Гражданская продукция

Одним из важных направлений работ АО «ВНИИ «Сигнал» является разработка и изготовление регулируемых приводов и систем электропитания

Направления работ по преобразованию энергии

Основными элементами силового преобразования энергии в РП и СЭП являются: генераторы, двигатели, статические преобразователи энергии (СПЭ).

Классификация СПЭ разработки АО «ВНИИ «Сигнал»

Для управления синхронными двигателями применяются:

  • принцип частотно-токового управления, позволяющий задавать необходимую скорость вращения двигателя и величину выходного момента путем формирования тока статора двигателя;
  • принцип векторного управления, позволяющий сохранять максимальной величину выходного момента;
  • принцип подчиненного регулирования, при котором работа каждого внутреннего контура подчиняется внешнему. Достоинствами такого способа построения является простота расчёта и настройки.

Сами двигатели СДМ имеют встроенные средства измерения электромагнитных параметров, что позволяет улучшить регулировочные характеристики, повысить точность и быстродействие регулируемых приводов. Использование для возбуждения СДМ высококоэрцитивных магнитов позволяет обеспечить их КПД на уровне (94 – 97) % и повысить удельную мощность (мощность на единицу массы) по сравнению с гидроприводом и электроприводом с двигателем постоянного тока в 2 – 4 раза. Отсутствие щеточно-коллекторного узла позволяет увеличить ресурс работы, который лимитируется в данном случае практически только износом подшипников, в 3 – 5 раз по сравнению с гидроприводом и в 8 – 10 по сравнению с малоинерционным двигателем постоянного тока серии ЭДМ.

В состав СПЭ входит микропроцессорная система управления (МСУ), которая в совокупности со встроенными в СДМ датчиками позволяет реализовать наиболее эффективные алгоритмы управления, контроля, настройки как СПЭ, так и привода в целом.

Для ряда артиллерийских комплексов и систем азимутального вращения базе СДМ разработаны модульные блоки, включающие непосредственно сам СДМ, а также электромагнитный тормоз, датчики угла, скорости, и промежуточный редуктор между СДМ и объектом регулирования. Такое решение практически исключает люфты, кинематические погрешности, упругие деформации между составными элементами и уменьшает суммарную массу исполнительного механизма.

Основные характеристики синхронных двигателей СДМ и модулей на их базе:
Тип / Параметр СДМ 3,0 – 1,5 – 220 СДМ 12 – 3,0 – 220 СДМ 12 – 3,0 – 127 СДМ 12 – 5,5 – 220 СДМ 24 – 6,0 – 220 АЮИЖ… 001 АЮИЖ… 002 АЮИЖ… 006 АЮИЖ… 007
Номинальный момент на валу, Н•м 3 12 12 12 24 117 143 26 24
Коэффициент перегрузки по моменту 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Номинальная частота вращения, об/мин. 1500 3000 3000 5500 6000 380 5460 6000 6000
Номинальная мощность, кВт 0,55 3,7 3,7 7,0 15 3,77 6,9 15 15
Момент инерции ротора, кг•м2 0,0009 0,0018 0,0018 0,0018 0,0034 0,00181 0,00181 0,00764 0,00764
Габаритные размеры, мм 245 × 225 × 193 362 × 225 × 193 362 × 225 × 193 362 × 225 × 193 410 × 270 × 240 580 × 260 × 255 435 × 271 × 274 504 × 252 × 287 445 × 252 × 287
Масса, кг 11 22 22 23 35 44 50 45 55
КПД 0,92 0,95 0,95 0,95 0,97 0,91 0,91 0,95 0,95
cos φ 0,95 0,96 0,97 0,95 0,95 0,96 0,96 0,96 0,96

Преобразователи энергии для управления синхронными двигателями построены на IGBT-транзисторах, что позволяет совместно с СДМ увеличить КПД привода в целом до уровня 88-90 % (у гидропривода – 50-60 %) и увеличить надежность.

В состав СПЭ входит микропроцессорная система управления (МСУ), которая в совокупности со встроенными в СДМ датчиками позволяет реализовать наиболее эффективные алгоритмы управления, контроля, настройки как СПЭ, так и привода в целом.

Исполнительные модули и приборы

Большую группу СПЭ, разработанных АО «ВНИИ «Сигнал», составляют встраиваемые управляемые выпрямители и инверторы.

Устройства управления и обеспечения для статических преобразователей энергии
  • Вторичные источники электропитания
  • Согласующие фильтры
  • Тормозные ключи
  • Модули микроЭВМ
  • Стабилизаторы напряжения
  • Устройства сопряжения
  • Регуляторы момента и скорости
Стабилизаторы силового электропитания
  • Количество фаз входного напряжения – 3
  • Выходное напряжение – (540 – 750) В
  • Точность стабилизации – не хуже ± 4%
  • Номинальный выходной ток – 150 А
  • Частота коммутации – до 15 кГц
  • Кратность перегрузки – 2
  • Отдача энергии в сеть – обеспечивается
  • Датчики тока – встроены
  • Гальваническая развязка управления – обеспечена
Инверторы напряжения на IGBT-модулях
  • Количество фаз – 3
  • Номинальный выходной ток – (50, 75, 100, 150) А
  • Частота коммутации – до 15 кГц
  • Кратность перегрузки – 2
  • Датчики тока – встроены
  • Гальваническая развязка управления – обеспечена

Одним из наиболее востребованных СПЭ разработки АО «ВНИИ «Сигнал» является преобразователь напряжения для вагонного кондиционера (ПНВК) мощностью 10 кВт.

