ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАТОРОВ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. Статья Заики-4.02.2008. Особенности построения имитаторов бортовых систем электроснабжения

• Название: Особенности построения имитаторов бортовых систем электроснабжения
• Анкор: ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАТОРОВ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
• Дата: 02.11.2020
• Размер: 1.92 Mb.
• Имя файла: Статья Заики-4.02.2008.doc
• Тип: Документы; #147597

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАТОРОВ БОРТОВЫХ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Заика П.Н., к.т.н

В статье приводится возможные варианты состава функциональных узлов имитаторов бортовых систем электроснабжения постоянного тока, вытекающие из принятых методов испытаний аппаратуры и оценка их адекватности предъявляемым требованиям.
Качество электроэнергии (КЭ) системы электроснабжения (СЭС) независимо от ее функционального и структурного построения при работе на активную статическую нагрузку может удовлетворить практически всех потребителей. Однако реальная нагрузка и ее циклограмма потребления электроэнергии существенно отличается от статического режима. Это обуславливает изменение текущих значений всех показателей КЭ, воздействующих на входные цепи аппаратуры. Отсюда вытекает требование стойкости аппаратуры и обеспечения заданных функциональных характеристик при реальных значениях изменений входного напряжения, которые являются выходными параметрами системы электроснабжения.

В соответствии с действующими стандартами [2,3] все статические и динамические изменения выходного напряжения СЭС относятся к понятию качества электроэнергии (КЭ). Качество электроэнергии принято характеризовать следующими показателями:

• установившееся отклонение напряжения;

• переходное отклонение напряжения (рис.1);

• импульсные скачки напряжения (рис.2,3);

• высокочастотные составляющие (рис.4,5).

Приведенные на рис.1,2 и 3 формы кривых процессы в переходных режимах работы СЭС не соответствуют действительным. Это эквивалентная характеристика, принятая для испытания аппаратуры.

Обеспечение работоспособности аппаратуры при воздействии на ее вход указанных факторов предполагает два действия: одно – правильное задание требований и второе – соответствующая экспериментальная проверка.

Основой для формирования требований, предъявляемых к аппаратуре, являются реальные значения показателей качества электроэнергии, изложенные в нормативных документах на системы электроснабжения [2,3].

Сам состав показателей и их численные значения отрабатывались и совершенствовались в течение длительного времени. К настоя-




Рис.1 Понижение и повышение напряжения

с наличием перерыва.


Рис.2 Положительный импульс напряжения.



Рис.3 Отрицательный импульс напряжения
щему времени уже сформировался для всех систем электроснабжения постоянного тока и стал типовым. Численные значения показателей КЭ для СЭС одного номинального напряжения отличаются, что связано с физической природой систем генерирования.



Рис.4 Модуляция входного напряжения.


Рис. 5 Пульсации входного напряжения.

Принципам формирования требований к СЭС и аппаратуре, сложившимся в практике, присущи некоторые особенности, которые состоят в следующем [1]:

- требования к СЭС формируются, исходя из оптимизации ее технико-экономических показателей;

- требования к аппаратуре устанавливаются исходя из норм, действующих на ее входе, и физической возможности противостоять им без дополнительных средств защиты.

В некоторых НД требования к СЭС и к аппаратуре совмещены [2]. При разработке этих требований не всегда учитывались функциональные особенности аппаратуры и физические процессы, которые приводят к искажению стандартизованных уровней показателей качества, изложенных в НД на СЭС. Соответственно и методики по проверки работоспособности аппаратуры при заданных уровнях показателей КЭ содержат критерии, не точно отражающие процессы, протекающие во входных цепях аппаратуры. А это в свою очередь приводит к некоторой некорректности выбора критериев оценки и соответственно методики испытаний.

Разумнее было бы формулировать требования к аппаратуре не в конкретных значениях показателей КЭ, а некоторую область, ограниченную минимальным и максимальным уровнями. При этом оценка стойкости аппаратуры должна проводится путем воздействия на ее входные цепи любого значения из указанной области. Иллюстрация этого положения приведена на рис.6
Максимальное значение

U
Минимальное значение.
t
Рис.6 Область изменения показателей КЭ.
Такой подход позволяет упростить структуру имитатора и работу с ним в процессе испытаний аппаратуры.

Рассмотрим более подробно два подхода оценки Попытки создать реальное воздействие технически сложно, что обусловило переход к некоторому эквивалентному значению показанному на рис. 1,2,3.

работоспособности аппаратуры при испытаниях на стойкость к воздействию переходных отклонений напряжения. Для упрощения анализа процессов протекающих во входных цепях аппаратуры рассмотрим три случая при следующих допущениях: входные цепи аппаратуры обладают чисто активным, чисто индуктивным или чисто емкостным сопротивлениями.

Следует заметить, что в качестве входных цепей аппаратуры выступают преобразователи напряжения, на входе которых содержатся фильтры.

В момент воздействия переходного отклонения величина входного (пускового) тока будет определяться характером нагрузки входной цепи аппаратуры.

Для чисто активного характера он будет пропорционален скачку напряжения. Если напряжение увеличится в три раза, то входной ток тоже увеличится в три раза.

При чисто емкостной нагрузке ток достигает огромных значений. Он может быть в десять и более раз больше входного тока при номинальном режиме работы. Это связано с величиной емкости и месте ее положения в тракте передачи мощности: непосредственно подсоединена к входным клеммам или через дроссель.

При чисто индуктивной нагрузке с момента появления скачка напряжения ток будет медленно нарастать до установившегося значения.

Эти замечания справедливы для случаев, когда в аппаратуре не приняты специальные меры по ограничению тока или напряжения.

Процессы, протекающие во входных цепях аппаратуры описываются классическими зависимостями [4]:
для активного тока ir = (1);

для емкостного тока i_c =c (2);

для индуктивного тока iL = dt; (3).



Одним из важных вопросов является правильное задание требований к аппаратуре по сохранению работоспособности в процессе и после воздействия всех факторов качества электроэнергии.

Качественное рассмотрение можно провести с помощью кривых (рис.7), характеризующих переходное напряжение на входе аппаратуры и потребляемый ток при воздействии переходного отклонения напряжения

u

u_пер =3U_ном




U_ном




t

а

i_потр

i_пер


--------

б t
Рис.7. Кривые переходных процессов:

а – напряжения; б- тока.

Оба показанных на рисунке процесса физически одное отклонения потребляемого тока является откликом и оказывает неблагоприятное воздействие систему. Отсюда напрашивается требование к аппаратуре в следующем изложении:

- приемники электроэнергии, предназначенные для работы непосредственно от СЭС, должны обеспечивать свои выходные характеристики при значениях показателей КЭ, установленные для этой системы;

- потребляемый ток в момент воздействия переходного отклонения напряжения не должен превышать полутора кратного значения от тока, потребляемого при номинальном режиме работы.

Требования в таком изложении могут быть реализованы, если во входных цепях аппаратуры имеются узлы ограничения тока и напряжения. Качественно уровень ограничения напряжения и тока потребления на рисунке показаны пунктирными линиями. Таким образом, приведенные выше формулировки в неявном виде содержат именно эти требования. Это является принципиальным положением, так как из него следует и соответствующий метод проверки аппаратуры.

Современные требования устанавливают ограничения на уровне 5 номинальных значений от потребляемого тока при номинальном режиме работы[2].

Стандартизованная длительность переходного отклонения напряжения находится в диапазоне до 0,1 с, а длительность переходного отклонения потребляемого тока более, чем на порядок меньше.

Из соотношений (1)-(3) видно, что наиболее сложный случай имеет место при емкостной нагрузке. Это следует из того, что активное сопротивление входных цепей незначительно, поэтому им можно пренебречь при расчете входного тока. При заряде входных емкостей их постоянная времени так же незначительна.

Из правильных оценок протекающих процессов следует соответствующий вывод для создания адекватной методики, наиболее точно дающей ответ о качестве проверяемой аппаратуры. Кроме того, правильный выбор критериев немаловажное значение имеет и для выбора характеристик испытательного оборудования. Основным устройством испытательного оборудования является имитатор системы электроснабжения.

