автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Статический преобразователь на базе повышающего промежуточного звена

ШЕРГИН ВАЛЕРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА БАЗЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ЗВЕНА

Специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 ИЮЛ 2011

Москва-2011

4851497

УДК 621.314

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (государственный технический университет)».

Научный руководитель: д.т.н., проф. Вольский Сергей Иосифович

Официальные оппоненты: д.т.н., доц. Шевцов Даниил Андреевич

к.т.н. Савенков Александр Иванович

Ведущая организация: ОАО АКБ «Якорь», г.Москва

Защита состоится «13» сентября 2011 г. в 11:00 на заседании диссертационного совета Д 212.125.07 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый совет МАИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета)

Автореферат разослан « ¿ Н » июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кондратьев А. Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Предъявление к летательным аппаратам (ЛА) следующего поколения высоких требований в части затрат на эксплуатацию, экологичности и топливной эффективности ставит перед специалистами ряд проблем, требующих поиска принципиально новых подходов к построению энергетической системы ЛА. Традиционно на самолетах используются три вторичные энергетические системы: система электроснабжения (СЭС), гидравлическая система и пневматическая система. Недостатками такого подхода являются высокая стоимость обслуживания и эксплуатации, значительные трудности при интеграции бортового оборудования. В связи с этим для перспективных типов ЛА такой подход не является оптимальным.

Одним из наиболее перспективных направлений развития отечественного авиастроения является внедрение концепции «полностью электрического самолета» (ПЭС), что позволит разработать и создать конкурентоспособные самолеты, отвечающие требованиям, предъявляемым к воздушным судам следующего поколения. Основная особенность ПЭС заключается в применении электроэнергии для питания наиболее энергоемких систем, которые традиционно использовали для своего функционирования гидравлическую и пневматическую энергию. На большинстве современных ЛА для управления аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами применяется гидравлическая энергия. Система кондиционирования воздуха, противообледенительная система и система запуска авиадвигателя используют пневматическую энергию с источником в виде отбираемого от авиадвигателя сжатого воздуха. Реализация концепции ПЭС позволит минимизировать или полностью исключить централизованную гидросистему самолета и ликвидировать пневмосистему с отбором воздуха от авиадвигателя.

Повышение уровня электрификации ЛА сопровождается увеличением мощности как источников электрической энергии, так и СЭС в целом. В настоящее время наиболее перспективными для ПЭС являются СЭС переменного тока переменной частоты (в диапазоне 360...800 Гц) с номинальным на-

пряжением 230 В и СЭС постоянного тока повышенного напряжения 540 В (двухполярного нанряжения ±270 В).

Концепция ПЭС включает в себя также отказ от механическою привода постоянной частоты вращения. Таким образом, бортовыми источниками вырабатывается полностью не кондиционированная электроэнергия переменного или постоянного тока («грязный ток»).

Применительно к СЭС постоянного тока повышенного напряжения, существует необходимость в создании специальных подсистем, которые осуществляют преобразование некондиционированной электроэнергии в электроэнергию со стабилизированными параметрами. Решение такой задачи эффективно достигается посредством применения силовых полупроводниковых преобразователей напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты, имеющих трансформаторную гальваническую развязку.

Однако, бортовые полупроводниковые преобразователи на базе современных полупроводниковых элементов до настоящего времени не нашли применения на отечественных разработках ЛА с повышенным уровнем электрификации. По существу, это связано со сложными условиями работы бортовых электротехнических комплексов, учитывая широкий диапазон изменения частоты генерируемого напряжения, высокий уровень коммутационных помех, существенные ограничения в части электромагнитной совместимости. Кроме того, ощущается недостаток теоретических исследований и практической апробации современных полупроводниковых приборов в реальных бортовых электротехнических комплексах ЛА с перспективными СЭС.

В связи с этим, создание бортового статического преобразователя на базе современных полупроводниковых приборов, разработка схемотехнических решений и компьютерных моделей, исследование и анализ рабочих процессов, выработка алгоритма проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических положений, их практическая апробация и опытно-промышленное освоение является актуальной и важной научно-технической задачей.

Цели н задачи работы. Целью работы является повышение технико-экономических показателей перспективных бортовых СЭС подвижных объектов, в том числе ЛА, создаваемых в рамках концепции ПЭС, путем создания энергоэффективных бортовых преобразователей электроэнергии.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

1 Анализ принципов построения бортовых статических преобразователей транспортного применения.

2 Классификация структурных схем статических преобразователей собственных нужд применительно к перспективным СЭС подвижных объектов.

3 Разработка схемотехнических решений, направленных на повышение надежности преобразователей за счет снижения тепловых потерь в полупроводниковых приборах.

4 Разработка законов управления силовыми ключами, позволяющих уменьшить габариты устройства и снизить уровень тепловых потерь.

5 Математическое описание и анализ рабочих процессов в разработанном блоке конвертора с малыми потерями (КМП), использующемся в качестве входного стабилизатора в выбранной схеме преобразователя.

6 Вывод аналитических уравнений и анализ потерь мощности в полупроводниковых приборах для различных силовых схем КМП.

7 Компьютерное моделирование и анализ рабочих процессов в разработанной схеме КМП.

8 Разработка алгоритма расчета силовых схем статических преобразователей на основе КМП.

9 Экспериментальная проверка полученных расчетпо-теорстических положений и результатов компьютерного моделирования.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы, методы математического анализа, элементы матричной алгебры, современные средства компьютерного моделирования и экспериментальные методы исследований.

Для математического исследования рабочих процессов в одно- и многоуровневых КМП применялся многофункциональный математический пакет MathCAD. Для компьютерного моделирования предложенных схем использовалась программная среда визуального моделирования CASPOC. При проектировании КМП применялись САПР-пакеты AutoCAD и NanoCAD.

Достоверность теоретических положений и полученных результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на макетных образцах. Весь комплекс исследований при участии автора был проведен на специально разработанном на предприятии ООО «Трансконвертер» универсальном испытательном стенде СИП200.

Научная новизна. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие научные результаты:

1 Предложена концепция построения многоуровневой схемы КМП, совмещающая в себе принцип коммутации ключей при нулевом токе и многоуровневую структуру.

2 Разработаны асинхронные и синхронные законы управления применительно к различным схемам построения КМП.

3 Получены математические описания электромагнитных процессов и расчетные выражения для одно- и многоуровневых схем КМП.

4 Составлена обобщенная система уравнений КМП и выведены решения системы для всех состояний схемы.

5 Разработаны компьютерные модели одноуровневого и многоуровневого повышающего конвертора, одноуровневого и многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления.

6 Получены аналитические уравнения для определения тепловых потерь в различных силовых схемах КМП.

7 Разработаны виртуальные модули для пакета CASPOC, позволяющие определять статические и динамические потери в полупроводниковых приборах на основе заданных характеристик приборов.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1 Разработанные новые схемотехнические решения построения бортовых преобразователей электроэнергии на базе КМП обеспечивают повышение технико-экономических показателей перспективных электротехнических комплексов подвижных объектов, в частности обеспечивают снижение потерь в полупроводниковых силовых ключах входного стабилизирующего звена до 20%.

2 Предложенные компьютерные модели одно- и многоуровневого повышающего конвертора, одно- и многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления снижают временные затраты на исследование и анализ протекающий в устройствах рабочих процессов.

3 Составленные виртуальные компьютерные модули для расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах позволяют производить предварительный анализ и выбор типов схем и силовых приборов при проектировании статических преобразователей в условиях постоянного совершенствования элементной базы.

