ч>к(1,9)/1Ь

Ьи =аЧ'к(1,9)/11,

гк = (г, 9)/ ае.

При к = 1 имеем собственную индуктивность контура, а при к Ф 1 - взаимную.

В основу построения математической модели силовой схемы ВП положен метод постоянной структуры. Применительно к ВП, состоящему из п -трехфазных электрически несвязанных между собой на стороне переменного тока двухполупериодных мостовых выпрямителей, уравнения постоянной структуры относительно линейных напряжений генератора имели вид:

и1« = К^ХЛ+^ц-иуи,

где и^и. + иг, I (А, В, С),] (А, В, С), \ф], г= 1,..., п (Хц ц = -1, О, 1; и'а - напряжение на выходе каждого из п-выпрямительных мостов; К'ц - коэффициенты, являющиеся функциями действительных направлений фазных токов, принимают значения равные -1,0,1.

ац - коэффициенты, определяющие топологию схемы ВП в текущий момент времени.

Определения коэффициентов уравнения ВП проводилось по временной диаграмме работы ВП.

В качестве фильтра переменной составляющей выпрямленного напряжения используется Г - образный фильтр, образованный электролитическим конденсатором и СОВ. Уравнение электрического равновесия на зажимах конденсатора имеет вид:

ик=1/С8|1ск + 1к11к+1<кР'

/ о

где Ск - емкость конденсатора,

1К - ток конденсатора,

И.к, Ьк - паразитные параметры конденсатора (сопротивление потерь и индуктивность).

Напряжение на нагрузке при допущении, что нагрузка не имеет магнитной связи с обмотками машины, определялась из уравнения:

и, = е„(т) + гн 11„ + Ьнр1н, где ен - ЭДС нагрузки, может изменяться по любому закону во времени;

11н, Ь„ - активное сопротивление и индуктивность нагрузки.

Таким образом, приведенные выше математические описания систем и структурных элементов определяют основное содержание математической модели СЭС.

В общем случае полная система нелинейных дифференциальных уравнений СЭС с ВГ имеет вид:

иг = [Я]г + [Ь]р1 + Грб, и^Ку^ + Есцуип!, ир=ку(и„+и3),

ин = ен + к„ 1Л + Г = (1у/(19,

где

[е]=

<11

п>

¿4.

- матрица дифференциалов токов контуров. Для решения полной системы дифференциальных уравнений исключались из нее уравнения, обращающиеся в текущий момент времени в тождества и дополнялись необходимыми и достаточными уравнениями связи.

Уравнения связи составляли в соответствии с законом Кирхгофа для всех узлов и контуров СЭС с ВГ. Они имеют следующий вид:

[В]1Ф = 0,

= М + V1+ 1ь

Кю = I 2, Щ = Ц-Ц,

где [Б] - матрица инцинденций /-й якорной группы,

I® = [1'а, ^'в, 1!с] - вектор фазных токов,

К = [К1 а, К в, К с] — вектор коэффициентов направлений фазных токов.

При известных сочетаниях истинных направлений токов в фазах уравнения, связывающие входные и выходные параметры выпрямителя, целиком определяются алгоритмом работы вентилей.

Окончательная система нелинейных дифференциальных уравнений СЭС без избыточности в нормальной форме Коши имеет вид:

[А]рг = С = рг = С [А]"1 , где [А] - матрица коэффициентов, являющихся линейными комбинациями соответствующих дифференциальных индуктивностей,

рг - вектор производных по времени от токов,

С - вектор коэффициентов, являющихся линейными комбинациями соответствующих напряжений и ЭДС вращения.

В третьей главе приведены экспериментально-расчетные исследования электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии, проведенные с целью получения полного набора исходных данных по расчету оценочных показателей системы и проверки на адекватность математической модели СЭС с ВГ.

Предложен метод определения параметров бортовой сети гусеничных машин заключавшийся в косвенном определении характера нагрузки. Так как, при работе источника электроэнергии, помимо постоянного напряжения, имеется переменная составляющая, то согласно закону Ома для цепей переменного тока нагрузку (приемники электроэнергии) были представлены в виде двухполюсника, к которому подключен источник переменного тока. Предложенный метод может быть использован для определения параметров бортовой сети вездеходов.

Анализ результатов экспериментальных исследований пределов изменения значений установившегося напряжения бортовой сети показывает, что величина установившегося значения напряжения бортовой сети гусеничного вездехода с генератором Г-3 колеблется в широких пределах от 22,1 В до 27,7 В. Причиной такого изменения значений установившегося напряжения является характер соотношения диапазона частот вращения вала двигателя и частоты вращения ротора генератора, которое определяется сравнением п,-шзх/Пго и Пдаах /пдш;„ кратностей диапазонов частот вращения генератора и двигателя.

У СЭС с генератором Г-3 эти соотношения таковы, что приемники электроэнергии, устанавливаемые в вездеходах, функционируют нормально при установившемся значении напряжения 26,5..,28,5В, совместимость по напряжению бортовой сети определялась вероятностью работы двигателя в том или ином диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Максимальные значения параметров ИКП положительной полярности получены при отключении группы приемников электроэнергии с суммарным током потребления (нагрузки) 1н равным 100А. Максимальные значения ИКП отрицательной полярности получены при отключении источников электроэнергии от группы потребителей, суммарный ток потребления которых со-

ставляет 50 А, в момент срабатывания исполнительных механизмов системы пожаротушения, приводов насосов, вентилятора и т.п. Характер этих импульсов с точки зрения теории процессов, протекающих в СЭС, объясняет индуктивный характер нагрузки, т.е. Ьн > Сн, амплитуда и длительность которых увеличивается с возрастанием Ян и Ьн в послекоммутационных цепях.

Максимальные значения параметров ИКП, возникающих в СЭС с генератором Г-3, не превышают требований по амплитуде и длительности и совместность по ИКП перенапряжений в исследуемых режимах коммутации обеспечивалась при возникновении импульсов.

Исследования в СЭС с генератором Г-3 амплитуда пульсаций напряжения превышала требования в 2-2,5 раза и достигала величин 500-836 мВ в диапазоне частот 1000—10000Гц. Повышенная амплитуда пульсаций напряжения свыше 300 мВ в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц в СЭС с ВГ может привести к нарушению функционирования приемников электроэнергии, что говорит о возможной несовместимости в таких СЭС по параметрам пульсаций напряжений

Для проверки адекватности математической модели системы электроснабжения с ВГ проводилось сравнение расчетных и полученных экспериментальных данных по характеристикам системы электроснабжения с ВГ. На рис. 2 приведены расчетные и экспериментальные зависимости установившегося значения напряжения ин, амплитуды импульсов коммутационных перенапряжений ии и относительных значений амплитуды пульсаций напряжения Ди„ (при и„= 28В) от величины тока нагрузки 1к при частоте вращения ротора генератора пг = бООмин"1. Экспериментальные зависимости получены при работе вентильного генератора на активную нагрузку. Расчетные зависимости получены при использовании явных методов численного интегрирования с базовым шагом интегрирования Ь= 5. Их сопоставительный анализ с данными эксперимента показал, что относительная погрешность результатов, получаемых с помощью модели, не превышает 5% для характеристик и 1015% для пульсаций. Такая точность достаточна для решения поставленных в диссертации задач и адекватность разработанной модели СЭС с ВГ реальным процессам можно считать доказанной.

О 150 300 450 600 700 j

Рис. 2. Расчетные и экспериментальные значения параметров напряжения СЭС с ВГ Г-3.

При исследовании ЭМС источников с приемниками электроэнергии в СЗС гусеничных машин производилась оценка влияния параметров напряжения бортовой сети на выходные характеристики приемников электроэнергии. Так как не все приемники электроэнергии являются чувствительными к изменению параметров качества электроэнергии, то для исследования ЭМС был сделан обоснованный выбор номенклатуры приемников электроэнергии, восприимчивых к качеству электроэнергии (система контроля и управления двигателем и трансмиссией; автоматизированная система пожаротушения; средства связи; навигационная аппаратура; аккумуляторные батареи; электродвигатели; система освещения и дорожной сигнализации).

В результате экспериментальных исследований СЭС с генератором Г-3 применительно к реальным условиям эксплуатации выявлены недостатки в вопросах электромагнитной совместимости по качеству электроэнергии. Установлено, что в СЭС гусеничного вездехода из-за несоответствия диапазонов частот вращения роторов генератора и вала двигателя, установившееся значение напряжения бортовой сети в различных условиях работы двигателя изменяется в диапазоне 22-28,5В. Снижение напряжения бортовой сети ниже 22,5В приводит к нарушению нормального функционирования большой группы приемников электроэнергии, что говорит о необеспеченности ЭМС в СЭС по установившемуся значению напряжения.

Параметры ИКП в СЭС с генератором Г-3 не превышали установленных требований и потому не оказывали влияния на работоспособность приемников электроэнергии. Однако с ростом величины коммутируемого тока (с

увеличением количества приемников электроэнергии) свыше 100А амплитуда и длительность ИКП превышала требования и приводила к выходу из строя приемников электроэнергии, имеющих в своем составе статические преобразователи на полупроводниковых элементах. Поэтому для СЭС перспективных образцов в целях обеспечения ЭМС по ИКП необходима корректировка ее параметров в части амплитуды и длительности импульсов до требуемых значений.

Экспериментальные исследования ЭМС в СЭС по параметрам пульсаций напряжения показали, что амплитуда пульсаций напряжения превышает допустимые значения в 1,8-2,7 раза и достигает 530-840мВ в диапазоне частот 300Гц - 20кГц. Пульсации напряжения свыше ЗООмВ оказывали отрицательное воздействие в основном на средства связи, создавая помехи переговорам и радиоприему. В тоже время пульсации напряжения оказывали положительное воздействие на АБ, вследствие чего эффективность заряда АБ в СЭС с Г-3 на 6...9% выше, чем в СЭС с коллекторными генераторами.

Был сделан вывод, что рассматриваемая система электроснабжения по отдельным параметрам качества электроэнергии не в полной мере обеспечивает ЭМС по цепям литания и требует дальнейшего совершенствования ее структуры и параметров элементов.

В результате выбора рациональной СЭС, обеспечивающей ЭМС источников с приемниками электроэнергии была предложена структурная схема синтезированной СЭС (рис. 3.) в которой предложено иметь разделенную нагрузку, в которой Н] приемники, требующие высокого качества электроэнергии и Нп приемники, требующие различного невысокого качества электроэнергии, подсоединены в одной точке с АБ и фильтр Ф1 являющийся разделителем каналов.

Рис. 3. Структурная схема синтезированной многоканальной СЭС гусеничного вездехода

Таким образом, системы электроснабжения целесообразно разделять на несколько каналов, выделив в отдельный канал с помощью фильтра группу приемников, требующих высокое качество электроэнергии, что позволяет выполнить фильтры (пассивные, активные, преобразователи и стабилизаторы) и защитную аппаратуру, рассчитанную только на мощность приемников, критичных к качеству электроэнергии. Значение этой величины не превышает 25% от полной мощности СЭС. При этом объемно-массовые показатели,

применяемых в таких СЭС фильтров и защитной аппаратуры, не ухудшают обобщенного показателя конструктивного исполнения всей системы.

Из результатов проведенного синтеза СЭС гусеничного вездехода показано, что рациональной является многоканальная система электроснабжения с применением ВГ Г-3. Значения оценочных показателей совместимости синтезированной СЭС приведены в табл. из которой следует вывод о повышении эффективности системы с вентильным генератором Г-3 по пульсациям напряжения на 15%, по импульсам коммутационных перенапряжений на 11 %, а в целом на 22%.

Таблица

Оценочные показатели ЭМС синтезированной СЭС

Варианты СЭС Значения показателей ЭМС

\УН \УСЭС

Одноканальная с ВГ 1,0 0,77 0,85 0,66

Многоканальная с ВГ 1,0 0,92 0,96 0.88

В четвертой главе предложены организационно-методические мероприятия по обеспечению ЭМС в системах электроснабжения гусеничного вездехода и технические предложения по их совершенствованию.

Сформулированы основные требования к СЭС гусеничных вездеходов по обеспечению ЭМС источников и приемников электроэнергии, заключающиеся в том. что параметры пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений в бортовых электросетях гусеничных вездеходов на настоящий период должны быть:

значения амплитуды пульсаций напряжения не должны превышать 300 мВ (ип<300 мВ) в диапазоне частот 20-20000 Гц для каждой декады, т.е. в поддиапазонах 20-200 Гц, 200-2000 Гц и 2000-20000 Гц;

величина энергии импульса Е„ не должна превышать 130 Дж.

Для выполнения требований по параметрам пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений необходимо ввести их в отраслевые стандарты в виде норм, контролируемых по определенным методам.

Сущность этих положений состоит в следующем:

1. При исследованиях (испытаниях) проводятся прямые измерения параметров пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений, возникающих в цепях электропитания систем и средств гусеничных вездеходов во время переходных процессов при коммутации устройств или источника питания (генератор, АБ и т.п.).

2. Параметрами пульсаций напряжения, которые подлежат измерению, являются:

амплитуда гармонических составляющих пульсаций напряжения ил для каждой декады в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц;

частотный спектр гармонических составляющих в каждой декаде измеряемого диапазона частот.

Исследование должно проводится при поочередном включении основных источников помех и при последовательном увеличении их числа:

работает один генератор (все приемники отключены);

при работе генератора включен только один приемник;

при работе генератора все приемники включены.

Для измерения параметров пульсаций напряжения в диапазоне частот 10 Гц - 10 кГц используется анализатор спектра типа СК4-56 или селективные вольтметры типа В 6-9.

3. Параметрами импульсов коммутационных перенапряжений, которые подлежат измерению являются: амплитуда и„, длительность импульса Т„ на уровне 0,9 иитах и величина коммутируемого тока 1ц.

Наблюдение, регистрация импульсов и измерение их параметров должны проводится с помощью запоминающего осциллографа типа С8-13.

Алгоритм коммутации устройств выбирается из условия создания максимальных значений параметров импульсов за счет коммутации мощных токов, протекающих через приемники электроэнергии и с учетом функциональной последовательности включения и выключения устройств в соответствие с инструкцией по эксплуатации гусеничного вездехода.

Внедрение нормируемых научно-обоснованных допустимых уровней помех потребует от разработчика необходимости их контроля на этапе создания средств гусеничного вездехода. Соблюдение норм будет гарантировать контроль за помехами в цепях питания средств, а разработчик образца гусеничного вездехода получит возможность контролировать нормируемые уровни помех, гарантирующие совместное функционирование средств и систем гусеничного вездехода с требуемым качеством.

Разработанное техническое предложение, является дальнейшим совершенствованием СЭС с ВГ и направленно на повышение качества вырабатываемой ею электроэнергии, создание нормальных режимов работы систем и средств, обеспечивающих ЭМС источников и приемников электроэнергии.

Система электроснабжения, содержит электромашинный вентильный генератор, включает в себя распределенный электрический фильтр, включенный в электрическую цепь между силовым выводом "Я" электромашинного генератора и промежуточным распределительным щитком корпуса (РЩПК), представляющий собой фильтр высокой частоты, в качестве индуктивности которого используется силовой провод бортовой сети, а емкостями являются конденсаторы, распределенные по длине силового провода с учетом последовательного подавления электромагнитных помех (пульсаций напряжения). К РЩПК подключены приемники электроэнергии, не требующие высокого качества электроэнергии, а также подключены АБ, обеспечивающие подавление электромагнитных помех в диапазоне частот от 10 МГц до 20 кГц, и Г-образньш фильтр низкой частоты, обеспечивающий подавление электрических помех в диапазоне 20 кГц - 20 Гц. Выход фильтра низкой частоты подключен ко входу основного распределительного щитка (РЩОК). К РЩОК подключены приемники электроэнергии, требующие высокого качества электроэнергии (приемники первой группы). Каждый из приемников электроэнергии первой группы на входных клеммах питающего напряжения

имеет встроенные емкостные фильтры (конденсаторы) для подавления взаимных электромагнитных помех, возникающих при совместной работе.

Сущность данного технического предложения поясняется функциональной электрической схемой, представленной на рис. 4.

Приводимый во вращение от основного двигателя электромашинный вентильный генератор (ВГ) вырабатывает электроэнергию постоянного тока, которая содержит в себе постоянную и переменную составляющие напряжения. Для повышения стабильности постоянной составляющей применяется регулятор напряжения (РН), который задает величину тока обмотки возбуждения генератора (ОВ) такой, что она достаточна для поддержания напряжения на выходе генератора (клемма "Я") в диапазоне 26,5-28,5В.

Лс/7>ее£и/пе*0 ¿7 1&Я1Г6/

Рис. 4. Структурная схема многоканальной СЭС гусеничного вездехода с улучшенной совместимостью

Для снижения амплитуды переменной составляющей напряжения (пульсаций напряжения) от работы ВГ использованы технические устройства, обеспечивающие последовательное их подавление в диапазоне частот, а от работы приемников электроэнергии технические устройства для подавления пульсаций напряжения в диапазоне частот от 300 до 15 МГц. Для этого как видно на рис. 4. к клемме "Я" ВГ подключен фильтр высокой частоты (ФВЧ), представляющий собой двухполосный электрический фильтр, обеспечивающий подавление пульсаций напряжения в двух диапазонах частот 300-150 МГц и 150-0,15 кГц. Подавление пульсаций напряжений в первом диапазоне осуществляется Г-образным фильтром, роль индуктивности у которого играет участок силового провода, а емкости - конденсатор С1 с параметрами: С1 - 1...2 мкФ напряжением до 100 В. Подавление помех во втором диапазоне также обеспечивается Г-образным фильтром, в качестве ин-

дуктивности у которого применяется силовой провод с повышенной собственной индуктивностью за счет его монтажа в виде одного-двух витков, а в качестве емкости - конденсатор С2 с параметрами: С2 = 20-50 мкФ напряжением до 100 В. Выход ФВЧ подключен к Р1ДПК, к которому подключены еще АБ и приемники электроэнергии второй группы. АБ в данном случае являются эффективным фильтром для подавления пульсаций напряжения от ВГ в диапазоне 0,15-0,02 МГц и от работы приемников электроэнергии второй группы в диапазоне частот 0,1-0,02 МГц. За счет АБ обеспечивается не только снижение амплитуды пульсаций напряжения от ВГ и приемников второй группы, но и уменьшение параметров импульсов коммутационных перенапряжений, возникающих при включении и отключении приемников электроэнергии, а также разделение каналов питания между приемниками первой и второй групп.

Между выходом РЩПК и входом РЩОК подключен фильтр низкой частоты (ФНЧ), который представляет собой Г-образный фильтр с индуктивностью, выполненной в виде дросселя, в качестве обмотки которого используется силовой провод, а в качестве сердечника - электротехническая сталь и емкостью конденсатора СЗ = 2000-3000 мкФ с напряжением не менее 100 В. Указанный ФНЧ обеспечивает подавление амплитуды пульсаций напряжения в диапазоне частот 20 кГц-20 Гц до уровня ниже 300 мВ. К выходу РЩОК подключены приемники электроэнергии, критичные к пульсациям напряжения. Для исключения взаимного влияния помех от работы приемников электроэнергии первой и второй групп, они имеют входные индивидуальные фильтры на базе конденсаторов С4-С9 емкостью от 10 мкФ до 20 мкФ. Конкретная величина емкости конденсаторов определяется параметрами пульсаций напряжения создаваемых каждым отдельно взятым приемником электроэнергии в диапазоне частот 300-10 МГц.

С целью поддержания рациональных параметров АБ: степени заряжен-ности и температуры электролита, между фазами генератора и силовым выводом АБ может быть установлена система разогрева батарей (СРВ), которая обеспечивает подзаряд по переменным токам генератора и разогрев электролита.

Применение такой многоканальной СЭС в гусеничном вездеходе позволит обеспечить повышенную надежность полупроводниковых микроэлементов приборов и устройств систем автоматического управления, защиты подвижности, а также нормальное функционирование этих систем при совместной работе за счет уменьшения значений параметров ИКП и пульсаций напряжения и исключения резонансных явлений в цепях электропитания приемников электроэнергии. Техническая оценка предложенного технического решения показала, что технический уровень многоканальной СЭС с ВГ на 15-22 % выше одноканальных систем электроснабжения.

Определен состав комплектующих изделий, требующих дальнейшего развития, для создания перспективных СЭС с бесконтактной коммутацией: статические преобразователи; бесколлекторные двигатели постоянного тока; бесконтактные автоматы защиты и коммутации; ограничительные диоды.

Основные результаты и выводы.

1. Для оценки эффективности СЭС вездехода по обеспечению электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии в качестве частных показателей использованы вероятности событий С^н, \Уи), заключающиеся в том, что основные параметры напряжения бортовой сети (ин; Ип, {п; Еи) соответствуют требованиям приемников электроэнергии, а в качестве обобщенного показателя \УСэс - произведение частных. Эти показатели позволяют учитывать случайный характер изменения основных воздействующих факторов при различных режимах работы СЭС гусеничной машины.

2. При выборе рациональной СЭС, обеспечивающей электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии, использован метод частного синтеза, в соответствии с которым главным показателем по исследуемому вопросу является обобщенный показатель совместимости У/сэс, а основными показателями, используемыми в качестве ограничений, являются объемно-массовые показатели конструктивного исполнения системы. Выбор рационального варианта СЭС вездехода обеспечивается путем определения максимальных значений обобщенных показателей Ксэс и \Vc3c по разработанному алгоритму синтеза ее структуры и параметров.

3. Для структурного синтеза использован метод сокращенного (целенаправленного) перебора вариантов систем электроснабжения за счет предварительного отбора конкурентоспособных вариантов по условию удовлетворения объемно-массовым ограничениям Ксэс 0,9. Синтез рациональных конструктивных и режимных (эксплуатационных) параметров СЭС для выбранных вариантов ее структуры обеспечивается максимизацией обобщенного показателя совместимости\¥сэс-

4. В качестве основы для моделирования процессов совместного функционирования источников с приемниками электроэнергии в системах электроснабжения с вентильными генераторами использована разработанная в диссертации ее математическая модель. Математическая модель описывает электромагнитное состояние системы электроснабжения и представляет собой систему уравнений, решение которой устанавливает взаимосвязь между входными воздействиями: током нагрузки 1н, частотой вращения ротора генератора пг и параметрами напряжения в бортовой сети (ин. Ьтп, 11и) с учетом характеристик ее элементов (2Н).

5. Экспериментально-расчетные исследования электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии по обоснованию рациональной СЭС показали преимущество многоканальной СЭС с вентильным генератором Г-3. Полученная в результате синтеза структур и параметров ее элементов оценка, показала, что обобщенный показатель эффективности функционирования такой системы возрос по сравнению с одноканальной системой с 0,66 до 0,88 при сохранении значения обобщенного показателя конструктивного исполнения Ксэс = 0,91.

6. Проведенный на основе разработанной математической модели СЭС с вентильным генератором Г-3 синтез параметров бортовой сети позволил при электрических параметрах фильтра Ьф«1,5-1(РГн и Сф » 2 103 мкФ снизить амплитуду пульсаций напряжения (ип) с 840мВ до 250мВ в диапазоне частот 1000-10000Гц (что соответствует требованиям, не более ЗООмВ), амплитуду импульсов коммутационных перенапряжений (1Ги) уменьшить с 60В до 31В, увеличив длительность импульса с Юме до ЗОмс, за счет использования индуктивной составляющей входного сопротивления фильтра.

7. Экспериментальные исследования по определению восприимчивости приемников электроэнергии на воздействие пульсации напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений показали, что чувствительной к ним является только определенная группа приемников электроэнергии (средства на полупроводниковой микроэлементной базе), минимальная величина суммарного тока потребления которых составляет 20А. При таком токе нагрузки объемно-массовые показатели фильтра с требуемыми параметрами (Ьф, С®) не снижают показатель конструктивного исполнения СЭС с генератором Г-3. Поэтому для рационального использования фильтра в СЭС необходимо выделить отдельный канал по обеспечению питанием приемников электроэнергии, чувствительных к воздействию пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений.

8. В результате анализа экспериментально-расчетных исследований обоснованы практические рекомендации по совершенствованию СЭС гусеничных вездеходов, а именно необходимо:

расширить нормируемый диапазон частот пульсаций напряжения в области верхнего предела до 10 кГц и нижнего предела до 10 Гц с амплитудой не превышающей 300 мВ;

ввести требования на величину энергии положительного импульса, которая при определенном значении входного сопротивления нагрузки ^Вх) не должна превышать 130 Дж;

определить значения параметров электромагнитных помех, возникающих в бортовых сетях электропитания только при совместной работе источников и приемников электроэнергии;

Технические предложения основываются на применении в качестве базовой СЭС вездеходов трехканальной СЭС с улучшенной совместимостью, в которой разделение каналов по качеству электроэнергии осуществляется с помощью последовательно-распределенных фильтров, а также выделения переменного напряжения для питания приемников электроэнергии переменного тока.

9. Техническая оценка практических рекомендаций показала, что:

эффективность предлагаемой трехканальной СЭС с вентильным генератором на 15-22% выше одноканальной, применяемой в настоящее время на вездеходах;

разделение СЭС на каналы является единственно возможным принципом построения ее структуры при применении на перспективных гусеничных

машинах конструктивных решений и средств, которые требуют для питания различные по уровню напряжения и роду тока.

Основное содержание диссертации опубликовано « работах:

1. Семенов A.B., Сидоров Б.Н. Перспективы совершенствования систем электроснабжения гусеничных машин И Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). - Москва, 2007. - С. ] 04 - 108.

2. . Семенов А.В, Ягубов В.Ф. Совместимость бортовых источников и потребителей электроэнергии // Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). - Москва, 2007. — СЛ16— 121.

3. Семенов A.B., Ютт В.Е. Технические предложения по совершенствованию систем электроснабжения гусеничных машин // Электроника и электрооборудование транспорта Л»б. - Москва, 2008. - С. 16 - 19.

4. Семенов A.B. Базовая структура системы электроснабжения с вентильным генератором // Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). - Москва, 2008. - С.45 - 53.

5. Семенов A.B., Ютт В.Е. Оценка электромагнитной совместимости в системах электроснабжения гусеничных машин // Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). - Москва, 2008. - С.53 - 58.

Подписано в печать £ /2 2008 г. Формат 60x84/16 Усл.печ.л. £ Тираж /ОО экз. Заказ № 32 "Техполиграфцентр" Россия,125319,г.Москва,ул. Усиевича, д. 8а. Тел./факс: 8(499)152-17-71 Т. 8-916-191-08-51

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И 11 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭМС ИСТОЧНИКОВ И ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВЕЗДЕХОДА

1.1. Анализ путей совершенствования систем электроснабжения 11 вездехода

1.2. Требования к СЭС и приемникам электроэнергии 16 гусеничных вездеходов

1.3. Анализ методов исследования СЭС вездеходов

1.4. Анализ исследований электромагнитной совместимости 26 источников с приемниками электроэнергии

Выводы

Глава 2. МЕТОДИКА ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 3 6 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ

2.1. Факторы, определяющие электромагнитную совместимость 37 источников с приемниками электроэнергии СЭС

2.2. Показатели и критерии оценки СЭС по обеспечению ЭМС 45 источников с приемниками электроэнергии

2.3. Алгоритм синтеза рациональной СЭС, обеспечивающей 53 ЭМС источников с приемниками электроэнергии

2.4. Моделирование процессов функционирования СЭС с 59 вентильными генераторами

2.4.1. Выбор базовой структуры СЭС для моделирования

2.4.2. Постановка задачи моделирования

2.4.3. Формирование модели

2.4.4. Разработка расчетной модели 76 Выводы

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 82 ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ИСТОЧНИКОВ С ПРИЕМНИКАМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

3.1. Методика экспериментального исследования

3.1.1. Объект и порядок проведения исследования

3.1.2. Измеряемые параметры и регистрирующая аппаратура

3.1.3. Метод определения параметров реального сопротивления 86 бортовой сети

3.2. Результаты исследования параметров напряжения в СЭС

3.2.1. Результаты исследования пределов изменения значений 91 установившегося напряжения бортовой сети

3.2.2. Результаты исследования параметров импульсов 92 коммутационных перенапряжений в.СЭС

3.2.3. Результаты исследования параметров пульсаций 94 напряжения в СЭС

3.2.4. Результаты оценки адекватности математической модели 96 системы электроснабжения с ВГ

3.3. Результаты экспериментального исследования ЭМС источников с приемниками электроэнергии в СЭС

3.3.1. Выбор номенклатуры средств для исследования ЭМС

3.3.2. Результаты исследования восприимчивости средств на 99 воздействие параметров напряжения бортовой сети

3.3.3. Результаты исследования параметров бортовой сети 102 гусеничного вездехода

3.4. Выбор рациональной СЭС, обеспечивающей ЭМС 105 источников с приемниками электроэнергии

3.4.1. Результаты оценки ЭМС в исходных вариантах СЭС

3.4.2. Результаты структурного синтеза СЭС гусеничного 106 вездехода

3.4.3. Результаты синтеза параметров СЭС гусеничного 108 вездехода

Выводы

Глава 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОГО ВЕЗДЕХОДА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС

4.1. Организационно-методические мероприятия по 114 обеспечению ЭМС в системах электроснабжения гусеничного вездехода

4.1.1. Требования к СЭС гусеничного вездехода по обеспечению 114 ЭМС

4.1.2. Предложения по нормам и методам контроля параметров 117 СЭС гусеничных вездеходов при оценке ЭМС

4.1.3. Предложения по проверке восприимчивости систем и 122 средств гусеничного вездехода к воздействию непреднамеренных помех

4.2. Технические предложения по совершенствованию СЭС 127 гусеничного вездехода

4.2.1. Многоканальная система электроснабжения гусеничного 127 вездехода с улучшенной совместимостью

4.2.2. Анализ применения технических средств для обеспечения 132 электромагнитной совместимости в СЭС гусеничного вездехода

Выводы

Необходимость улучшения качественных параметров самоходной техники предъявляет высокие требования к свойствам образцов, как подвергающихся модернизации, так и вновь разрабатываемым. Свойства объектов в значительной степени зависят и определяются уровнем автоматизации процессов функционирования образца в различных условиях эксплуатации /1 -4/. Это наиболее полно проявляется в системах управления, электроснабжения и других системах. Так как большинство задач, связанных с повышением уровня автоматизации, проще и надежнее решается путем использования электрической энергии различного вида и мощности, то развитие и совершенствование самоходных машин сопровождается расширением номенклатуры и увеличением мощности электрических приборов, агрегатов, устройств и систем /5-10/.

Нормальное функционирование электрооборудования, электронной аппаратуры и средств автоматики обеспечивается системой электроснабжения (СЭС) машин; вырабатывающей для них электрическую энергию, требуемой мощности и качества во всех видах использования объектов. Отказ или снижение работоспособности СЭС ведет к ухудшению или прекращению работы систем, потребляющих электроэнергию, а, следовательно, и к ухудшению показателей эксплуатационно-технических свойств самоходных машин. Исследования, проведенные в работах /1 1-13/, показывают, что отклонение параметров качества электроэнергии от требуемых значений приводит к ухудшению технических характеристик объектов, например: при уменьшении напряжения бортовой сети на 18,5% (22В) ухудшается работа автоматической системы управления (АСУ) и навигационной аппаратуры (НА); при амплитуде пульсаций напряжения свыше ЗООмВ увеличивается в 6 раз уровень шумов радиостанции.

Рост количества приемников электроэнергии сопровождается необходимостью использования как мощных источников электроэнергии с высокими удельно-мощностными показателями, так и электронной аппаратуры и средств автоматики на полупроводниковой микроэлементной базе с малым уровнем потребляемой мощности электрической энергии. Исследованиями /14-17/, установлено, что наиболее перспективными для использования в СЭС объектов самоходных машин являются вентильные генераторы (ВГ), обладающие рядом преимуществ по сравнению с существующими коллекторными генераторами: большей надежностью и сроком службы, высокими энергетическими и объемно-массовыми показателями, широким диапазоном частот вращения ротора. Кроме того, конструкция ВГ позволяет применять жидкостную систему охлаждения, необходимость которой диктуется жесткими требованиями к объемно-массовым показателям агрегатов и систем, располагаемым в корпусном пространстве.

Вместе с тем, создание СЭС с ВГ представляет собой сложную научно-техническую задачу. Основная трудность при ее решении состоит в том, что ВГ, обеспечивающие высокую стабильность напряжения бортовой сети в широком диапазоне частот вращения вала двигателя шасси, имеют худшие в сравнении с серийными коллекторными генераторами параметры качества электроэнергии по пульсациям напряжения и импульсам коммутационных перенапряжений /18-20/. В тоже время, особенностью СЭС перспективных самоходных машин с ВГ является, как наличие мощных приемников электроэнергии, соизмеримых по мощности с источником, так и наличие приемников электроэнергии на полупроводниковой микроэлементной базе, уровень полезного сигнала которых соизмерим с уровнем пульсаций напряжения, возникающих от работы генератора. Следствием этого является существенное влияние параметров-пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений, возникающих при совместной работе источников и приемников электроэнергии, на выходные характеристики средств самоходных машин на микроэлементной базе, ухудшающее их функционирование, а тем самым и эксплуатационно-технические свойства образца /21-24/.

Внедрение в СЭС вездеходов вентильных генераторов привело к перерастанию проблемы улучшения качества электроэнергии в проблему обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) источников и приемников электроэнергии /25-27/. В соответствии с общепринятой и установленной стандартами терминологии применительно к СЭС под ЭМС понимается способность источников и приемников электроэнергии работать совместно так, чтобы непреднамеренные, но всегда возникающие при такой работе изменения значений параметров качества электроэнергии не приводили к недопустимому снижению показателей эффективности функционирования /28-43/. Согласно /39/ ЭМС в СЭС является синонимом электрической совместимости.

При разработке указанной задачи особую важность приобретают два взаимосвязанных направления: первое — обоснование требований к СЭС самоходных машин, выполнение которых обеспечит ЭМС источников с приемниками электроэнергии; второе — обеспечение выполнения этих требований при проектировании, производстве и эксплуатации нового поколения систем управления и средств самоходных машин.

Увеличение количества средств, усложнение их функций, создание и внедрение на вездеходах радиоэлектронных и электротехнических средств нового назначения с различными уровнем потребляемой мощности и родом питающего напряжения, рост пространственной плотности их размещения — накладывает определенные требования как на принцип построения СЭС, так и на параметры качества вырабатываемой ею электрической энергии, которые должны обеспечивать нормальное функционирование приемников электроэнергии при совместной работе с источниками. Для СЭС эти требования сводятся в основном к требованиям по составу источников электрической энергии, порядку ее передачи и распределения между потребителями, а также к требованиям по параметрам питающего напряжения: значениям напряжения в установившихся режимах, параметрам пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений /44-50/.

На вездеходах, как на подвижных объектах, задача обеспечения ЭМС источников с приемниками электроэнергии является сложной и трудноразрешимой, так как имеют место случайные изменения оборотов двигателя шасси и тока нагрузки генератора (количества включенные приемников электроэнергии), а также жесткие ограничения по объемно-массовым показателям оборудования. Кроме того, устанавливаемые на объектах средства являются для источников электроэнергии нагрузкой различной по своему характеру (активно-индуктивной, емкостной и т.п.) и режимам потребления (постоянный, импульсный и т.п.) /24-26, 51 -53/. В связи с этим важно знать пути подхода к совместному решению задач по обоснованию и обеспечению требований к СЭС с учетом совместной работы, как источников, так и приемников электроэнергии.

Процесс взаимодействия источников и приемпиков электроэнергии, который определяет параметры питающего напряжения, имеет сложный и нелинейный характер и зависит не только от характеристик и режимов работы источников электроэнергии, но и от характера и режимов работы нагрузки (приемников электроэнергии). Это создает определенные трудности его математического описания и разработки методов исследования. Для уменьшения влияния параметров качества электроэнергии на нормальное функционирование приемпиков электроэнергии, формирующих эксплуатационнотехнические свойства самоходных машин, необходимо еще на стадии проектирования оценивать совместимость и формировать требования по ее обеспечению на стадии производства /24-26, 29-33, 42-45, 54/.

Используемые в настоящее время подходы /17, 21, 55, 56/ к проектированию источников и приемников электроэнергии самоходных машин не предписывают обязательных расчетов таких характеристик питающего напряжения, как параметры пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений (непреднамеренных помех), которые возникают в цепях питания при их совместной работе. Существующие же методики, предназначенные для исследования самоходных машин отдельных систем и СЭС в целом, не предусматривают проведение исследований по оценке влияния изменения значений параметров питающей напряжения на функционирование приемников электроэнергии и анализу ЭМС, а тем более не рассматривают рекомендации по предполагаемым путям ее достижения.

С учетом изложенного, обоснование путей совершенствования СЭС самоходных машин,- направленных на обеспечение ЭМС источников с приемниками электроэнергии, является актуальной научно-технической задачей, решению которой и посвящена настоящая работа.

Общая методология исследований по решению поставленной задачи опиралась на принципы системного анализа. В работе использованы современные методы проведения научных исследований и обработки экспериментальных данных, основанные на теории вероятностей, математической статистике, моделировании, численных методах решения дифференциальных уравнений, теории нелинейных систем электроснабжения /57-87/.

Новыми наиболее существенными научными результатами исследований являются: показатели и оценка эффективности СЭС гусеничного вездехода по обеспечению ЭМС источников с приемниками электроэнергии и порядок их расчета; методический подход к выбору рациональной СЭС гусеничного вездехода на основе синтеза ее структуры и параметров; математическая модель СЭС гусеничного вездехода, устанавливающая взаимосвязь ее параметров с ЭМС источников и приемников электроэнергии; рекомендации по разработке, использованию и совершенствованию СЭС гусеничного вездехода.

Научная новизна работы заключается в том, что: обоснованы показатели эффективности СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающие оценку ЭМС источников с приемниками электроэнергии; разработана методика, базирующаяся на математической модели процесса совместного функционирования источников с приемниками электрической энергии и позволяющая на стадии проектирования производить анализ и оценку ЭМС, а также обоснованный выбор рациональной структуры и параметров СЭС гусеничного вездехода; установлена взаимосвязь ЭМС источников и приемников электроэнергии в гусеничном вездеходе со значениями параметров СЭС с учетом случайного характера основных воздействующих факторов, таких как частота вращения вала двигателя и периодичность работы приемников электроэнергии.

Практическая ценность диссертации заключается: в обосновании рациональной структуры и значений параметров СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающих электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии; в разработке практических рекомендаций, включающих в себя уточнение требований к параметрам напряжения бортовой сети перспективных гусеничных машин и методам их контроля, а также технические предложения по совершенствованию СЭС гусеничного вездехода.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Показатели эффективности СЭС, позволяющие оценивать ЭМС источников с приемниками электроэнергии в гусеничном вездеходе.

2 . Методика выбора рациональной СЭС, обеспечивающей электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии в гусеничном вездеходе.

3 . Результаты экспериментально-расчетного исследования по обоснованию структуры и параметров СЭС гусеничного вездехода, обеспечивающих ЭМС источников с приемниками электроэнергии.

4 . Практические рекомендации по совершенствованию СЭС и ее элементов, улучшающие эксплуатационные и энергетические показатели при модернизации и разработке перспективных гусеничных машин.

Диссертационная работа выполнена на 152 листах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав и заключения, а также включает список использованных источников (99 наименований), содержание, 26 рисунков и 7 таблиц.

Выводы

1. Требования к значениям основных параметров напряжения бортовой сети (качества электроэнергии) систем электроснабжения гусеничного вездехода с вентильными генераторами по обеспечению электромагнитной совместимости источников и приемников электроэнергии согласуются с требованиями существующих стандартов для имеющейся на серийных образцах гусеничного вездехода микроэлементной радиоэлектронной базы, однако их необходимо дополнить по некоторым параметрам следующим образом: расширить нормируемый диапазон частот пульсаций напряжения в области верхнего предела до 10 кГц и нижнего предела до 10 Гц с амплитудой не превышающей 300 мВ; по импульсам коммутационных перенапряжений ввести требования -на величину энергии положительного импульса, которая при определенном значении входного сопротивления нагрузки ^Вх) не должна превышать 130 Дж.

Для перспективной элементной базы требования к параметрам качества электроэнергии, обеспечивающих электромагнитную совместимость источников и приемников электроэнергии, должны уточняться на стадии разработки приборов и устройств, систем и средств гусеничного вездехода на основе доработки существующих или вновь разрабатываемых отраслевых стандартов по оценке электромагнитной совместимости.

2. При оценке электромагнитной совместимости в СЭС гусеничного вездехода необходимо: определять значения параметров электромагнитных помех, возникающих в бортовых сетях электропитания при совместной работе источников и приемников электроэнергии; проверять устанавливаемые на гусеничный вездеход системы и средства на восприимчивость к воздействию непреднамеренных электромагнитных помех, возникающих в цепях электропитания, путем оценки выходных характеристик, определяющих их функциональную работоспособность. Воздействие непреднамеренных электромагнитных помех на системы и средства необходимо производить как с помощью имитаторов до установки их в объект, так и в реальных условиях эксплуатации гусеничного вездехода.

Применение указанных мероприятий позволит еще на стадии проектирования и разработки электрооборудования гусеничного вездехода учесть отрицательное влияние пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений на электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии.

З.Для повышения надежности и улучшения условий нормального функционирования систем и средств в гусеничном вездеходе с ВГ целесообразно применение трехканальной СЭС с улучшенной совместимостью. Разделение каналов в такой СЭС по качеству электроэнергии осуществляется с помощью последовательно-распределенных фильтров, а также выделения переменного напряжения для питания приемников электроэнергии переменного тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение эффективности гусеничных вездеходов может быть достигнуто за счет расширения функциональных возможностей, применением новых конструктивных решений (системы автоматического управления, электрических трансмиссий и др.), что выдвигает повышенные требования к сэс.

В результате проведенных в настоящей диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации по совершенствованию СЭС гусеничных вездеходов, направленные на обеспечение электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии и сделаны следующие выводы и предложения:

1. Для оценки эффективности СЭС вездехода по обеспечению электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии в качестве частных показателей целесообразно использовать вероятности событий ^н, ^^п, "^и), заключающиеся в том, что основные параметры напряжения бортовой сети (ин; Цп, Еи) соответствуют требованиям приемников электроэнергии, а в качестве обобщенного показателя \Усэс — произведение частных. Эти показатели позволяют учитывать случайный характер изменения основных воздействующих факторов при различных режимах работы СЭС.

2. При выборе рациональной СЭС, обеспечивающей электромагнитную совместимость источников с приемниками электроэнергии, целесообразно использовать метод частного синтеза, в соответствии с которым главным показателем по исследуемому вопросу является обобщенный показатель совместимости \\^сэс> а основными показателями, используемыми в качестве ограничений, являются объемно-массовые показатели конструктивного исполнения системы электроснабжения К1 = КУ/[КУ], К2 = Кс/[Кс] и КСэс = 0,5(К! + К2). Выбор рационального варианта СЭС вездехода обеспечивается путем определения максимальных значений обобщенных показателей КСэс и \УСэс по разработанному алгоритму синтеза ее структуры и параметров.

3. Для структурного синтеза целесообразно использовать метод сокращенного (целенаправленного) перебора вариантов систем электроснабжения за счет предварительного отбора конкурентоспособных вариантов по условию удовлетворения объемно-массовым ограничениям Ксэс > 0,9. Синтез рациональных конструктивных и режимных (эксплуатационных) параметров СЭС для выбранных вариантов ее структуры обеспечивается максимизацией обобщенного показателя совместимости \¥Сэс путем его расчета на основе моделирования процессов совместного функционирования источников с приемниками электроэнергии в исследуемых системах.

5. В качестве основы для моделирования процессов совместного функционирования источников с приемниками электроэнергии в системах электроснабжения с вентильными генераторами может быть использована разработанная в диссертации ее математическая модель. Математическая модель описывает электромагнитное состояние системы электроснабжения и представляет собой систему уравнений, решение которой устанавливает взаимосвязь между входными воздействиями: током нагрузки 1н, частотой вращения ротора генератора пг и параметрами напряжения в бортовой сети (Ин, иц, ии) с учетом характеристик ее элементов (гн).

6. Экспериментально-расчетные исследования электромагнитной совместимости источников с приемниками электроэнергии по обоснованию рациональной СЭС показали преимущество многоканальной СЭС с вентильным генератором Г-3. Полученная в результате синтеза структур и параметров ее элементов оценка, показала, что обобщенный показатель эффективности функционирования такой системы возрос по сравнению с одноканальной системой с 0,66 до 0,88 при сохранении значения обобщенного показателя конструктивного исполнения Ксэс = 0,91. Выбранная многоканальная структура СЭС с вентильным генератором Г-3 является рациональной и приемлемой для использования в гусеничных вездеходах.

7. Проведенный на основе разработанной математической модели СЭС с вентильным генератором Г-3 синтез параметров бортовой сети (в нашем случае параметров фильтра) позволил при электрических параметрах фильтра Ъф«1,5-10"4Гн и Сф ~ 2 103 мкФ снизить амплитуду пульсаций напряжения (ип) с 840мВ до 250мВ в диапазонечастот 1000-10000Гц (что соответствует требованиям, не более ЗООмВ), амплитуду импульсов коммутационных перенапряжений (ии) уменьшить с 60В до 31В, увеличив длительность импульса с Юме до ЗОмс, за счет использования индуктивной составляющей входного сопротивления фильтра. Однако, использование компактной конструкции такого фильтра, рассчитанного на величину суммарного тока нагрузки всех приемников электроэнергии гусеничного вездехода 1Н > 600А, не рационально, поскольку объемно-массовые показатели фильтра снижают обобщенный показатель конструктивного исполнения СЭС с генератором Г-3.

8. Экспериментальные исследования по определении восприимчивости приемников электроэнергии на воздействие пульсации напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений показали, что чувствительной к ним является только определенная группа приемников электроэнергии (средства на полупроводниковой микроэлементной базе), минимальное значение суммарного тока потребления которых составляет 20А. При таком токе нагрузки объемно-массовые показатели фильтра с требуемыми параметрами (Ьф, Сф) не снижают показатель конструктивного исполнения СЭС с генератором Г-3. Поэтому для рационального использования фильтра в СЭС необходимо выделить отдельный канал по обеспечению питанием приемников электроэнергии, чувствительных к воздействию пульсаций напряжения и импульсов коммутационных перенапряжений.

9. В результате анализа эксперимептально-расчетных исследований обоснованы практические рекомендации по совершенствованию СЭС гусеничных вездеходов, а именно необходимо: расширить нормируемый диапазон частот пульсаций напряжения в области верхнего предела до 10 кГц и нижнего предела до 10 Гц с амплитудой не превышающей 300 мВ; ввести требования на величину энергии положительного импульса, которая при определенном значении входного сопротивления нагрузки (2ВХ) не должна превышать 130 Дж; определить значения параметров электромагнитных помех, возникающих в бортовых сетях электропитания только при совместной работе источников и приемников электроэнергии; обеспечить проверку устанавливаемых на гусеничные машины систем и средства на восприимчивость к воздействию непреднамеренных электромагнитных помех путем оценки выходных характеристик, определяющих их функциональную работоспособность.

