Устройство запуска и электропитания стационарного плазменного двигателя

• Автор: Михайлов, Максим Валентинович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Аннотация
Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель (СПД), система питания и управления (СПУ); устройство запуска и электропитания; модель каналов электропитания; термодроссель; нагреватель катода; электрод поджига; канал разряда анод - катод (А - К).
Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель, направления исследований, научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертационной работы проведены обзор существующих типов отечественных и зарубежных СПУ и их классификация по удельной мощности и количеству обслуживаемых двигателей. Показано, что СПУ включает в себя как минимум четыре преобразователя, которые составляют устройство запуска и электропитания. Определены основные тенденции развития СПУ, построена аналитическая зависимость массы двигательной установки от выходных параметров устройства запуска и электропитания (тока и напряжения разряда А - К).
Во второй главе предложена новая структура построения преобразователей СПУ на базе совмещенного устройства запуска и электропитания с независимым регулированием выходных параметров: тока накала катода, тока разряда А - К и напряжения разряда, а также разработана методика его расчета. Обоснована эффективность предложенных схемотехнических решений с помощью метода весовых коэффициентов и критерия Стьюдента.
В третьей главе дано описание разработки интегрированной модели четырех каналов электропитания: канала А - К, нагревателя катода, электрода поджига и термодросселя с замкнутыми обратными связями, а также проведена проверка ее функционирования во всех режимах работы двигателя. На основании полученных диаграмм токов и напряжений выявлен аномальный режим работы канала стабилизации тока нагревателя катода, и предложен вариант его устранения. По результатам исследования данной модели во всех

динамических режимах и на основании “гипотезы фильтра” сделан вывод об I устойчивости системы и отсутствии критических режимов на ее элементах.
В четвертой главе проведены исследования прибора СПУ-В, построенного по разработанной схеме. Описан его состав и функциональное назначение каждого модуля, приведена схема испытаний и алгоритм его работы. На основании сравнительного анализа осциллограмм, полученных в результате экспериментального исследования прибора СПУ-В, и диаграмм, полученных при моделировании, проведена проверка адекватности модели и определена погрешность моделирования. Рассчитана удельная мощность преобразователей СПУ-В, которая на 11 % выше, чем ближайшего его аналога прибора СПУ-КГ.

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы.

В приложении 1 дано описание интегрированной модели каналов электропитания разряда А - К, нагревателя катода, электрода поджига и термодросселя со всеми условиями моделирования и временем расчета.
В приложении 2 приведен протокол огневых стыковочных испытаний прибора СПУ-В с двигателем Д-80.
В приложении 3 приведены акты о внедрении результатов исследований в разработки ФГУП “НПЦ ’’Полюс” и экспериментальное производство.
Перечень сокращений
Глава 1. Анализ требований и тенденции развития СПУ
1.1 Отечественные и зарубежные аналоги СПУ
1.2 Анализ требований, предъявляемых к СПУ
1.3 Сравнительный анализ эксплуатационных характеристик СПУ
1.4 Тенденции развития СПУ
1.5 СПД как объект электропитания
1.6 Оптимизация выходных параметров электропитания канала А - К
1.7 Выводы
Глава 2. Разработка новой структуры построения преобразователей СПУ
2.1 Разработка структуры электропитания элементов СПД на базе совмещенного преобразователя
2.2 Методика расчета основных элементов совмещенного устройства запуска
и электропитания СПД
2.3 Оценка эффективности предложенных схемотехнических решений
2.4 Выводы
Глава 3. Исследование режимов работы устройства запуска и
электропитания СПД на базе совмещенного преобразователя
3.1 Моделирование как метод проектирования и исследования электронных схем
3.2 Разработка интегрированной модели каналов электропитания А - К, нагревателя катода, электрода поджига и термодросселя
3.3 Исследования режимов работы устройства запуска и
электропитания СПД на модели совмещенного преобразователя
3.3.1 Режим холостого хода
3.3.2 Режим накала катода
3.3.3 Режим запуска (низкой проводимости)
3.3.4 Режим поддержания запуска (высокой проводимости)

Т.е. в режиме КЗ амплитуда пульсаций выходного тока не должна превышать
Л4ыхМаксимальный ток коллектора транзисторов УТ выбирается для режима перегрузки
I = + ^-), (2.20)
КГ.макс вых.кз ^ ‘
при этом потери в транзисторе вычисляются как
Р = Т —'2 П у 4- 0 5 /77 Г (і +/ 1 + —макс^бэ.нас-^т.макс Г? ?
КГ вых.кз кэ.нас » макс ? •/ кэ.макс КГ.ммак х вкл выкл / т ?
УЧ 21Э.МИП
где у, + /пыкп - время включения и выключения транзистора соответственно; /г21Эм„„ - статический коэффициент усиления тока.
Выпрямительные диоды цепи тока разряда У01 выбираются из следующих соображений:
J Т і
КО. макс вых.кз
КО. макс вх
уи, п + т
Потери в диодах определяются для номинального режима работы преобразователя
^ УГ>.оп С^вых ^ «их 17макс ?
где иЮт - падение напряжения на диоде в проводящем состоянии.
Для обратного диода УБ0 справедливы соотношения:

Т вых.кз |_ А Г
КОс.макс /л вых
( Гмакс )
Щ~=^.+А и.) Д
И1, (п + >п)
Потери в диоде определяются РУОо = У№оо„ (/ых + А7вь]х)(1 - ^ ’) ■
(УХ+ЛУ>2
Диоды в цепи размагничивания УБР рассчитываются по формулам: