Nghiên cứu bộ lọc hấp thụ cho nguồn điện trên máy bay

3
Đề tài ứng dụng các phương pháp điều khiển mới nhằm nâng
cao chất lượng điện sẽ góp phần giải quyết bài toán điều khiển cho
bộ biến đổi AC/DC nâng cao chất lượng điện trong khi cấu hình bộ
chuyển đổi cũ cổ điển vẫn đang được sử dụng và tồn tại nhiều khuyết
điểm.
5. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo trong luận
văn gồm có các chương như sau :
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN
MÁY BAY
Chương 2: BỘ LỌC HẤP THỤ CHO BỘ CHUYỂN ĐỔI
AC/DC TRÊN MÁY BAY
Chương 3: TÍNH TOÁN THAM SỐ ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC
HẤP THỤ SÓNG SIN CHO MÁY BAY.
Chương 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ



4
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN MÁY BAY

1.1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MÁY BAY:
1.1.1. Khái quát chung:
Hệ thống nguồn điện trong máy một cách tổng quát có thể
chia thành ba hình thức chính.
- Hệ thống cung cấp điện máy bay với nguồn điện một chiều
điện áp thấp;
- Hệ thống cung cấp điện máy bay với nguồn điện xoay chiều
tần số ổn định
- Hệ thống cung cấp điện máy bay hỗn hợp.
1.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống điện máy bay
- Độ bền kết cấu và độ tin cậy cao
- Khối lượng và kích thước nhỏ
- Tiện lợi và an toàn trong khai thác
- Yêu cầu về chất lượng nguồn điện
1.1.3 Phân loại hệ thống cung cấp điện máy bay
- Hệ thống cung cấp điện một chiều
- Hệ thống cung cấp điện xoay chiều
- Hệ thống cung cấp điện hỗn hợp
1.1.4 Hệ thống nguồn điện xoay chiều trong máy bay
Máy phát điện IDG

5

Hình 1.5 -Sơ đồ máy phát điện xoay chiều trên máy bay Boeing
767
1.1.5 Hệ thống nguồn điện một chiều trong máy bay A330
Trong máy bay dân dụng ngày nay, thay thế cho máy phát
điện một chiều, người ta sử dụng các bộ chỉnh lưu biến thế để biến
đổi nguồn điện xoay chiều từ máy phát IDG thành nguồn điện một
chiều cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
Hệ thống nguồn điện một chiều trong máy bay bao gồm các hệ
thống sau:
- Hệ thống điện một chiều chính
- Hệ thống điện một chiều dự phòng
+ Máy bay với nguồn cấp dự phòng 30 phút.
+ Máy bay với nguồn cấp dự phòng 90 phút.
- Hệ thống khởi động động cơ phụ APU từ TRU
- Hệ thống điện một chiều nguồn acquy và hệ thống sạc
1.1.6 Chỉnh lưu biến áp (Transformer Rectifier Unit:
TRU)

6
- Mục đích và chức năng
- Hệ thống biến áp chỉnh lưu cung cấp nguồn điện một chiều
được chuyển đổi từ nguồn xoay chiều chính. Các thành phần của hệ
thống bao gồm các khối chỉnh lưu biến áp TRU's, khối điều khiển
kết nối một chiều DC, và rơ le kết nối một một chiều.
- Máy bay với động cơ phụ APU được khởi động từ TRU:
Động cơ phụ một chiều APU khởi động cho động cơ APU, nhận
nguồn một chiều từ TRU.
- Sơ đồ lắp đặt và các thành phần trong TRU
- Bộ chỉnh lưu biến áp:
- Nguồn điện một chiều cung cấp bởi chỉnh lưu biến áp chính
(mains TRU):
- Nguồn chỉnh lưu biến áp TRU khởi động động cơ phụ APU
- Hoạt động chỉnh lưu TRU

Hình 1.10 Chỉnh lưu biến áp TRU
Đáp ứng điện áp:

7

Hình 1.11 - Đồ thị điện áp bộ chỉnh lưu biến thế 12 xung
1.2. SÓNG ĐIỀU HÒA TẠI PHỤ TẢI MÁY BAY
1.2.1. Giới thiệu chung
1.2.2. Các nguồn tạo sóng điều hòa tại phụ tải máy bay:
- Máy biến áp
- Động cơ
- Các bộ chuyển đổi điện tử công suất
1.2.3. Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao:
- Với các thiết bị đo: ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo,
làm cho kết quả đo bị sai lệch. Đây là tác hại cực kỳ nguy hiểm trên
máy bay.
- Với tụ điện: làm cho tụ bị quá nhiệt và trong nhiều trường
hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi.
- Các sóng điều hòa bậc cao còn làm các thiết bị sử dụng điện
và đèn chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến con người.
- Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông

8
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chương một đã trình bày cơ bản về phụ tải điện máy bay,
nguồn cung cấp, các máy phát điện, các bộ chuyển đổi AC/DC. Để
giảm lượng sóng hài này phương pháp đang được dùng phổ biến là
bộ chỉnh lưu 12 xung, tuy nhiên phương pháp này có một nhược
điểm là sử dụng máy biến áp, gây cồng kềnh, tăng khối lượng bay
đồng thời chất lượng lọc sóng hài thấp và không thể điều khiển điện
áp DC.


9
CHƯƠNG 2 :
BỘ LỌC HẤP THỤ CHO BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/DC
TRÊN MÁY
2.1 BỘ LỌC THỤ ĐỘNG
2.1.1 Cấu trúc bộ lọc thụ động
- Bộ lọc RC
- Bộ lọc LC
- Các dạng bộ lọc:
 Bộ lọc thông dãi (band pass filter):
 Bộ lọc thông cao (high-pass filter):

a) b) c) d)
Hình 2.3 - Các hình thức bộ lọc thụ động
2.1.2 Những tồn tại của bộ lọc thụ động
Bộ lọc thụ động với các cuộn kháng và tụ điện có kích thước
lớn cùng với nhược điểm không thích nghi được trong điều kiện tần
số nguồn điện thay đổi.Với lý do này, nên bộ lọc thụ động hạn chế
dùng trên máy bay.

10
2.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/DC VỚI LỌC HẤP THỤ CHO HỆ
THỐNG ĐIỆN MÁY BAY
2.2.1 Cấu trúc trạm chuyển đổi AC/DC với bộ đệm hấp
thụ:

Hình 2.11 – Cấu trúc bộ chuyển đổi AC/DC với bộ lọc hấp thụ
2.2.2 Sơ đồ thay thế bô chuyển đổi AC/DC với bộ lọc hấp
thụ:

Hình 2.19 – Sơ đồ thay thế bộ chuyển đổi AC/DC với bộ lọc hấp
thụ.
Trong đó trạng thái các thành phần hình 1.19 được thể hiện
trong bảng 2.2, 2.3
Bảng 2.2 – Chu kỳ đóng cắt van và điện áp V
p
, V
n

Thời gian T
a
+
T
b
+
T
c
+
T
a
-
T
b
-
T
c
-
V
p
V
n
0-T/6 0 0 0 1 0 1 V
ab
V
cb
T/6-T/3 0 1 1 0 0 0 V
ab
V
ac

T/3-T/2 0 0 0 1 1 0 V
bc
V
ac

11
T/2-2T/3 1 0 1 0 0 0 V
bc
V
ba
2T/3-5T/6 0 0 0 0 1 1 V
ca
V
ba

5T/6-T 1 1 0 0 0 0 V
ca
V
cb


Bảng 2.3- Trạng thái i
p
, i
n
, khóa chuyển mạch và diode ngược
Thời gian T
p
T
n
D
p
D
n
D
t
D
k
L
p
L
n
L
t
i
p
i
n
0-T/6 T
a-
T
c-
D
ap
D
cp
D
bn
D
b-
L
a
L
c
L
b
i
a
i
c
T/6-T/3 T
b+
T
c+
D
bn
D
cn
D
ap
D
a+
L
b
L
c
L
a
-i
b
-i
c
T/3-T/2 T
b-
T
a-
D
bp
D
ap
D
cn
D
c-
L
b
L
a
L
c
i
b
i
a
T/2-2T/3 T
c+
T
a+
D
cn
D
an
D
bp
D
b+
L
c
L
a
L
b
-i
c
-i
a
2T/3-
5T/6
T
c-
T
b-
D
cp
D
bp
D
an
D
a-
L
c
L
b
L
a
i
c
i
b
5T/6-T T
a+
T
b+
D
an
D
bn
D
cp
D
c+
L
a
L
b
L
c
-i
a
-i
b

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BỘ CHUYỂN ĐỔI
AC/DC VỚI BỘ CHUYỂN MẠCH PHÂN CHIA ĐIỆN ÁP HẤP
THỤ SÓNG ĐIỀU HÒA DÒNG SIN
Để đơn giản hóa được mô hình điện tử công suất bộ chuyển đổi
AC/DC với bộ lọc hấp thụ có cấu trúc như hình 2.11 , luận văn đưa
ra một số giả thuyết sau:
 Các thiết bị chuyển mạch được xem là lý tưởng: tức là khi có tín
hiệu chuyển đổi trạng thái nó sẽ chuyển đổi tức thời, khả năng
dẫn dòng là vô hạn khi nó mở và dòng ngược bằng không khi
khóa chuyển mạch đóng.
 Nguồn điện được coi là lý tưởng: điện trở nguồn bằng 0.
 Tất cả thiết bị thụ động xem như bất biến, tuyến tính.
Hệ phương trình vật lý hình 2.19

12
 
 
 
12
12
12
1
(2 2 ) 2.15
3
1
( 2 2 ) 2.16
3
1
( . . ) 2.17
p
p n s s s
n
p n s s s
ss
p n p n
di
V V V uV u V
dt L
di
V V V uV u V
dt L
dV V
i i u i u i
dt C R

    



     





    





Trong đó:

u
1
, u
2
là hai trạng thái điều khiển van chuyển mạch hấp thụ. Nếu van
đóng sẽ có trạng thái bằng 1, và van khóa sẽ có trạng thái bằng 0.
2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC BỘ CHUYỂN ĐỔI
AC/DC VỚI BỘ LỌC HẤP THỤ
Để đơn giản hóa được mô hình điện tử công suất bộ chuyển đổi
AC/DC với bộ lọc hấp thụ có cấu trúc như hình 2.11 , luận văn đưa
ra một số giả thuyết sau:
 Các thiết bị chuyển mạch được xem là lý tưởng: tức là khi có tín
hiệu chuyển đổi trạng thái nó sẽ chuyển đổi tức thời, khả năng
dẫn dòng là vô hạn khi nó mở và dòng ngược bằng không khi
khóa chuyển mạch khóa dòng.
 Nguồn điện được coi là lý tưởng: điện trở nguồn bằng 0.
 Tất cả thiết bị thụ động xem như bất biến, tuyến tính.
Theo sơ đồ thay thế hình 2.11, ta có các phương trình vật lý sau:
Thế phương trình (2.7) vào hai phương trình (2.4) và (2.5) ta
được:
1
2
p
n
p
di
di
V L L V
dt dt
  
(2.8)
2
2
p
n
n
di
di
V L L V
dt dt
  
(2.9)

Xem chi tiết: Nghiên cứu bộ lọc hấp thụ cho nguồn điện trên máy bay