Технические предложения основываются: на применении в качестве базовой СЭС вездеходов трехканальной СЭС с улучшенной совместимостью, в которой разделение каналов по качеству электроэнергии осуществляется с помощью последовательно-распределенных фильтров, а также выделения переменного напряжения для питания приемников электроэнергии переменного тока.

10. Техническая оценка практических рекомендаций показала, что: эффективность предлагаемой трехканальной СЭС с вентильным генератором на 15-22% выше одноканальной, применяемой в настоящее время на вездеходах;

разделение СЭС на каналы является единственно возможным принципом построения ее структуры при применении на перспективных гусеничных машинах конструктивных решений и средств, которые требуют для питания различные по уровню напряжения и род тока.

1. Многоцелевые гусеничные и колесные машины: Конструкция: Учебник для ВУЗов / Под ред. Г.И. Гладова М.: Транспорт, 2001. - 435 с.

2. Рудин В.Г., Иванов A.B. Теория, конструкция, методы научных исследований и расчет электрооборудования многоцелевых гусеничных и колесных машин: Учебное пособие. М.: ОА ВС РФ, 1998. - 123 с.

3. Хортов В.П. Новое направление в электрооборудовании АТС// Автомобильная промышленность. — 1999, № 9. С. 13-15.

4. Выбор направлений и рекомендаций по совершенствованию комплексов электроники и автоматики объектов БТВТ: Отчет о НИР (заключительный) / ОА ВС РФ; Научный руководитель В.Г.Рудин; В.Ф.Ягубов, и др. Шифр темы «Триада»; Инв. № 632946. - М., 1999. - 115 с.

5. Титов B.C. Перспективы применения электрических передач в тракторах и машинно-транспортных агрегатах // Тракторы и сельхозмашины. -1977, №2.-С. 5-7.

6. Леонов Д.В., Бобрицкий H.H., Маковей Н.Л. Автоматизированная система контроля параметров и узлов агрегатов тяжелых машин // Современные технологии в автоматизации. 1997. - № 3 — С. 26-34

7. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для ВУЗов. -4-е изд. М.: Телеком, 2006 г. - 440 с.

8. Д.А. Соснин. Автотроника: Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей. М.: Издательство: СОЛОН-Пресс, 2005 г. - 272 с.

9. Соснин Д. А., Яковлев В. Ф. Новейшие автомобильные электронные системы. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с: ил.

10. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей: Учебник для ВУЗов. М.: "За рулем", 2007. - 336 с.

11. Тихомиров В.М. Исследование энергетических процессов систем электрооборудования танков статистическими методами: Дис. . канд. техн. наук. М., 1963. - 237 с.

12. Беляков А .Я. Теоретические и экспериментальные исследования системы электроснабжения танка с автономным электроагрегатом: Автореф. Дис . канд. техн. наук. М., 1971. - 23 с.

13. Усенко Н.М. Исследования надежности систем электроснабжения объектов бронетанковой техники и пути ее повышения: Дис. . канд. техн. наук.-М., 1974.-219 с.

14. Аленин Н.С. Теоретические и экспериментальные исследования качества систем электроснабжения боевых колесных машин: Дис . канд. техн. наук. М., 1974. - 187 с.

15. Анализ современного состояния систем электроники и автоматики образцов вооружения и техники: Отчет о НИР (промежуточный)/ ОА ВС РФ, Научный руководитель В.Г.Рудин; В.Ф.Ягубов, Н.И.Гузенко. Шифр темы «Квадро»; Инв. № 29216. - М., 2000. - 120 с.

16. Подколодный Е.С., Бостепков В.А., Полсщук В.А. Совершенствование систем электроснабжения мобильных объектов// Обзорная информация / ЦНИИ информ. 1987. - Вып. 4282. - 36 С.

17. Подколодный Е.С. Бесконтактный вентильный генератор в системе электроснабжения мобильного объекта: Автореф. Дис . канд. техн. наук. — М., 1984.- 19 с.

18. Борисюк М.Д. Исследование качества и путей оптимизации электрооборудования объектов бронетанковой техники: Дис. канд. техн. наук — М., 1976.- 178 с.

19. Семенов A.B., Сидоров Б.Н. Перспективы совершенствования систем электроснабжения гусеничных машин // Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). Москва, 2007. - с. 104 - 108.

20. Оценочные параметры и критерии, эффективности систем электроснабжения танка. Отчет о НИР / ВА БТВ; Отв. исполн. Белоновский А. С. — инв. N 43892. М., 1978. - 128 С.

21. Барсов Ф.Ф. Инженерные методы анализа и синтеза электрооборудования бронетанковой техники: Дис . д-ра техн. наук. М., 1978. - 560 с.

22. Военная электроника и автоматика. Под редакцией A.C. Белонов-ского. М.: В А БТВ, 1984. - 280 с.

23. Василенко В.В., Полещук В.А., Кошель Ю.П. Проблемы обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и источников электроэнергии по цепям питания объектов бронетанковой техники. // Информ. бюллетень/В.ч. 68054.- 1983.-N9.-с. 55 . 58.

24. Кошель Ю.П., Павлов A.B., Полещук В.А. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения с вентильными генераторами. // Вестник бронетанковой техники. 1987. -N 7. - с. 17 . 49.

25. Семенов A.B., Ягубов В.Ф. Совместимость бортовых источников и потребителей электроэнергии // Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании: Сборник научных трудов МАДИ (ГТУ). — Москва,2007. — с. 116 121.

26. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1984. -336 с.

27. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1986. - 216 е.: ил. '

28. Быков Ю.М., Василенко B.C. Помехи в системах с вентильными преобразователями. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 152 е.: ил.

29. Виноградов Е.М. и др. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. JL: Судостроение, 1986. — 264 с.

30. Теория и методы оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств / Под ред. Ю.А. Феоктистова. М.: Радио и связь, 1988. — 216 с.: ил.

31. Сливкин В. Г. Электромагнитная совместимость электрооборудования информационных 'технологий при воздействии импульсных электромагнитных помех: Дис. . канд. техн. Наук. Самара, 2004. - 236 с.

32. ГОСТ 23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения: //Гос. стандарт. — 1979. — 52 с.

33. ГОСТ 25803-83. Радиопомехи индустриальные от оборудования. Нормы и методы испытаний: // Гос. стандарт. 1983. - 32 с.

34. ГОСТ Р 51319-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных помех. Технические требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. 2001. - 42 с.

35. ГОСТ Р 51317.4.11-99 . Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. 1999. — 16с.

36. ГОСТ Р 51317.4.14-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к колебаниям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. — 2000. — 12с.

37. OTT 1.1.5-84. Радиоэлектронные средства. Требования по совместимости. М.: Воениздат, - 1987. - 7 с.

38. ГОСТ 23872-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик : // Гос. стандарт. — 1979. 19с.

39. ГОСТ 28279-89. Совместимость электромагнитная электрооборудования автомобиля и автомобильной бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Нормы и методы измерений: // Гос. стандарт. — 1989. — 23с.

40. ГОСТ 29157-91. Совместимость технических средств электромагнитная. Электрооборудование автомобилей. Помехи в контрольных и сигнальных бортовых цепях. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт.- 1991.-8с.

41. ГОСТ Р 50607-93. Совместимость технических средств электромагнитная. Электрооборудование автомобилей. Помехи от электростатических разрядов. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. 1993. -13 с.

42. ГОСТ Р 51318.12-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи'индустриальные от самоходных средств, моторных лодок и устройств с двигателями внутреннего сгорания. Нормы и методы испытаний: // Гос. стандарт. 1999. — 31 с.50.

43. А9. ГОСТ 23875-79. Качество электрической энергии. Термины и определения: // Гос. стандарт. 1979. — 17 с.