Основываясь на сделанных выводах о протекающих процессах во входных цепях аппаратуры можно сформулировать следующие требования к имитатору СЭС и его аттестации:

- мощность имитатора должна быть соизмерима с мощностью испытуемой аппаратуры или более. При наличии во входных цепях аппаратуры ограничителей напряжения и тока испытания могу проводиться с помощью имитатора меньшей мощности, чем потребляемая мощность аппаратуры. Это не сказывается на достоверности результатов;

- амплитуда переходного отклонения напряжения устанавливается на эквиваленте резистивной нагрузки, сопротивление которой по величине должно быть таким, чтобы выходная мощность, рассеиваемая на нем, соответствовала номинальной мощности имитатора;

При таком подходе методика сводится к следующим операциям:

- выставляется амплитуда на эквиваленте нагрузки;

- подача на вход аппаратуры переходного отклонения;

- измерение потребляемого тока в течение действия переходного отклонения напряжения;

Переходное отклонение напряжения контролируется осциллографом.

Если амплитудное значение потребляемого тока не превышает заданного значения и при этом не произошло других отказов, то испытания считаются положительными.

Проведенный анализ позволяет сформировать простое рабочее место для проведения испытаний аппаратуры. В подавляющем большинстве случаев питание аппаратуры осуществляется через внутренние (встроенные) преобразователи. Поэтому все процессы, протекающие во входных цепях аппаратуры, замыкаются внутри преобразователей. Это позволяет упростить процедуру испытаний, ограничившись только испытаниями преобразователей.

Упрощенная блок-схема испытательного стенда приведена на рис.8.



Рис. 8. Блок-схема стенда.

ИМ – имитатор; ДТ – датчик тока;

И – прибор для измерения

импульсного тока;

РЭА - испытуемая аппаратура.

Из дополнительного оборудования к имитатору требуется измеритель импульсного потребляемого тока и переходного отклонения напряжения. Датчик тока является простейшим прибором – калиброванный резистор. В качестве импульсного измерителя может быть использован стандартный запоминающий осциллограф.

В данной статье рассматривался только один показатель КЭ – переходное отклонение напряжения. Аналогично обстоит дело и с остальными показателями. Если имитатор обеспечивает генерацию импульсов напряжения амплитудой до 1000 В, провалов входного напряжения до нуля, высокочастотные помехи в заданном диапазоне частот изменение установившегося отклонения напряжения, то существенных методических отличий при испытаниях не будет.

Процедура калибровки и последующих измерений остается практически та же. Измерительные приборы тоже могут быть те же. Подключение их к различным точкам входа аппаратуры для измерения соответствующих показателей не меняет существа метода.

Изложенные взгляды на процедуру испытаний аппаратуры на стойкость к воздействию изменений значений показателей КЭ несколько расходится с идеологией, реализованной в государственных стандартах, поэтому данную статью можно рассматривать в порядке обсуждения.

Однако выводы, которые приводятся в статье базируются на результатах разработанных и промышленно освоенных имитаторах системы электроснабжения с номинальным напряжением 27 В. Это позволило создать ряд имитаторов следующих модификаций:

- 1-я обеспечивает испытание аппаратуры с использованием дополнительных внешних источников питания, генератора стандартных сигналов и запоминающего осциллографа;

- 2-я обеспечивает выполнение тех же операций, что и первая, но не требует генератора стандартных сигналов и запоминающего осциллографа. Регистрация процессов осуществляется выведением их на компьютер;

- 3-я выполняет все предыдущие операции без использования дополнительных внешних источников.

Первые две модификации поставляются в одноблочном исполнении, а третья в двухблочном (силовой блок и блок управления).
ЛИТЕРАТУРА
1. Заика П.Н. Методика оценки стойкости аппаратуры к воздействию изменений входного напряжения. Научно-технический сборник «Электропитание», вып. 5, С.-Петербург2005.

2. ГОСТ 19705- 89.

3. ГОСТ В21999-86.

4. Кублановский Я.С. Переходные процессы. «Энергия», М.,74.