4 Разработанный универсальный испытательный стенд обеспечивает проведение экспериментальных исследований полупроводниковых преобразователей электроэнергии в широком диапазоне входных напряжений и выходных нагрузок.

5 Предложенный асинхронный закон управления КМП позволяет снизить массу входного дросселя на 25...30%, что имеет важное значение для бортовых электротехнических комплексов.

Реализация результатов работы. Разработанные классификации, схемы, математическое описание, модели и алгоритмы используются в учебном процессе на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института.

Результаты диссертационной работы легли в основу серийного выпуска статических преобразователей на базе повышающего промежуточного звена для подвижного состава железных дорог. В настоящее время подвижной со-

став с разработанными преобразователями успешно эксплуатируется на Московской, Западно-Сибирской, Северо-Кавказской и Южно-Уральской железных дорогах.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретические и практические результаты внедрены в практику проектирования на ООО «Трансконвертер» (г. Москва), ООО «Трансэлкон» (г. Москва) и ЗАО «Трансмашхолдинг». В частности, многие разработанные подходы использовались в процессе опытно-конструкторских работ по бортовым электротехническим комплексам для перспективного электропоезда ЭД10 с асинхронным тяговым приводом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006 г.), 15-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2009 г.), научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (г. Одесса, 2008 г.), International Power Electronics and Motion Control Conference (г. Шанхай, 2006 г.) и International Conference for Power Conversion, Intelligent Motion and Power Quality (г. Нюрнберг, 2007 г.)

Публикации. По тзме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендуемых ВАК к публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата технических наук. Получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и 3 приложений. Основная часть диссертации содержит 203 страницы машинописного текста, включая 70 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список включает 104 наименования, в том числе 46 на иностранных языках. Общий объем диссертационной работы составляет 219 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об апробации и публикациях, представлена структура диссертационной работы.

В червой главе дан обзор существующих принципов построения бортовых систем электроснабжения со статическими преобразователями, а также перспектив их развития. На основе проведенного анализа разработана классификация силовых схем преобразователей электроэнергии с нестабилизированным высоким входным напряжением по следующим признакам: по способу преобразования электрической энергии, по стабилизации на стороне первичной или вторичной обмотки трансформатора, по стабилизации напряжения постоянного или переменного тока и по типу звена, в котором производится регулирование.

Определены области применения силовых схем с промежуточным звеном повышенной частоты и с непосредственным преобразованием. С учетом ряда преимуществ (использование одного накопительного реактора для многоуровневых схем, возможность активной коррекции гармонического состава потребляемого тока) сделан вывод о целесообразности применения во входном стабилизирующем звене схемы повышающего конвертора.

С учетом возрастающих требований к энергоэффективности современных преобразователен электроэнергии проведен анализ основных способов снижения динамических потерь в полупроводниковых приборах: коммутации при нулевом напряжении и коммутации при нулевом токе. Обоснована рациональность использования конвертора с малыми потерями (КМГТ), содержащего многоуровневый каскад последовательных ячеек повышающего конвертора и один вспомогательный контур коммутации с утилизацией индуктивности рассеяния транереактора в целях обеспечения мягкой коммутации силовых ключей (рисунок 1).

Проведен анализ двух основных принципов управления полупроводниковыми ключами: синхронного и асинхронного. Сделан вывод о целесообразности применения в высоковольтных многоуровневых преобразователях предложенной схемы КМП с использованием одного дополнительного контура коммутации и

-Пгт?

"хаг

V 1)2 3

-И—

VI) м с

Ж 71 т

УГ)22

1,УТ12 ур12 С12

УГ^ -£Н—1

У

Последующие «ИМИ*

креобралмшжи 'дцсетри'.жсргии

силового трансреактора, кото- рисун(ж , Обобщеш1ая схсма прсобразова_ рая позволяет существенно 'ели на базе многоуровневого КМП снизить динамические потери в силовых транзисторах и реализовать асинхронный алгоритм управления силовыми транзисторами.

Во второй главе диссертации проведено исследование рабочих процессов в предложенной схеме одноуровневого КМП, составлено математическое описание и получены расчетные выражения для определения параметров схемы. В целях понижения порядка решаемых уравнений и наглядности полученных результатов был сделан ряд допущений и составлена эквивалентная схема замещения КМП (рисунок 2).

»<7 С2

К72 ЦП

/«172 (

+

и

1 ж п

/и

+УГ1 УР1

(У

Рисунок 2. Эквивалентная схема замещения одноуровневого КМП

С целью осуществления поинтервального анализа рабочих процессов в силовой схеме КМП составлена обобщенная система уравнений:

'Ш-Ш- °Л') - к = о, (1)

'о(0' Со(') + ¡1 - '„„(') ■ Су[)2 (/) - /„{()■ Си(0 = 0, (2)

- 'Чр.и (') - "Ци> (0 - ч'с2 (') + "П2 М ■ Сй (г) - 11УТ1 (') ■ Со (г) = 0, (3)

Рвш = (4)

в результате решения которой для всех интервалов работы схемы, получено обобщенное выражение для токов:

1=С,/1+С2

V

а также для напряжений:

4 0,

2к2\ к

(5)

(6)

Увых С'г

Получены расчетные выражения коэффициента передачи по напряжению:

Чяи=__1

и.

1 ~Уо +

А/4

2Т„

2//2,

и,.

(7)

среднего значения тока трансреактора:

Мл 1 Г, ' I - •/.. ' г-------1

т„ 2л Т„

(8)

а также для определения требуемой емкости вспомогательного конденсатора и индуктивности намагничивания трансреактора:

«(Сл+О-/«2 V

с,>-

V ивых )

ивЫх2(\-Го)2

^О вых " ивх )

^Т/.пшх

1-А-

(У)

(10)

/'•"У

Определены соотношения для расчета статических и динамических потерь в силовых и вспомогательных полупроводниковых ключах одноуровневого КМП. В целях оценки эффективности применения КМП по сравнению с классическим повышающим конвертором осуществлен сравнительный анализ статических, динамических и суммарных потерь для данных типов конверторов. В результате анализа сделан вывод о преимуществе КМП по суммарным потерям мощности на более высоких частотах коммутации.

В третьей главе диссертационной работы составлено математическое описание многоуровневого КМП, проведен анализ рабочих процессов в силовой схеме и определены расчетные соотношения для элементов схемы.

С целью определения отличий общего решения многоуровневого КМП от одноуровневого были рассмотрены процессы на примере двухуровневой схемы, последующее выявление зависимостей в которой позволило получить

основные соотношения для

Рисунок 3. Эквивалентная схема

схемы многоуровневого КМП. '

замещения двухуровневого КМП

На основании эквивалентной схемы замещения (рисунок 3) двухуров-

невого КМП была составлена обобщенная система уравнений: «„(')-Ü(')-G,,(/)-/¿= О, ',)(')• <Л,(') + ¡l - Wi(')• Gvu2i(f)■-i„i(0• Gní(t) = О, Wl (t) ■ CTO21 (')+'„! (') • Go\(t) - '«,«2 (') • Gvdh (') - f„z(0 ■ Gol{t) = 0 ию - иipj) (') - "l.p.ñ (') ~ "C2 (') + "lT2 (r)' G<Af)~

-uvn, (t) ■ Go 1 (t) - Hit 12 (') • Go2 (r) = 0, - "VTII (')' (0- UVD21 (')' Gv[)2\(t) = 0, Уаых2 - "VTI2 (') • C«2 )- »1/022 (f )" СГО22 W = 0,

12

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

в результате решения которой получены аналитические уравнения рабочих процессов на всех интервалах работы схемы двухуровневого КМП.

Также получены выражения для расчета коэффициента передачи по напряжению, среднего значения тока трансреактора и параметров дополнительного контура коммутации. Показано, что требуемая индуктивность намагничивания трансреактора для двухуровневой схемы в 2,5 - 3 раза меньше, чем для одноуровневой.

На основе анализа разработанного математического описания и полученных выражений выявлены зависимости, связывающие рабочие соотношения для одноуровневого и многоуровневого КМП с количеством уровней ш. При этом было принято допущение, что собственная резонансная частота контура на стороне вторичной обмотки входного трансреактора много выше частоты коммутации основного контура.

При синхронном законе управления силовыми ключами основные выражения для многоуровневой схемы имеют тот же вид, что и для одноуровневой. В случае асинхронного закона управления соотношение для коэффициента передачи схемы ш-уровневого КМП по напряжению выведено как:

что совпадает с коэффициентом передачи по напряжению для ш-уровневого классического повышающего конвертора.

Выражения для минимально допустимого значения емкости вспомогательного конденсатора и требуемого значения индуктивности намагничивания трансреактора для многоуровневого КМП определены как:

(18)

Проведен сравнительный анализ статических и динамических потерь мощности для двухуровневого и одноуровневого КМП и двухуровневого классического повышающего конвертора (рисунок 4), в результате которого получены следующие выводы:

- увеличение числа уровней в два раза позволяет добиться примерно двукратного снижения динамических потерь при той же частоте коммутации;- величина суммарных потерь двухуровневого КМП в среднем на 35...65% ниже, чем одноуровневого КМП;

- использование схемы двухуровневого КМП в качестве входного звена позволяет добиться повышения частоты тока входного реактора в четыре раза при том же среднем уровне суммарных потерь, что и для одноуровневой схемы КМП.

-для двухуровневого КМП прн/„ = 750 Гц

для двухуровневого повышающего конвертора при/, = 750 Гц *** для одноуровневого КМП при/, = 750 Гц

--для двухуровневого КМП при/, = 1500 Гц

для двухуровневого повышающего конвертора при/, = 1500 Гц *** для одноуровневого КМП при/, = 1500 Гц

Рисунок 4. Сравнительный анализ суммарных потерь мощности одно- и двухуровневых классического повышающего конвертора и КМП

Четвертая глава диссертации посвящена компьютерному моделированию КМП и экспериментальному подтверждению результатов исследований. С использованием пакета программ для визуального моделирования САБРОС были разработаны компьютерные модели одноуровневого и двухуровневого КМП. В качестве примеров на рисунках 5 и 6 показаны компьютерные модели силовой схемы и системы управления одноуровневого КМП.

Разработаны виртуальные блоки, реализующие в автоматическом режиме постоянный расчет и индикацию значения мощности динамических и статических потерь в полупроводниковых ключах. Разработанную компьютерную модель рационально использовать для составления алгоритма работы системы управления создаваемых силовых схем на базе КМП.

Рисунок 5. Компьютерная модель силовой схемы одноуровневого КМП

Рисунок 6. Компьютерная модель части системы управления одноуровневого КМП

Составлен алгоритм расчета параметров силовой схемы КМП, позволяющий определить оптимальное сочетание параметров силовой схемы по критерию мощности потерь при заданном значении массы основных силовых элементов устройства и выполнить компьютерную проверку работы схемы с выбранными параметрами.

В рамках экспериментальных исследований КМП был изготовлен макетный образец статического преобразователя выходной мощностью 80 кВА (рисунок 7). Экспериментальные исследования проводились на специально изготовленном па ООО «Трансконвертер» универсальном испытательном стенде СИП200, который позволяет проводить весь спектр электрических испытаний статических преобразователей.

Снятые в результате эксперимента характеристики (рисунки 8 и 9) имеют незначительные расхождения (не более 6%) с расчетными результатами. В дальнейшем полученные результаты использованы при проектировании преобразователей собственных нужд на базе повышающего промежуточного звена для подвижного состава железных дорог.

Рисунок 7. Макетный образец статического преобразователя на основе КМП.

20 4!) СК1 Ж) КМ -ржчсиш а.Ш(кчпкчтьлля КМП /',.....|Л!А __

«зкагсрымснильнах ьшиснмоегь дли 1C.M1I „„

экспериментальная ишгенмостг, для классического

1КШЫШГ1101ЦС1 О КОННСрКфа

росче1иа« IЬ д .и КМП

жсосримсщальнам заинснмоссь ам КМИ

»к'С11е]ШЫСН1аЛЫ.ан и1111С|1МОС1Ь Д.1* к.шссп повышающего конвертора

Рисунок 8. Расчетные и экснеримеи- Рисунок 9. Расчетные и экспериментальные зависимости КПД от выход- тальиые зависимости КПД от входного иой мощности дли КМП и повышаю- напряжении дли КМП и повышающего щего конвертора конвертора

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Диссертационная работа способствует решению важной научно-технической задачи по созданию бортового статического преобразователя электроэнергии с использованием современных полупроводниковых приборов, разработке схемотехнических решений и компьютерных моделей, исследованию и анализу рабочих процессов, выработке алгоритма проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических положений, их практической апробации и опытно-промышленному освоению.

2 Проведенный сравнительный анализ принципов построения бортовых статических преобразователей и разработанная классификация силовых схем преобразователей с нестабилизированным высоким входным напряжением позволяют составлять структурные схемы, обеспечивающие наибольший положительный эффект в части организации нескольких выходных каналов, резервированию и снижению массы и габаритов преобразователя.

3 Применение принципа КМП в высоковольтных многоуровневых преобразователях с использованием одного дополнительного контура коммутации и силового трансреактора дает существенный эффект в части снижения динамических потерь в силовых транзисторах и обеспечивает реализацию асинхронного алгоритма управления силовыми транзисторами.

4 Увеличение числа уровней схемы КМП позволяет добиться значительного снижения динамических потерь при той же частоте коммутации. В частности, величина суммарных потерь двухуровневого КМП в среднем на 25...35% ниже, чем одноуровневого КМП.

5 Использование схемы /7-уровневого КМП в качестве входного звена повышает частоту тока входного силового реактора в пг раз при том же среднем уровне суммарных потерь, как у одноуровневой схемы КМП, что обеспечивает существенное снижение массогабаритных параметров электромагнитных устройств и преобразователя в целом.

6 Составленное математическое описание схемы КМП позволяет проводить анализ рабочих процессов, осуществлять расчет и выбор параметров элементов с достаточной для инженерных расчетов точностью. Предложенные подходы математического описания эффективны для исследования режимов функционирования разрабатываемых на базе КМП устройств.

7 Разработанные компьютерные модели являются эффективным инструментом для проверки функционирования создаваемых на базе КМП устройств, оценки рациональности использованных решений и составления алгоритма работы системы управления проектируемых преобразователей.

8 Разработанный алгоритм расчета параметров КМП позволяет определять рациональное сочетание параметров силовой схемы и обеспечивает гибкий подход к проектированию силовых схем в условиях постоянного совершенствования полупроводниковой элементной базы.

9 Проведенные экспериментальные исследования подтверждают работоспособность разработанного макетного образца одноуровневого КМП,

справедливость основных теоретических положений и результатов компьютерного моделирования.

10 Результаты диссертационной работы положены в основу серийного выпуска статических преобразователей на базе повышающего промежуточного звена для подвижного состава железных дорог. В настоящее время разработанные преобразователи установлены на электропоездах серии ЭД4МКМ-АЭРО и пассажирских вагонах повышенной комфортности. Разработанные подходы использовались в процессе опытно-конструкторских работ по бортовым электротехническим комплексам для перспективного электропоезда ЭД10 с асинхронным тяговым приводом.

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих научных трудах:

1 Шергин В.Е. Разработка универсального высоковольтного испытательного стенда для электрооборудования железнодорожного транспорта // 12-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: тезисы докладов. Том 2. М.: МЭИ, 2006. с.205-207.

2 Shergin V.Y., Volsky S.I., Skorokhod Y.Y. The Analysis and Simulation of Power Circuits for High Voltage Converter // Proceedings IPEMC 2006. Shanghai, 2006. p. 1133-1137.

3 Shergin V.Y., Skorokhod Y.Y., Volsky S.I. The Analysis and Simulation of Power Circuits for a High Voltage Converter // Proceedings PCIM Europe 2007. Nuremberg, 2007. p. 351-356.

4 Шергин В.Е. Анализ преимуществ многозвенной схемы статического преобразователя электроэнергии // Сборник научных трудов по материалам научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2008», том 6. Одесса: Черноморье, 2008. с. 71-80.

5 Шергин В.Е., Петрашевская A.A. Уменьшение габаритов реакторов в статических преобразователях электроэнергии // 15-я международная

научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: тезисы докладов. Том 2. М.: МЭИ, 2009. с.201-202.

6 Шергин В.Е. Математическое исследование различных типов схем статического преобразования электроэнергии // Электронный физико-технический журнал. 2009. Том 4. с. 35-47. URL: http://eftj.secna.ru (дата обращения: 30.03.2011).

7 Шергин В.Е., Скороход Ю.Ю. Перспективные схемы стабилизации напряжения для СЭС полностью электрического самолета // Авиакосмическое приборостроение. 2009. №8. с. 13-21.

8 Шергин В.Е. Анализ асинхронного способа управления транзисторами в многоуровневом повышающем конверторе // Известия Челябинского научного центра Уральского отделения Российской Академии Наук, вып. 4 (46), 2009. с. 22-27.

9 Шергин В.Е., Скороход Ю.Ю. Анализ входных силовых схем преобразователя для перспективных систем электроснабжения ЛА // Вестник МАИ. №5,2009. с. 101-110.

10 Шергин В.Е., Петрашевская A.A., Ниткин Д.А. Внедрение системы резервирования статических преобразователей по входному высокому напряжению // Вестник РГУПС. 2010. №2 (38). с. 105-111.

11 Шергин В.Е., Вольский С.И., Петрашевская A.A., Скороход Ю.Ю. Математическая модель высоковольтного преобразователя с дополнительным контуром коммутации // Электричество. 2010. №8. с. 25-33.

12 Шергин В.Е. Как повысить стабильность работы статических преобразователей // Локомотив. 2010. №9 (645). с. 40-42.

13 Патент РФ №92582 от 25.12.2009. Преобразователь напряжения постоянного тока / Шергин В. Е., Вольский С. И., Скороход Ю. Ю.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ БОРТОВЫХ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

1.1 Перспективы развития бортовых систем электроснабжения летательных аппаратов со статическими преобразователями.

1.2 Бортовые системы электроснабжения, подвижного состава железнодорожного транспорта.

1.3 Классификация силовых схем преобразователей электроэнергии с нестабилизированным высоким входным напряжением.

1.4 Повышение энергоэффективности статических преобразователей

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОДНОУРОВНЕВОГО КМП

2.1 Эквивалентная схема замещения одноуровневого КМП.

2.2 Обобщенная система уравнений одноуровневого КМП.

2.3 Поинтервальные схемы замещения одноуровневого КМП.

214 Обобщенное математическое описание электромагнитных процессов в одноуровневом КМП.

2.5 Коэффициент передачи- схемы КМП по напряжению.

2.6 Среднее значение тока трансреактора.

2.7 Расчет параметров элементов дополнительного контура'. 106 '

2.8 Расчет потерь мощности в полупроводниковых приборах основного и дополнительного контуров коммутации.

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МНОГОУРОВНЕВОГО КМП

3.1 Обобщенная система уравнений КМП.

3.2 Поинтервальные схемы замещения двухуровневого КМП.

3.3 Коэффициент передачи схемы двухуровневого КМП по напряжению.

3.4 Среднее значение тока реактора в схеме двухуровневого КМП.

3.5 Расчет параметров дополнительного контура двухуровневого КМП.

3.6 Основные рабочие соотношения для m-уровневой схемы КМП.

3.7 Расчет потерь мощности в полупроводниковых приборах двухуровневого КМП.

4 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Компьютерная имитационная модель КМП.

4.2 Проверка результатов диссертационной работы посредством компьютерной имитационной модели.

4.3 Алгоритм расчета параметров КМП.

4.4 Экспериментальные исследования КМП.

Актуальность темы; Предъявление к летательным аппаратам« (ЛЛ) следующего поколения высоких требований в части затрат на эксплуатацию^ экологичности и топливной эффективности; ставит перед специалистами ряд. проблем, требующих поиска« принципиально* новых подходов к построению энергетической системы ЛА. Традиционно на самолетах используются следующие вторичные энергетические системы: система электроснабжения; гидравлическая система и пневматическая, система [1, 2]. К недостаткам данного принципа построения бортовых систем можно отнести высокую стоимость обслуживания и эксплуатации, значительные трудности при интеграции бортового оборудования. В связи с этим для перспективных типов ЛА такой подход не является оптимальным. •

Одним, из наиболее перспективных направлений развития отечественного авиастроения является внедрение концепции самолета с полностью электрифицированным оборудованием? (условное устоявшееся наименование -«полностью электрический самолет» или ПЭС), что позволит разработать и создать' современные конкурентоспособные самолеты, отвечающие современным требованиям, предъявляемым, к воздушным, судам;, следующего: поколения [2.4].

Основная особенность полностью электрического самолета заключается в применении электрической энергии для питания наиболее энергоемких систем, которые традиционно использовали для своего функционирования гидравлическую и пневматическую энергию [2, 4, 27, 28, 35]. До недавнего времени считалось, что наиболее универсальным: видом энергии для управления аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами является; гидравлическая; энергия; Система кондиционирования воздуха, противообледенительная система; и система запуска; авиадвигателя традиционно использовали пневматическую энергию с источником в, виде отбираемого от авиадвигателя сжатого воздуха. Реализация/ концепции ПЭС позволит минимизировать или полностью исключить централизованную гидросистему самолета и ликвидировать пневмосистему с отбором воздуха от авиадвигателя.

Возможность и целесообразность создания самолетов с полностью электрифицированным оборудованием в настоящее время обусловлены:

- развитием силовой электроники и разработкой на базе современных ключевых полупроводниковых приборов мощных преобразовательных устройств и бесконтактной твердотельной коммутационной и защитной аппаратуры;

- разработкой новых магнитных материалов и созданием на их основе мощных генераторов, а также двигателей электромеханических приводов систем управления полетом, не уступающим по своим основным характеристикам гидро- и пневмоприводам;

- значительным продвижением в области микроэлектроники и микропроцессорной техники, открывшим широкие перспективы внедрения цифровых систем управления электроэнергетическим комплексом.

В последнее время основными зарубежными производителями авиационной техники был проведен ряд исследований по программам МЕА (More Electric Aircraft - самолет с повышенным уровнем электрификации, РОА (Power Optimized Aircraft — самолет, оптимизированный по мощности), МОЕТ (More Open Electrical Technologies - более открытых электрических технологий). В' исследованиях принимали участия такие компании, как Airbus (Франция), Boeing (США), Bombardier (Канада), Thaies (Франция), Goodrich (США), Rolls-Royce (Великобритания), Hispano-Suiza (Испания), Liebherr-Aerospace (Германия).

Результатами этих работ явились разработки самолетов с повышенным уровнем электрификации: пассажирские самолеты Boeing 787 и А-380, многоцелевой истребитель F-35 и другие, на которых реализованы многие положения концепции ПЭС.

В нашей стране научно-исследовательские работы по проблеме «полностью электрического самолета» проводятся в ЦАГИ, ОКБ; «Родина», ОАО «ПМЗ «Восход», ОАО «Электропривод», МАИ, ФГУГ1 «НИИАО», АКБ «Якорь»,, ОАО «Аэроэлектромаш», ОАО «Электропривод», ОАО «ПКО «Теплообменник» и др. Данной; проблеме посвящены научные труды таких ученых, как В. А. Каргопольцев, В. П. Кутахов, С. М. Воронович, С. Л. Чернышев, С. Б. Резников, А. Ш Савенков, В. В. Володин, Ю: М. Томилов, В. М. Кулясов, Д. А. Глухов.

Повышение уровня электрификации «полностью электрических самолетов» сопровождается увеличением мощности как источников? электрической энергии, так и системы электроснабжения (СЭС) в: целом. Традиционные системы электроснабжения ЛА достигли верхней границы номинальной мощности, что не позволяет обеспечить электроснабжение в условиях повышения уровня электрификации самолета [2]: В связи с этим становится; актуальным вопрос о выборе рационального- вида электроэнергии, вырабатываемой первичными источниками (генераторами).

В настоящее время наиболее перспективными для ПЭС являются система электроснабжения переменного тока переменной частоты (в диапазоне 360-800 Гц) с номинальным напряжением 230 В и система электроснабжения постоянного тока; повышенного^ напряжения 270' В [1, 2, 34, 35]. Рассматривается вопрос о еще большем повышении уровня напряжения постоянного тока до 540 В:

Концепция ПЭС включает в себя также отказ от механического привода постоянной частоты вращения; стабилизирующего частоту вращения генератора. Таким образом, бортовыми источниками вырабатывается полностью не кондиционированная электроэнергия переменного или постоянного тока («грязный ток»).

Применительно к системам электроснабжения постоянного тока повышенного напряжения, существует необходимость в создании специальных подсистем, которые осуществляют преобразование некондиционированной электроэнергии в электроэнергию со стабилизированными параметрами. Решение такой задачи эффективно достигается посредством применения силовых полупроводниковых преобразователей напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты, имеющих трансформаторную гальваническую развязку [5. 11, 21].

Однако, бортовые полупроводниковые преобразователи на базе современных полупроводниковых элементов? до настоящего времени не нашли применения на отечественных разработках ЛА с повышенным уровнем электрификации. По существу, это связано со сложными" условиями работы бортовых электротехнических комплексов, учитывая широкий- диапазон изменения частоты генерируемого напряжения,» высокий уровень коммутационных помех, существенные ограничения-в части, электромагнитной совместимости. Кроме того, ощущается недостаток теоретических исследований и практической- апробации современных полупроводниковых приборов в реальных бортовых электротехнических комплексах ЛА с перспективными системами электроснабжения.

В связи с этим, создание бортового полупроводникового преобразователя » электроэнергии с использованием современных полупроводниковых приборов, разработка схемотехнических решений и компьютерных моделей; исследование и анализ рабочих процессов, выработка алгоритма* проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических .положений, их практическое апробирование и опытно-промышленное освоение является-актуальной и важной научно-технической задачей.

Представленная диссертационная работа способствует решению вышеописанных проблем, связанных с созданием перспективных бортовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии на современной полупроводниковой элементной базе для полностью электрического самолета.

Цели и задачи работы; Целью диссертационной работы, является: повышение технико-экономических показателей перспективных бортовых систем электроснабжения подвижных объектов, в том числе летательных аппаратов; создаваемых в рамках концепции полностью электрического самолета- путем создания и внедрения энергоэффективных бортовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии.

Дляздостижения указаннойцелифешены-следующие задачи:

1 Анализ принципов ; построения* бортовых статических; преобразователей-транспортного применения;. \

2; Классификация структурных схем статических преобразователей собственных нужд применительно к:перспективным? схемам, электроснабжения подвижных объектов. :

3 Разработка схемотехнических решений;, направленных; на повышение надежности преобразователей; за счет снижения?тепловых потерь% в полупроводниковых приборах.

4 - Разработка: законов управления полупроводниковыми ключами, позволяющих, уменьшить габариты устройства, и снизить уровень тепловых потерь. . ■ • . - .

5 Математическое описание: и: анализ: рабочих, процессов: .в;f paзpaбoтaннoмíблoкe конверторам малыми: потерями:(К^ в качес тве входного стабилизатора в выбранной схеме преобразователя.

6 Вывод аналитических уравнений: и: анализ потерь мощности в полупроводниковых приборах для различных схем;

7 Компьютерное моделирование и анализ: рабочих процессов в разработанной схеме КМП.

8 Разработка алгоритма расчета: силовых схем статических преобразователей на основе КМП.

9 Экспериментальная: проверка полученных расчетно-теоретических положений и результатов компьютерного моделирования; :

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы, методы математического анализа, элементы матричной алгебры, современные средства компьютерного моделирования и экспериментальные методы исследований.

Для математического исследования рабочих процессов в одно- и многоуровневых КМП применялся многофункциональный математический пакет MathCAD. Для компьютерного моделирования предложенных схем использовалась программная среда визуального моделирования CASPOC. При проектировании КМП применялись САПР-пакеты AutoCAD и NanoCAD.

Достоверность теоретических положений и полученных результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на макетных образцах разработанного полупроводникового преобразователя электроэнергии. Весь комплекс экспериментальных исследований при участии автора был проведен на специально разработанном на предприятии ООО «Трансконвертер» универсальном испытательном стенде СИП200.

Научная новизна. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие научные результаты: 1 Предложена концепция построения многоуровневой схемы КМП, совмещающая в себе принцип коммутации ключей при нулевом токе и многоуровневую структуру.

2 Разработаны асинхронные и синхронные законы управления применительно к различным схемам построения КМП.

3 Получены математические описания электромагнитных процессов и расчетные выражения для предложенных одно- и многоуровневых схем КМП.

4 Составлена обобщенная система уравнений КМП и выведены решения системы для всех состояний схемы.

5 Разработаны и адаптированы к пакету программ визуального моделирования СА8РОС компьютерные модели классического повышающего конвертора, многоуровневого повышающего конвертора с синхронным и асинхронным законами управления, одноуровневого КМП, многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления.

6 Получены аналитические уравнения, для определения тепловых потерь,в различных схемах преобразования электроэнергии*

7 Разработаны виртуальные модули5 для пакета СА8РОС, позволяющие определять статические и динамические* потери в полупроводниковых приборах на основе заданных характеристик приборов.

Практическая ценность работы состоит вел еду ю идем:

1 Разработанные новые схемотехнические решения построения бортовых преобразователей электроэнергии на базе КМП- обеспечивают повышение технико-экономических показателей перспективных электротехнических комплексов- подвижных объектов, в частности обеспечивают снижение потерь в полупроводниковых силовых ключах входного стабилизирующего звена до 20%.

2 Предложенные компьютерные модели одно- и многоуровневого повышающего конвертора, одно- и многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления снижают временные затраты на исследование и анализ протекающий в устройствах рабочих процессов;

3 Составленные виртуальные компьютерные модули для- расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах позволяют производить предварительный анализ и выбор типов схем и силовых приборов при проектировании статических преобразователей в условиях постоянного совершенствования элементной базы.

4 Разработанный универсальный испытательный стенд обеспечивает проведение экспериментальных исследований полупроводниковых преобразователей электроэнергии в широком диапазоне входных напряжений и выходных нагрузок.

5 Предложенный асинхронный закон управления КМП позволяет снизить массу входного дросселя на 25.30%, что имеет важное значение для бортовых электротехнических комплексов.

Результаты диссертационной работы, предложенные схемотехнические решения'и законы управления^ легли в^ основу серийного выпуска статических преобразователей; которые.успешно прошли лабораторные, квалификационные и эксплуатационные испытания.

Реализация результатов работы.

Разработанные в диссертационной работе классификации; схемы, математическое описание, модели и алгоритмы- используются в учебном процессе на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы»- Московского авиационного института (государственного технического университета).

Результаты диссертационной работы легли в основу серийного выпуска статических преобразователей на- базе повышающего» промежуточного звена для подвижного ¡состава железных дорог. В* настоящее время подвижной состав с разработанными преобразователями- успешно эксплуатируется на Московской, Северо-Кавказской; Западно-Сибирской и Южно-Уральской< железных дорогах.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретические и практические результаты внедрены в практику проектирования на ООО «Трансконвертер»< (г. Москва), ООО «Трансэлкон» (г. Москва) и ЗАО4 «Трансмашхолдинг». В- частности, многие разработанные подходы использовались в процессе- опытно-конструкторских работ по бортовым электротехническим комплексам для перспективного электропоезда ЭД10 с асинхронным тяговым приводом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника; электротехника; и энергетика» (г. Москва' 2006 г.), 15-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника; электротехника и энергетика» (г. Москва, 2009? г.); научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (г. Одесса, Украина, 2008 т.), International Power Electronics and Motion Control Conference (г. Шанхай, Китай; 2006 г.) и International Conference for Power Conversion, Intelligent Motion andiPower Quality(г. Нюрнберг, 2007 г.)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 — в изданиях, рекомендуемых Высшей аттестационной^ комиссией к публикации основных научных результатов диссертации Hat соискание: ученой степени доктора и кандидата , технических, наук. Получен Г патент РФ на изобретение:

Структура и объем работы. Диссертационная работа, состоит из введения, четырех глав; заключения; списка^ используемых источников и трех приложений. Основная часть диссертации содержит 203 страницы машинописного текста; включая 70 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список включает 104 наименования, в том числе 46 на иностранных языках. Приложения имеют объем 3 страницы. Общий объем диссертационной работы составляет 219 страниц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Диссертационная работа способствует решению важной научно-технической задачи по созданию бортового полупроводникового преобразователя электроэнергии с использованием современных полупроводниковых приборов, разработке схемотехнических решений и компьютерных моделей, исследованию и анализу рабочих процессов, выработке алгоритма проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических положений, их практическому апробированию и опытно-промышленному освоению.

2 Проведенный сравнительный анализ принципов построения бортовых статических преобразователей и разработанная классификация силовых схем преобразователей электроэнергии с нестабилизированным высоким входным напряжением позволяют составлять структурные схемы, обеспечивающие наибольший положительный эффект в части организации нескольких выходных каналов, резервированию и снижению массы и габаритов преобразователя.

3 Применение принципа КМП в высоковольтных многоуровневых преобразователях с использованием одного дополнительного контура коммутации и силового трансреактора дает существенный эффект в части снижения динамических потерь в силовых транзисторах и обеспечивает реализацию асинхронного алгоритма управления силовыми транзисторами.

4 Увеличение числа уровней схемы КМП позволяет добиться значительного снижения динамических потерь при той же частоте коммутации. В частности, величина суммарных потерь двухуровневого КМП в среднем на 25.35% ниже, чем одноуровневого КМП.

5 Использование схемы и-уровневого КМП в качестве входного звена повышает частоту тока входного силового реактора в п2 раз при том же среднем уровне суммарных потерь, как у одноуровневой схемы КМП, что обеспечивает существенное снижение массогабаритных параметров электромагнитных устройств и преобразователя в целом.

6 Составленное математическое описание силовой схемы КМП позволяет проводить анализ рабочих процессов, осуществлять расчет и выбор параметров, элементов, с достаточной, для> инженерных расчетов, точностью. Предложенные подходы математического описания эффективны для* исследования* режимов функционирования, разрабатываемых на, базе КМП устройств.

7 Разработанные компьютерные имитационные модели: являются* эффективным инструментом, для проверки, функционирования создаваемых на базе КМП устройств, оценки рациональности использованных решений и-составления! алгоритма работы, системы управления» проектируемых преобразователей.

8 Разработанный7 алгоритм расчета параметров КМП; позволяет определять рациональное сочетание параметров силовой схемы и обеспечивает гибкий* подход к проектированию силовых схем в условиях постоянного совершенствования полупроводниковой-элементной'базы.

9- Проведенные экспериментальные исследования подтверждают работоспособность разработанного макетного'образца-одноуровневого КМП, справедливость основных теоретических положений и результатов компьютерного моделированиям

10 Результаты диссертационной работы, положены в- основу серийного выпуска статических преобразователей на базе повышающего промежуточного звена для подвижного состава железных дорог. В настоящее время разработанные преобразователи установлены.на электропоездах серии ЭД4МКМ-АЭРО и пассажирских вагонах повышенной комфортности. Разработанные подходы использовались в процессе опытно-конструкторских работ по бортовым электротехническим комплексам для перспективного электропоезда ЭД10 с асинхронным тяговым приводом.

1. Moir I., Seabridge A. Aircraft Systems: Mechanical, electrical, and avionics subsystems integration. Chichester: John Wiley & Sons, 2008. 504 p.

2. Воронович C.A., Каргопольцев B.A., Кутахов В.П. Полностью электрический самолет. Современное состояние и перспективы развития // Авиапанорама. 2009. №1. с. 14-17.

3. Гарганеев А.Г., Харитонов С.А. Технико-экономические оценки создания самолета с полностью электрифицированным оборудованием // Доклады ТУСУРа. 2009. № 2 (20). с. 179-184.

4. Левин А.В., Алексеев И.И. Полностью электрифицированный самолет от концепции к реализации // Авиационная промышленность. 2006. №2. с. 24-31.

5. Скороход Ю.Ю., Шергин В.Е. Перспективные схемы стабилизации напряжения для СЭС полностью электрического самолета. Авиакосмическое приборостроение. 2009. №8. с. 13—21.

6. Резников С.Б. Самолетная система электроснабжения с распределенным преобразованием «Переменная скорость — стабильная частота» // Авиакосмическое приборостроение. 2004. №4. с. 55-61.

7. Резников С.Б. Самолетная система электроснабжения квазипостоянного повышенного напряжения // Авиакосмическое приборостроение. 2004. №4. с. 62-68.

8. Avery C.R., Burrow S.G, Mellor P.H. Electrical generation and distribution for the more electric aircraft // Universities Power Engineering Conference 2007. Bristol: Univ. of Bristol, 2007. pp.1007-1012.

9. Скороход Ю.Ю., Шергин В.Е. Анализ входных силовых схем преобразователя для перспективных систем электроснабжения JIA. Вестник МАИ. №5,2009. с. 101-110.

10. Volsky S. I., Lomonova Е. A. High voltage power converter for hypersonic aircraft and spacecraft applications // EPE-PEMS.2000. Kosice, 2000. p. 327-335.

11. Volsky S. I., Rahhal A., Lomonova E. A. Development and test of power multilevel converter for aircraft power system // Power Conversion, PCIM 2000. Nürnberg, 2000. p. 233-241.

12. Pallett E. H. J. Aircraft Electrical Systems. London: Pitman Publishing, 19801169 p.

13. Петухов Б.Н. Электроснабжение летательных аппаратов. JI.: изд-во ЛКВВИА им. Можайского, 1960. 555 с.

14. Брускин Д. Э. Основы электрооборудования летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 19781 303 с.

15. Коробан Н.Т. Электроснабжение летательных аппаратов. М1.: Машиностроение, 1975. 536 с.

16. Грузков С. А., Сугробов* А. М. Проектирование систем электроснабжения летательных аппаратов. М.: МЭИ, 1991. 90 с.

17. Rosswurnm М. A. Design considerations of DC-link aircraft* generation systems // Aerospace Congress and Exposition. Anaheim, 1991. p. 1-15.

18. Синдеев И.М., Саве л ob A.A. Системы электроснабжения воздушных судов. М.: Транспорт, 1990. 296 с.

19. Грузков С.А. Электрооборудование летательных аппаратов. Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. М.: Издательство МЭИ, 2005. 568 с.

20. Кузьмичев Р.В. Генератор в системе электроснабжения самолета с повышенным уровнем электрификации. ОКБ Сухого, 2009. 26 с. URL: http://www.uacmssia.rU/common/img/uploaded/news/confkadryMAKSj2009/k onkurs/Kuzmichev.pdf (дата обращения 29.01.2011).

21. Войтович И. А., Коняхин С. Ф., Цишевский В. А. Статические преобразователи систем электроснабжения летательных аппаратов // Силовая интеллектуальная электроника. 2005. №1.

22. Резников С.Б., Чуев Д:В. Эффективные структуры транспортных каналов^ генерирования постоянного повышенного напряжения сэлектротрансмиссионной системой запуска силовых установок // Силовая электроника. 2006. №2. с. 24-25.

23. Volsky S. I., Lomonova Е. A., Klaassens J. В., Butenko P. V. Zero-Voltage Zero-Current switching converter for hypersonic aircraft and spacecraft application //Power Convention, PCIM'98. Nuremberg, 1998. p. 291-300.

24. Sinnett M. 787 No-Bleed Systems: Saving Fuel and Enhancing Operational Efficiencies // AERO Magazine. 2007. №4. p. 7-11.

25. Авиационное оборудование / под ред. Доброленского Ю.П. М.: Военное изд-во, 1989. 248 с.

26. Jones R.I. The More-Electric Aircraft: The Past and the Future // Proceedings of the IEE Colloquium on Electrical Machines and Systems for the More-Electric Aircraft, Nov. 1999. London, p. 1-4.

27. Rosero J.A., Ortega J.A., Aldabas E., Romeral L. Moving Towards a More Electric Aircraft// IEEE Aerospace Electr. Syst. Mag., №22. p. 3-9.

28. Schofield N., Long S.A. Generator Operation of a Switched Reluctance Starter/Generator at Extended Speeds // IEEE Trans. Vehicle Power, 58. p. 453^460.

29. Reeve H., Hamstra J., Flamm J. Air-Breathing Propulsion Systems Integration// Aerospace America. Dec. 2008. p. 56.

30. Frankenberger C. F-35 Live Fire Test: Full-Up Systems Level Testing //Aircraft Survivability, Spring 2010. p. 7-13.

31. Демченко О.Ф. Самолет MC-21 — главное направление работы Корпорации "Иркут" и ОКБ им. А.С. Яковлева в XXI веке // Полет. №8, 2008. с. 23-26.

32. Martin A. A Review of Active Rectification in Aircraft AC Systems // More Electric Aircraft Forum 2009. 10 p.

33. Ravel P. Electrical Distribution of High Power: Impacts, Technologies // More Electric Aircraft Forum 2009. 7 p.

34. Botten S.L., Whitley C.R., King A.D. Flight Control Actuation Technology for Next-Generation All-Electric Aircraft // Technology Review Journal Millenium Issue. Fall/Winter 2000. p. 55-68.

35. Общий курс железных дорог / под. ред. Ю.И. Ефименко. М.: «Академия», 2005. 256 с.

36. Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог (1845— 1955 гг.). М.: Транспорт, 1995. 564 с.

37. Общий курс железных дорог / под. ред. В.Н. Соколова. М.: УМК МПС России, 2002. 296 с.

38. Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Гл. ред. Н.С. Конарев. М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. 559 с.

39. Вольский С. И. Высоковольтный преобразователь для электропоездов пригородного сообщения // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 1999, №5. с. 42-45.

40. Вольский С. И., Чуев В. И. Статический тиристорный преобразователь ТП-13,5 У1 для электропитания вспомогательных потребителей электропоезда типа ЭР2 // Железнодорожный транспорт. Серия: Локомотивы и локомотивное хозяйство. 1998, выпуск 4. с. 1—11.

41. Шергин В.Е., Петрашевская А.А., Ниткин Д.А. Внедрение системы резервирования статических преобразователей по входному высокому напряжению // Вестник РГУПС. 2010. №2 (38). с. 105-111.

42. Шергин В.Е. Как повысить стабильность работы статических преобразователей // Локомотив. 2010. №9 (645). с. 40-42.

43. Основные тенденции развития высоковольтных статических преобразователей для пассажирских вагонов / Г. Г. Гомола и др. . // Вестник ВНИИЖТ. 2009. № 4. с. 8-14.

44. Курнышев' Б.С., Спичков Ю.П., Переваров A.B. Отечественные высоковольтные преобразовательные комплексы предприятия ООО «Гамем» для железнодорожного транспорта // Вестник ИГЭУ. 2008. Вып. 3. с. 1—4.

45. Мюнх Т., Чупанчич Ш. Семейство преобразователей SIBEST для питания бортовых сетей подвижного состава // Железные дороги мира. 2003. №8. с. 39-42.

46. Siemens Transportation Systems. Power Supply Equipment for Single- and Multi-voltage Passenger Coaches электронная брошюра. 20 с. URL: http://www.siemens.pl/upload/images/TS-Komponentywagony%20pasazerskie.pdf (дата обращения: 30.01.2011).

47. Шергин В.Е. Математическое исследование различных типов схем статического преобразования электроэнергии // Электронный физико-технический журнал. 2009. Том 4. с. 35-47. URL: http://eftj.secna.ru (дата обращения: 30.01.2011).

48. Шергин В.Е. Анализ асинхронного способа; управления-транзисторами в многоуровневом повышающем конверторе // Известия Челябинского научного? центра, Уральского отделения Российской Академии; Наук, вып. 4 (46), 2009. с. 22 -27.

49. Volsky S.I!, Skorokhod Y.Y:,. Shergim V.Y., The: Analysis andl. Simulation of Power Circuits for High Voltage Converter // Proceedings 1PEMC 2006; Shanghai; 2006; р;1133-1й37.

50. Скороход; Ю.Ю. Анализ потерь мощности; в lGBT-транзисторах различных типов высоковольтных преобразователей // Электроника; автоматика й- измерительная«; техника:, межвузовскиш научный? сборник. Уфа: УГАТУ, 2007. с. 18-26.

51. Shergiii V.Y.,:.' Skorokhodi Y.Y., Volsky ST: The Analysis; and^ Simulation of Power Circuits for a High» Voltage Converter // Proceedings PCIM Europe 2007. Nuremberg, 2007. p. 351-356.

52. Höchgeschwindigkeitszüge Velaro für Russland?/ Lipp A. und andere // Fahrzeugtechnik. 106 (2008) Heft 8-9. S. 345-356.

53. Williams B.W. Power Electronics: Devices, Drivers, Applications, and Passive Components. Glasgow: University of Strathclyde, 2005. 705 p.58; Зиновьев Г.С. Основы; силовой электроники: Новосибирск: Изд-воНГТУ, 1999. Ч. 1.199 с.

54. Rashid М;Н. Power electronics handbook. San Diego: Academic Press, 2001. 895 p.

55. Erickson R.W., Maksimovic D; Fundamentals of Power Electronics. New York: Kluwer Academic, 2004. 883 p.

56. Vodovozov V., Jansikene R. Power Electronic Converters. Tallinn: TUT, 2006.117 p.

57. Mohan N., Undeland Т., Robbins W. Power Electronics, Converters, Applications, and Design. New York: Wiley, 2004.

58. Виленкин А.Г. Импульсные транзисторные стабилизаторы напряжения. М:: Энергия; 1970: 64 с.

59. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986. 376 с.

60. Климов В. П., Москалев А. Д. Способы подавления гармоник в системах электропитания // Практическая силовая электроника. 2003. № 6.

61. Son Y.-C., Sul S.-K. Generalization of active filters for EMI reduction and harmonics compensation // IEEE Transactions on Industry Applications. 2006, vol. 42. p. 545-551

62. Akagi H. New trends in active filters for power conditioning // IEEE Transactions on Industry Applications. 1996, vol. 32, no. 6. p. 1312—1322.

63. Kriegel K., Melkonyan A., Iturriz M., Tachon O. Synergies in Power Electronics between Aerospace and Industry/Automotive Applications // More Electric Aircraft Forum 2009 Proceedings. Barcelona, 2009.

64. Chung H., Hui S.Y., Wang W.H. A Zero-current-switching PWM flyback converter with a simple auxiliary switch // IEEE Trans. Power Electron., vol.14, Mar. 1999. p. 329-342.

65. Silva Martins M. L., Hey H. L. Self-Commutated Auxiliary Circuit ZVT PWM Converters // IEEE Trans. Power Electron., vol.19, Nov. 2004. p. 1435-1445.

66. Chung H., Hui S., Chan K., Chung C. A ZCS Bidirectional Flyback DC/DC Converter Using the Leakage Inductance of the Coupled Inductor // APEC'2000. p. 979-985.

67. Chung H. S.-H., Cheung W.-L., Tang K.S. A ZCS Bidirectional Flyback DC/DC Converter // IEEE Trans. Power Electron., vol.19, Nov. 2004. p. 1426-1434.

68. Watson R., Lee F., Hua G. Utilization of an Active-clamp Circuit to Achieve Soft Switching in Flyback Converters // IEEE Trans. Power Electron., vol.11, Jan. 1996. p.162-169.

69. Farrington R., Jovanovic M. M., Lee F. C. A new family of isolated converters that uses the magnetizing inductance of the transformer to achieve zerovoltage switching // IEEE Transactions on Power Electronics. 1993, vol. 8, No.4. p. 535-545.

70. Hua G., Sabate J., Lee F. C. Novel Zero-voltage-transilion PWM Converters DC/DC Converter for High Power Applications // IEEE APEC Rec., 1994. p. 143-149;

71. Ayyanar R., Mohan N; Novel Soft-Switching DC-DC Converter with Full ZVS-Range and Reduced Filter Requirement-// IEEE Transactions on Power Electronics. Mar. 2001, Vol. 16, no. 2. p. 184-192.

72. Jang Y., Jovanovic M.M. A New Family of Full-Bridge ZVS Converters//IEEE Transactions on Power Electronics. May 2004, Vol; 19, No. 3. p. 701-708.

73. Watson, R., Lee F.C. A soft-switched, full-bridge boost converter employing an active-clamp circuit // PESC '96 Record., 27th Annual IEEE vol.2, p. 1948-1954.

74. Gang Y., Alian Ch., Xiangning H; Soft switching circuit for interleaved boost converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 2007, vol. 22, No. 1. p. 80-86.

75. Canesin C.A., Barbi I. Comparison of experimental losses among six different topologies for a 1.6 kW boost converter, using IGBTs // PESC '95 Record., 26th Annual IEEE, Vol.2, p. 1265-1271.

76. Шёргин B.E., Вольский С.И., Петрашевская A.A., Скороход Ю.Ю. Математическая модель высоковольтного? преобразователя с дополнительным контуром комм^ации // Электричество. 2010; №>8. с. 25—33.

77. Патент РФ №2009148326 от 25.12.2009. Преобразователь напряжения постоянного тока / Шергин В. Е., Вольский С. И., Скороход Ю. Ю.

78. Бут Д. А. Основы электромеханики. М.: изд-во МАИ, 1996. 467 с.

79. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для электромех. спец. вузов / Под ред. И. П. Копылова. М.: Высш. шк., 1989. 352 с.

80. Импульсные электрические цепи и цепи с периодически меняющимися параметрами. Часть I / под ред. С.П. Колосова. М.: изд-во МАИ, 1974. 78 с.

81. Импульсные электрические цепи и цепи с периодически меняющимися параметрами. Часть II / под ред. С.П. Колосова. М.: изд-во МАИ, 1976. 48 с.

82. Лутидзе Ш. И., Мерабишвили П. Ф., Зиновьев Г. С., Барский В. А. Анализ электромагнитных процессов в устройствах преобразовательной техники. Киев: ИЭД АН УССР, Препринт-544, 1987. 47 с.

83. Жуйков В. Я. Методы анализа преобразовательных устройств, ориентированных на определенные классы схем // Техническая электродинамика, 1983, №1. с. 33-39.

84. Зиновьев Г. С. Методы анализа установившихся и переходных процессов в вентильных преобразователях. Новосибирск: изд-во НЭТИ, 1975. 91 с.

85. Жарков Ф. Л., Соколов В. А. Цепи с переменными параметрами. М.: Энергия, 1976. 224 с.

86. Жуйков В. Я., Коротеев И. Е. Алгоритм анализа электрических схем с переменной структурой // Электричество. 1991, №3. с. 35-39.

87. Лившиц А. Л., Otto M. Ш. Импульсная электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1983. 352 с.

88. Жуйков В. Я., Сучик В. Е. Анализ процессов в преобразователях с некратным соотношением периодов работы ключей и внешних воздействий // Повышение качества электрической энергии. Киев: Наукова думка, 1983. с. 126-131.

89. Aprille Т. J., Trick Т. N. Steady state analysis of nonlinear circuits with periodic inputs // IEEE, 1972, vol. 60, № 1. p. 108-114.

90. Немцов M.B. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с.

91. Steimel A. Elektrische Triebfahrzeuge und ihre Energieversorgung. München: Oldenbourg Industrieverlag, 2004. 368 S.

92. Хныков A.B. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов. M.: Солон-Пресс, 2003. 112 с.

93. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Практическое руководство. М.: ФПО НТТ, 2003. 71 с.

94. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Библиотеки элементов и макросов. М.: ФПО НТТ, 2003. 43 с.

95. Duijsen P. J. CASPOC 2001 (A simulation Odyssey). Alphen, The Netherlands, 2001. 235 p.

96. МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

97. Москва, Волоколамское шоссе,4

98. Телефон: 158-58-62, 158-42-80 « 23 » марта 2011 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Шергина Валерия Евгеньевича «Статический преобразователь на базе повышающего промежуточного звена»