44. ГОСТ Р 50745-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Системы бесперебойного питания. Устройства подавления сетевых импульсных помех. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. -2001.-40 с.

45. ГОСТ 28751-90. Электрооборудование автомобилей. Электромагнитная совместимость. Кондуктивные помехи по цепям питания. Требования и методы испытаний: // Гос. стандарт. 1990. - 16 с.

46. Дональд Р.Ж. Уайт. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып. 3. Измерение электромагнитных помех и измерительная аппаратура: Сокр. пер. с англ.: / Под. ред. А.Д. Князева. М.: Сов. радио, 1979. - 464 с.

47. Военный стандарт США 61-5 (часть 6). Электрические системы напряжением 28В для военных транспортных средств. 1984. - 56 с.

48. Кошель Ю.П., Полещук В.А. Методика качественной оценки и выбора рациональных структур систем электроснабжения объектов БТВТ. // Материалы ВНТС "Теория и расчет автоматических систем и электрооборудования танков" / В А БТВ. -N 203. 1987. - 6 с.

49. Семенов A.B., Ютт В.Е. Технические предложения по совершенствованию систем электроснабжения гусеничных машин // Электроника и электрооборудование транспорта №6. Москва,2008. - с. 16 — 19.

50. Принципы построения систем управления движением и диагностики гусеничных машин / В.Ф.Ягубов // Материалы научно-технической конференции МГТУ им. Н.Э. Баумана, посвященной 65-летию факультета «Специального машиностроения». — М., 2003. с. 72-79

51. Комплексный подход к организации ИУС гусеничных машин / В.Ф.Ягубов // Материалы 61-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ. -М.: МАДИ, 2003. с. 34-48

52. Исследование возможности применения емкостных накопителей на объектах БТТ / Ягубов В.Ф., Курочкин Б.И., Иванов A.B. // Тематический сборник М.: ОБА МО РФ, 2002. №10.-8с.

53. Василенко В.В., Полещук В.А. и др. Направления развития электромашинных генераторов объектов бронетанковой техники. // Информ, бюллетень / В.ч. 68054. 1984. - N 11.-е. 53 . 57.

54. Василенко В.В., Полещук В.А., Углев Г.И. Особенности работы фильтра Ф-10 в системе электроснабжения с вентильным генератором. // Вестник бронетанковой техники. 1982 - N 4. - с. 44.45.

55. Экспериментальные исследования качества электроэнергии, вырабатываемой генератором ГП-26: Отчет о ИР/ В.ч. 68054; Отв. исполн. В.А. Полещук.; исполн. Ю.П. Кошель. -Инв. N 3591, 1987. - 17 с.

56. Желобатый В.П. Оценка систем электроснабжения по показателю полной массы // Вестник БТТ. 1979. N3. - с. 45.49.

57. Силакин А.Э. Совершенствование вентильных генераторов жидкостного охлаждения для систем электроснабжения объектов бронетанковой техники: Дис . канд. техн. наук. М., 1984. - 144 с.

58. Методика определения показателей качества электрической энергии систем электроснабжения объектов БТТ: Типовая методика / В.ч. 68054; Отв. исполн. Ю. П. Кошель. Инв. N 641, 1984. - 88 с.

59. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения.- JL: Машиностроение, 1985. 199 е.: ил.

60. Основы синтеза систем летательных аппаратов / Под. ред. A.A. Лебедева. М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

61. Чумаков Н.М., Серебрянный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. М.: Сов. радио, 1980. - 192 е.: ил.

62. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций.- М.: Изд. "Наука", 1968. 464 е.: ил.

63. Гамм А.З. Статистические методы оценивания состояния энергетических систем. М.: Наука, 1976. - 220 с.

64. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 278 с.

65. Зажигалов A.C. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978. - 232 с.

66. Егоров А.Е., Азаров Г.Н., Коваль A.B. Исследование устройств и систем автоматики методом планирования эксперимента., X.: Виша шк., 1986.-240 с.

67. Автоматизация моделирования и функционального проектирования электромеханических систем: Учеб. пособие. / A.B. Балуев, М.Ю. Дурдин, А.Р. Колганов: Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 1993 - 84 с.

68. Болотин И. Д., Эйдель Л. 3. Измерения в переходных режимах короткого замыкания. — Л.: Энергия, 1981. 192 е.: ил.

69. Методы и средства измерений: Учебник для вузов / Г.Г. Раниев, А.П. Тарасенко. 2-е изд., стереотит. - М.: Издательский центр «Академия», 2004.-336 с.

70. Специальные электрические машины / Под ред. А.И. Бертинова. -М.: Энергоиздат, 1982. 251 с.

71. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа, 1985. —255 с.

72. Микроэлектронные электросистемы. Применения в радиоэлектронике / Под. ред. Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1987. - 240 с.

73. Информационно-измерительная техника и технологии / В.И. Калашников, С.Ф. Нефедов, А.Б. Путилип и др.; Под ред. Г.Г. Раниева. М.: Высш. шк., 2002. - 236 с.

74. Архипов А.Н., Евсин Н.Ф., Коломейцев Л.Ф., Петраков М.Д. Расчет электромагнитных процессов в трехфазном индукторном генераторе, работающем на выпрямительную нагрузку // Изд. вузов СССР. Сер. Электромеханика. 1984. N6, - с. 34 . 38.

75. Архипов А.Н., Евсин Н.Ф., Коломейцев Л.Ф., Петраков М.Д. Расчет электромагнитных процессов в трехфазном индукторном генераторе с классической зубцовой зоной // Изд. вузов СССР. Сер. Электромеханика. -1984. N3,-с. 29 . 34.

76. Franklin Paul W. Theory of the bridge redified synchronous generator with a large number of stator phases. Part 11. "IEEE Lrans. Power Appar and Lyst." 1974. T. 93, N1, c\ 137.148.

77. Начарьяп Д.Т. Разработка и исследование вентильного генератора постоянного тока // Тр. ВНИиПКИ Комплексов электрооборудования. -1983.-с. 57.69.

78. Bonurck W.I. Voltage waveform distortions in synchronous generator with rectifies loading. "IEEEProc". 1980. B. 127, N 1,-c. 13.19.

79. Загорский A.E., Сафаров Ю.Е. Расчет переходного процесса вентильного генератора постоянного тока // Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины. -М., 1980. Вып. 7. -с.З. .4.

80. Моделирование электромагнитных процессов в системе генератор-выпрямитель-фильтр: Отчет о НИР/ МЭИ; Научи, руковод. П.А. Тыричев. -ИНВ. NTP 018190005813.-М., 1985.-74 с.

81. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / Под ред. A.B. Иванова-Смоленского. М.: Энерго-атомиздат, 1986. -369 с."

82. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 2001. - 327с

83. Тыричев П.А., Русаков A.M., Рожнов Н.М. Синтез характеристик вентильного генератора с улучшенным качеством выходной электроэнергии //Тр. МАДИ. 1987. -N49. -с. 26.- .31.

84. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. М.: Мир, 1999.-685 с.

85. Плахтыня Е.Г. 'Численный метод определения дифференциальных электромагнитных параметров электромеханических преобразователей // Изд. вузов. Сер. Электромеханика. 1987. N3, с. 5.12.

86. Тыричев П.А., Рожнов Н.М., Русаков A.M. Алгоритм расчета внутренних параметров многофазных электрических машин. М.: Информэлек-тро, N 238-ЭТ, 1988. -30 с.

87. Основы анализа и расчета линейных электрических цепей: Учеб. пособие / H.A. Кромова. —2-е изд., перераб. и доп.; Иван. гос. энерг. ун-т. — Иваново, 1999.-360 с.

88. Голубев А.Н. Методы расчета нелинейных цепей: Учеб. пособие / Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 2002. - 212 с.

89. Кошель Ю.П., Полещук В.А. Применение нетрадиционных источников электрической энергии на зарубежных образцах БТВТ. // Инф. бюллетень/В.ч. 68054,- 1990.-N2 (24).-с. 7.16.