ПНВК разработан по техническому заданию ОАО «Теплообменник» г. Н.Новгород и предназначен для электропитания компрессора системы охлаждения воздуха пассажирских железнодорожных вагонов (Кондиционеры МАБ-II пассажирских железнодорожных вагонов типа 47к, RIC-160).

Конкурентными преимуществами преобразователя являются лучшие потребительские качества, в частности работоспособность при температуре окружающей среды до +60 °С по сравнению с рабочей температурой до +45 °С у лучших российских аналогов.

Технические характеристики ПНВК:
ПараметрЗначение
Диапазон регулирования частотыот 40 до 60 Гц
Диапазон регулирования напряженияот 190 до 4270 В
Номинальный ток21 А
КПД0,94
Мощность10 кВт
Масса55 кг
Наработка на отказ15000 ч
Габариты, мм664 х 514 х 200 мм

Базируясь на создании СПЭ, ВНИИ «Сигнал» создал ряд гибридных систем электропитания (ГСЭП), вырабатывающих энергию для потребителей от трех источников: первичный (газовая турбина, ветроколесо, тяговый двигатель подвижного носителя), резервный (дизельный, газотурбинный двигатель и др.), электрический накопитель энергии (аккумуляторная батарея, молекулярный накопитель и др.). В ГСЭП входят: генератор, необходимые электрические преобразователи энергии и цифровая система управления, обеспечивающая управляемое оптимальное перераспределение мощности между потребителями.

Одним из важнейших элементов ГСЭП является электрогенератор (ЭГ), обеспечивающий оптимальное сочетание по скорости входного вала с валом первичного двигателя и по выходным сигналам с первичными СПЭ.

Параметры электрогенераторов ГСЭП:
Параметры / Наименование ГСЭП Жаворонок СЭП – 0,3 СЭП - 12
Номинальная скорость ротора, об/мин. 300 20000 12000
Максимальная рабочая скорость ротора, об/мин. 360 25000 15000
Минимальная рабочая скорость ротора, об/мин. 120 7500 5000
Выходная мощность при номинальной скорости, кВт 30 0,3 8,5
Выходное напряжение 3 фазы, 380 В, 50 Гц 3 фазы, В, 2 кГц 3 фазы, 400 В, 2 кГц
КПД в номинальном режиме 0,95 0,9 0,9
Масса, кг 500

При разработке как отдельных элементов ГСЭП, так и системы в целом главное внимание уделяется оптимальному сочетанию их с первичными источниками и потребителями энергии, обеспечению высокого КПД и показателей надежности.

Создание гаммы подобных ГСЭП обеспечивает создание эффективных технологий автономного и гарантированного электроснабжения.

Так ГСЭП с турбогенераторами позволяют получить электроэнергию практически на любых газораспределительных станциях (ГРС), газораздаточных пунктах (ГРП), котельных, ТЭЦ практически без дополнительных затрат природных ресурсов за счет преобразования энергии, выделяющейся при редуцировании давления природного газа. При этом отпадает необходимость разработки и согласования проектов привязки ГРС и ГРП к электросети, прокладки электролиний на десятки километров. Появляется возможность автоматизации ранее неэлектрофицированных ГРС, ГРП, сокращается число дежурных и затраты на объезд ГРС, ГРП.

ГСЭП с отбором мощности от вала тягового двигателя необходимы практически для всех мобильных рабочих и боевых комплексов, где требуется управлять большим числом рабочих органов, используя лишь энергию первичного тягового двигателя.

ГСЭП с ветроколесом востребуемы сегодня многими потребителями, но, к сожалению, работы по созданию эффективной ГСЭП далеко не завершены.

ГСЭП разработки АО «ВНИИ «Сигнал» используется в составе ветродизельного комплекса «Жаворонок».

Состав системы электроснабжения ветроэнергетической установки:

  • Генератор синхронный
  • Преобразователь напряжения
  • Блок аккумуляторных батарей
  • Трансформатор

Назначение: система электроснабжения предназначена для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии вращения ротора ГС, преобразования энергии резервного и буферного источников и обеспечения внешних потребителей трехфазным переменным током частотой 50 Гц, напряжением 380 В (по четырехпроводной схеме с глухозаземленной нейтралью), с качеством электроэнергии по ГОСТ 13822-82, а также собственных потребителей комплекса во всех режимах эксплуатации.

Высокие требования к перспективным комплексам, включая повышение энерговооруженности, маневренности, надежности, снижение массогабаритных характеристик, расхода топлива ставят задачу создания высокоинтегрированных, помехозащищенных, высокоэкономичных систем электроснабжения и их составных частей.

Имея большой опыт по разработке СПЭ и СЭП предприятие готово к тесному сотрудничеству в этой области с отечественными и зарубежными заказчиками.

Наверх
  • ОАО «ЗиД»
  • ОАО «Мотовилихинские заводы»
  • ФГУП «Конструкторское бюро точного машиностроения им. А. Э. Нудельмана»
  • ОАО «МЕТРОВАГОНМАШ»
  • ОАО «ВНИИС»
  • ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА»