№ 5 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Периодический рецензиру-

емый научно-техничекий жур-

нал «Электроника и электро-

оборудование транспорта»,

коллективный член Академии

Сидоров Б.Н., Евдокимов В.Г.

электротехнических наук РФ.

Электрические характеристики и результаты испытаний системы

зажигания для силовых установок специальных автомобилей

Выпускается Научно-произ-

водственным предприятием

Набоких В.А., Подволоцкий А.В., Висков М.Г.

«Томилинский электронный

завод».

Особенности аппаратов зажигания для двигателей

с непосредственным впрыскиванием бензина в цилиндр двигателя

Включен в перечень изданий,

рекомендованных ВАК для

Иньков Ю.М., Худоногов А.М., Смирнов В.П.

апробации диссертаций.

Мониторинг и управление вентиляцией электровозов

переменного тока

В связи со сменой учредителя

получено новое свидетельство

о регистрации СМИ

Феоктистов В.П., Иньков Ю.М., Самойлов Ю.О.

ПИ №ФС 77-29963

Повышение эффективности рекуперативного торможения

от 17 октября 2007 г.

на электровозах постоянного тока

Алексеев А.С.

Главный редактор:

Улучшение показателей качества системы автоматического

А. Г. Бабак, к.т.н.

регулирования тока электровоза с коллекторными

тяговыми двигателями

Заместитель главного

редактора:

В. Г. Никонов.

Бабак А.Г., Мишакин Н.И., Кожитов А.В., Кондратенко Т.Т.,

Курбатов А.В., Силаев И.В., Блиев А.П.

Редакционный совет:

Силовые диоды на основе монокристаллов кремния

В. В. Викулов, к.т.н.,

цилиндрической (трубчатой) формы

Н. А. Володина, д.т.н., профессор,

С. Г. Драгомиров, д.т.н.,

профессор,

Драгомиров С.Г., Драгомиров М.С., Моханнад Аль-Равашдех

Ю. М. Иньков, д.т.н., профессор,

Основные результаты исследования подсистемы холостого хода

В. К. Лозенко, д.т.н., профессор,

автомобильного двигателя с впрыском бензина

В. А. Нестерин, д.т.н., профессор,

Д. И. Панфилов, д.т.н., профессор,

Суровцев В.Н., Константинов Е.П., Краснов Д.В.

И. Б. Пешков, д.т.н., профессор.

Электропривод железнодорожной стрелки

Технический редактор:

с вентильным двигателем

Г.П. Милова.

Ермаков В.В., Козловский В.Н.

Редакция:

Выбор ключевых входных параметров типовых

Тел./факс: (495) 500-40-20,

(495) 557-23-95

конструкций автомобильных электростартерных установок

E-mail: npptez@mail.ru

на основе расчета коэффициентов влияния

Сайт: www.npptez.ru

Козловский В.Н., Евдокимов В.Г.

Отпечатано:

Проблемы повышения качества генераторной установки

ООО

с использованием дискретной или полиномиальной моделей

«АБЕЛИЯ Издательский дом»

Степанов Ю.И.

Формат 62Х94/16,

бумага мелованная,

Задачи и функции предприятий вторых поставщиков,

объем 6 п. л.,

аккредитованных в Системе сертификации «Военэлектронсерт»

тираж 1000 экз.

Николаев П.А.

Тел.: (495) 685-92-04

Обзор отказов автомобильного электрооборудования

Сайт: www.abelia.ru

при воздействии на него внешнего электромагнитного поля

О Международном авиационно-космическом салоне

«ИНТЕРАВТО» и «Мотор Шоу» 2007

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Электрические характеристики и

результаты испытаний системы зажигания

для силовых установок специальных

автомобилей

Сидоров Б.Н., д.т.н.,

силы (МДС), обра-

МАДИ (ГТУ), г. Москва

зованные токами,

S1 R1

Евдокимов В.Г., к.т.н.,

проходящими по

Дальневосточный военный институт,

обеим обмоткам,

г. Благовещенск

вычитаются, при

этом результирую-

Теоретическими исследованиями

щая МДС недоста-

была обоснована возможность соз-

точна для размы-

дания резервного коммутатора

кания

контакт-

для силовых установок специаль-

деталей. При про-

ных автомобилей, который спосо-

в о р а ч и в а н и и

бен обеспечивать работу штат-

коленчатого вала

ной системы зажигания в диапазо-

двигателя старте-

не внешних воздействий, перекры-

ром, ток, выраба-

вающих установленные требова-

тываемый датчи-

ния, и обладает высокой сохраняе-

ком импульсов,

мостью.

проходит

по

обмотке L1. Под

Разработанные математические

действием этого

зависимости позволили создать

тока

наводится

Рис. 1. Cхема электрическая принципиальная

ряд экспериментальных моделей

МДС, направлен-

экспериментального коммутатора.

коммутатора, в качестве коммути-

ная в ту же сторо-

рующего элемента которых исполь-

ну, что и суммарная подмагничиваю-

последние размыкаются, обрывая

зованы герметичные магнитоупра-

щая МДС. Под действием результи-

ток цепи низкого напряжения.

вляемые контакты с ртутным напол-

рующей МДС контакт-детали размы-

Одновременно во вторичной цепи

нением.

каются, коммутируя ток первичной

генерируется импульс высокого

На рис.1 представлен подвергну-

цепи. В случае выхода из строя дат-

напряжения. Под действием сил

тый исследованиям вариант систе-

чика импульсов переключателем S3

упругости контакт-детали замыкают-

мы зажигания с предлагаемым ком-

обмотки L1 и L2| подключаются

ся и процесс повторяется.

мутатором.

последовательно друг другу. МДС,

Для обеспечения максимальной

Предлагаемый вариант резервно-

образованные токами обеих обмо-

мощности управления, омическое

го коммутатора обеспечивает фун-

ток, складываются, и значение

сопротивление управляющей об-

кционирование системы зажигания в

результирующей

двух режимах - синхронном и непре-

МДС достаточно

рывного искрообразования. В слу-

для коммутации

мин^-1

260

чае отказа только транзисторного

контакт-деталей.

коммутатора возможна коммутация

При включении

250

цепи низкого напряжения в синхрон-

переключателя S1

ном режиме. Так как сигнал, посту-

в цепи низкого

240

пающий от датчика импульсов, имеет

напряжения поя-

230

недостаточную мощность, то для

вляется ток. При

повышения чувствительности кон-

достижении МДС,

220

10³

такт-деталей к управляющему воз-

образованной

4,5

5,5

6,5

действию необходимо использовать

токами

обеих

подмагничивающую обмотку. Для

обмоток, значе-

этой цели в данной схеме использо-

ния, достаточного

ваны обмотки L2 и L2|, подключен-

для срабатывания

Рис. 2. Зависимость частоты вращения ротора датчика

ные встречно. Магнито-движущие

контакт-деталей, импульсов от количества витков управляющей обмотки.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Гц

кВ

300

Гц

200

260

100

240

220

200

100

120

150

200

- значения вторичного напряжения;

- значения частоты коммутаций контакт - деталей.

Рис. 3. Зависимость частоты коммутации первичного

Рис. 4. Зависимость вторичного напряжения и частоты

тока от количества витков управляющей обмотки. коммутаций от напряжения питающей сети.

мотки должно быть равно внутрен-

С целью обеспечения надежного

поле благоприятных режимов, с

нему сопротивлению генератора

искрообразования на пусковых

другой

(рис.

3). По результатам

импульсов. Однако управляющая

частотах, количество витков упра-

исследования определено, что

обмотка при одном и том же сопро-

вляющей обмотки должно обеспечи-

рациональным может считаться

тивлении может иметь различное

вать стабильную коммутацию при

количество витков управляющей

количество витков, и, следователь-

минимальной частоте вращения дат-

обмотки, при котором частота

но, различную конфигурацию маг-

чика ротора импульсов. Для данной

искрообразования равна

250 Гц.

нитной цепи. Анализ полученных

системы рациональное количество

Именно в этом случае контакт-дета-

экспериментальным путем зависи-

витков управляющей обмотки соста-

ли работают в диапазоне частот,

мостей свидетельствует о том, что с

вило

5500, т.к. при меньшем или

рекомендованном заводом-изгото-

увеличением количества витков

большем количестве витков увели-

вителем, а максимальное значение

управляющей обмотки частота вра-

чивается частота вращения ротора

вторичного напряжения достига-

щения датчика ротора импульсов,

генератора, при которой наблюда-

ет

23 кВ, что гарантирует воспла-

при которой происходит срабаты-

ется устойчивое искрообразование.

менение рабочей смеси на всех

вание, уменьшается, что связано с

Количество витков управляющей

режимах работы. В то же время на

возрастанием магнитодвижущей

обмотки, подключенной последова-

пусковых частотах наблюдается

силы внутри обмотки

(рис.

2).

тельно для обеспечения режима

дополнительная многократная гене-

После достижения минимального

непрерывного искрообразования,

рация искрового разряда, улучшаю-

значения, при дальнейшем увеличе-

определено из соображения дости-

щая условия пуска двигателя.

нии количества витков управляю-

жения максимальной частоты ком-

При функционировании системы

щей обмотки, частота вращения

мутации контактов, при которой

зажигания напряжение питающей

ротора

датчика, при которой

обеспечивается значение вторично-

сети может колебаться в широком

наблюдается стабильная коммута-

го напряжения, гарантирующее вос-

диапазоне, а на пусковых режимах

ция контакт-деталей, возрастает,

пламенение рабочей смеси в цилин-

снижаться до

6В. Поэтому было

вследствие увеличения внутреннего

драх двигателя, с одной стороны, и

исследовано

влияние частоты

сопротивления управляющей цепи.

функционирование контактов в

искрообразования и значения вто-

кВ

45 1

-1

200

400

600

800

1000

1200

мин

1600

Рис. 5. Зависимость вторичного напряжения от емко- Рис. 6. Рабочие характеристики систем зажигания.

сти искрогасительного конденсатора.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

кВ

100

125

150

мин^-

200

Рис. 7. Пусковые характеристики систем зажигания.

Рис. 8. Зависимость углов опережения зажигания от отно-

сительной частоты вращения коленчатого вала двигателя.

ричного напряжения в автоколеба-

занном значении емкости искрога-

ния ротора датчика импульсов

тельном режиме от значения напря-

сительного конденсатора напряже-

обеспечивает вторичное напряже-

жения питающей цепи (рис. 4.).

ние вторичной цепи максимально

ние, сравнимое с вторичным напря-

С изменением напряжения пита-

(рис. 5).

жением бесконтактной системы

ющей цепи, изменение частоты ком-

Значения вторичного напряже-

зажигания, и существенно превыша-

мутаций незначительно, а уменьше-

ния, приведенные на рис. 5, получе-

ет значение пробивного напряже-

ние вторичного напряжения в зави-

ны при частоте вращения ротора

ния (12-14 кВ). А вторичное напря-

симости от напряжения питающей

генератора

1,5.103 мин^-1. Перво-

жение системы зажигания с резерв-

цепи происходит по экспоненте,

начальное повышение вторичного

ным коммутирующим устройством

ввиду того, что с уменьшением

напряжения с увеличением емкости

во всех точках рабочей характери-

частоты искрообразования возра-

искрогасительного конденсатора

стики изменяется аналогично вто-

стает время, в течение которого

объясняется увеличением скорости

ричному напряжению бесконтак-

происходит накопление энергии в

убывания тока первичной цепи и

тной системы зажигания.

катушке зажигания. Для уменьше-

уменьшением потерь энергии на

На рис. 7 представлены пусковые

ния искрообразования первона-

искрообразование при размыкании

характеристики системы зажигания

чально, параллельно контактирую-

контактов. Последующее снижение

в штатном режиме и с резервным

щим парам, устанавливался искро-

вторичного напряжения, при повы-

коммутатором. Вторичное напряже-

гасительный конденсатор. При

шении емкости конденсатора,

ние системы зажигания с резерв-

таком включении, для обеспечения

вызвано увеличением времени заря-

ным коммутатором несколько ниже

минимального искрообразования,

да, в течение которого вторичное

вторичного напряжения бесконтак-

емкость конденсатора должна рав-

напряжение успевает снизиться.

тной системы зажигания, что объяс-

няться 2 мкФ. Однако во время ком-

Исследование

электрических

няется

увеличением искрения

мутаций, при замыкании контакти-

характеристик резервной системы

между контакт-деталями при низ-

рующих пар, разрядный ток не

зажигания имело целью определить

кой частоте коммутации как за счет

ограничивался, вследствие чего

зависимость вторичного напряже-

увеличения тока разрыва, так и за

плотность тока в месте контакта

ния, вырабатываемого системой

счет уменьшения скорости движе-

была значительной, что существен-

зажигания в поле рабочих частот

ния подвижного электрода, а также

но понижало ресурс и приводило к

вращения коленчатого вала. Изме-

несколько большим сопротивлени-

залипанию контакт-деталей. В

рение вторичного напряжения

ем цепи тока низкого напряжения. С

связи с вышеизложенным, конден-

системы зажигания с предлагаемым

увеличением частоты вращения

сатор С1 был подключен параллель-

коммутатором проводилось во всем

ротора датчика импульсов возра-

но последовательно соединенным

диапазоне частот вращения ротора

стает вторичное напряжение, выра-

обмотке управления и контакт-дета-

датчика импульсов, в сравнении с

батываемое резервной системой

лям. При таком подключении ток

вторичным напряжением, выраба-

зажигания, что вызвано увеличени-

разряда конденсатора ограничи-

тываемым штатной системой зажи-

ем МДС, воздействующей на кон-

вался сопротивлением управляю-

гания. На рис. 6 представлены рабо-

такт-детали, повышением скорости

щей обмотки, а емкость конденса-

чие характеристики систем зажига-

отхода контактирующих поверхно-

тора, обеспечивающая наименьшее

ния при работе с резервным комму-

стей и, как следствие, приводит к

искрообразование, снизилась до

татором и в штатном режиме.

снижению потерь энергии в искро-

0,25 мкФ. Исследование зависимо-

Анализ рабочих характеристик

вом зазоре.

сти вторичного напряжения от

показывает, что система зажигания

Характеристики углов опереже-

емкости искрогасительного конден-

с резервным коммутатором во всем

ния зажигания определялись на

сатора подтвердило, что при ука-

диапазоне рабочих частот враще-

стенде СПЗ-8М при его работе в

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

режиме измерения угла искрообра-

зования.

Как видно из полученных харак-

теристик, при управлении коммута-

цией от датчика импульса происхо-

дит запаздывание угла опережения,

при работе с резервным регулято-

ром, относительно угла опережения

бесконтактной системы во всем

диапазоне частот вращения датчика

импульсов (рис. 8).

Момент коммутации определяет-

ся положительным импульсом дат-

чика после максимума напряжения

импульса, что объясняется задерж-

кой магнитного поля управляющей

катушки относительно напряжения

датчика и конечной скоростью дви-

жения электродов.

В любом случае, при работе

системы зажигания с резервным

коммутатором в синхронном режи-

ме требуется корректировка уста-

новочного угла опережения зажига-

ния. Эффективные показатели дви-

гателя при работе с резервной

системой на синхронном режиме

Рис. 9. Скоростные характеристики при работе двигателя с различными

сравнивались с эффективными

системами зажигания.

показателями двигателя при работе

со штатной системой зажигания и

режимом непрерывного искрообра-

зования.

Переключение системы зажига-

ния с транзисторного коммутатора

на резервный осуществлялось при

помощи тумблера, что обеспечива-

ло идентичное состояние силовой

установки при работе с различными

системами. Анализ полученных ско-

ростных характеристик позволяет

сделать следующие выводы: рас-

хождение значений крутящего

момента (Мк), эффективной мощно-

сти (No), часового(Gт) и удельного

расхода топлива(Qe) при работе

двигателя со штатной системой

зажигания с резервным коммутато-

ром в режиме синхронного искро-

образования (кривые 1 и 2) незна-

чимы и находятся в пределах точно-

сти измерений, т.е. эффективные

показатели двигателя на указанных

режимах одинаковы (рис. 9).

При работе двигателя с резерв-

ной системой зажигания, обеспечи-

вающей искрообразование в авто-

колебательном режиме, эффектив-

ные показатели снижаются в сред-

Рис. 10. Нагрузочные характеристики при работе двигателя с различными

нем на 10 - 20 %, что связанно со

системами зажигания

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

случайным характером генерации

искры в цилиндрах независимо от

установленного момента зажига-

ния.

Анализ нагрузочных характери-

стик двигателя при его работе с

исследуемой системой зажигания

коленчатого вала показывает, что

эффективные показатели двигателя

при работе со штатной и предлагае-

мой системой зажигания, в случае

работы последней в синхронном

режиме, практически не отличаются

(отличаются в пределах ошибки

Рис. 11. Зависимость частоты коммутаций контакт-деталей от темпера-

измерения) во всем диапазоне

туры.

частот вращение коленчатого вала

(рис.10). При работе предлагаемой

системы зажигания в режиме непре-

рывного искрообразования эффек-

тивные показатели силовой установ-

ки существенно снижается, т.к.

наблюдаются пропуски в работе

цилиндров в связи с несвоевремен-

ным воспламенением или отсутстви-

ем воспламенения в цилиндрах дви-

гателя. В таком режиме, в зависимо-

сти от частоты вращения коленчато-

го вала двигателя, крутящий момент

снижается на 6 - 20 %, мощность -

на 18 - 20 %, удельный расход топ-

лива повышается на 8 - 30 %. Таким

образом, показатели силовых уста-

Рис. 12. Зависимость относительного значения вторичного напряжения от

новок с резервной системой зажига-

температуры.

ния соответствуют аналогичным

показателям со штатной системой

Температура внутри климатической

пуска, так как в момент сжатия

зажигания. При работе резервной

установки фиксировалась на уровне

обеспечит генерацию до пяти

системы зажигания в автоколеба-

-500С.

Исследуемые образцы

искровых разрядов. После пуска и

тельном режиме показатели сило-

выдерживались в течение пяти

прогрева двигателя, а, следователь-

вой установки превышают аналогич-

часов, после чего проверялась их

но, прогрева коммутирующего эле-

ные показатели штатной системы

способность к коммутации тока

мента, для достижения двигателем

зажигания во время работы со штат-

первичной цепи в синхронном режи-

номинальных показателей необхо-

ным аварийным вибратором на 5%

ме и режиме непрерывного искро-

димо перейти на синхронный режим

вследствие увеличения частоты

образования. Испытуемые образцы

искрообразования.

искрообразования и возрастания

оказались неспособны к работе в

Исследование зависимости вто-

верности пробоя искрового проме-

режиме синхронного искрообразо-

ричного напряжения на режиме

жутка в требуемый момент времени.

вания, в указанных условиях, вслед-

пуска от воздействия температур

Необходимость испытания систе-

ствие недостаточной мощности

показало, что резервная система

мы зажигания с резервным комму-

управляющего сигнала, поступаю-

остается работоспособной во всем

татором при воздействии низких

щего от датчика импульсов при

требуемом интервале (рис. 12).

температур вызвано тем, что темпе-

пусковых частотах, в то время как

Таким образом, предлагаемый

ратура застывания ртути соответ-

устойчивое искрообразование в

резервный коммутатор обеспечива-

ствует

390С (234 К), а требование

автоколебательном режиме наблю-

ет работу силовой установки во

нормативных документов предписы-

далось во всём диапазоне темпера-

всем диапазоне возможных внеш-

вают обеспечение работоспособно-

турных воздействий (рис. 11).

них воздействий, при поддержании

го состоянием систем электрообо-

Пуск двигателя в условиях низ-

требуемого уровня ее характери-

рудования при температуре окру-

ких температур рекомендуется осу-

стик, и может быть использован для

жающей среды - 500С.

ществлять при работе системы

обеспечения работоспособности

Исследования проводились на

зажигания в автоколебательном

автомобилей в особых условиях

климатической установке

«Tabai».

режиме, что увеличит вероятность

эксплуатации.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Особенности аппаратов зажигания

для двигателей с непосредственным

впрыскиванием бензина в цилиндр

двигателя

Набоких В.А., к.т.н., профессор,

ным аппаратам зажигания для мно-

тветствии с теорией Балагурова В.

Подволоцкий А.В., Висков М.Г.,

гоцилиндровых двигателей. В этих

А. приведена на рис.

1. Решение

МГТУ «МАМИ», г. Москва

системах зажигания применяются

дифференциальных уравнений этой

высокочастотные, индивидуальные

схемы для первичного и вторичного

В статье рассмотрены способы

катушки зажигания на свечи зажи-

контуров показывает, что макси-

зажигания топливной смеси в

гания, которые могут обеспечивать

мальная величина вторичного

камере сгорания бензинового дви-

многоискровое зажигание.

напряжения достигается, когда вся

гателя при применении процесса

Такие высокочастотные катушки

электростатическая энергия заряд-

непосредственного впрыскивания

зажигания широко применялись на

ного конденсатора без потерь

топлива. Приведены материалы по

авиационных поршневых и реактив-

перейдет в электростатическую

энергетическим параметрам высо-

ных двигателях. Основой высокоча-

энергию вторичной цепи. Это воз-

кочастотных катушек зажигания

стотных аппаратов систем зажига-

можно при резонансе первичного и

и возможная конструктивная

ния являются два взаимосвязанных

вторичного контуров и коэффици-

схема катушки.

колебательных контура, а источни-

енте связи обмоток, близком к 1.

ком начальной энергии - зарядный

Разрядный процесс высокоча-

Совершенствование бензиновых

конденсатор, разряжающийся на

стотных аппаратов систем зажига-

двигателей внутреннего сгорания

первичную обмотку высокочастот-

ния так же, как в батарейных систе-

определило применение непосред-

ной катушки. Высокочастотные

мах зажигания содержит емкостную

ственного впрыскивания бензина в

аппараты зажигания мало чувстви-

фазу и индуктивную. Емкостная

цилиндр двигателя. Применяется

тельны к шунтирующим сопротивле-

фаза разряда высокочастотной

несколько способов зажигания

ниям на свечах зажигания, так как

катушки зажигания из-за малой

впрыскиваемого в камеру сгорания

импульсы высокого напряжения

величины распределенной вторич-

топлива. Одним из способов являет-

имеют крутой фронт и снижают эро-

ной емкости имеет длительность

ся зажигание впрыскиваемого топ-

зию электродов свечей зажигания.

десятые и сотые доли микросекун-

лива в непосредственной близости

Электрическая эквивалентная

ды, малое значение энергии, до

от свечи зажигания, что требует

схема рабочего процесса высокоча-

одного мили-джоуля

(достаточное

очень жесткой геометрической ори-

стотной системы зажигания в соо-

для образования канала искрового

ентации свечи зажигания относи-

тельно топливной форсунки и точ-

ной направленности струи впрыски-

ваемого топлива в камеру сгорания.

R₁

R₂

Другим способом является зажига-

ние топливной смеси, движущейся к

ⁱR_ш

i₁

i₂

C₂

свече зажигания в виде направлен-

ного вихря. Вихрь образуется

C₁

L₁

L₂

C₂

R_ш

впускным каналом и камерой в пор-

шне. Эти способы зажигания не

всегда обеспечивали надежное вос-

пламенение при применении инди-

видуальных катушек зажигания на

свечу, не смотря на применение

Рис. 1. Электрическая схема замещения высокочастотной катушки

магнитов высоких энергий в сердеч-

зажигания в период нарастания вторичного напряжения:

нике и коммутацию больших по

L1 и L2 - индуктивности первичной и вторичной обмоток; C1 - емкость первичного

величине токов в первичной обмот-

контура; C2 - суммарная распределенная емкость вторичного контура; R1 и R2 -

ке катушки.

сопротивления первичного и вторичного контуров; M - взаимоиндуктивность между

В связи с этим в последнее время

обмотками высокочастотной катушки; Rш - шунтирующее сопротивление свечи

проявился интерес к высокочастот-

зажигания; FV- искровой промежуток

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Рис. 2. Осциллограмма искрового разряда высокочастотной системы зажи-

гания:

«а» - «б» - емкостная фаза еф;

«б» - «в» - индуктивная (дуговая) фаза иф

разряда). Емкостная фаза разряда

ряется ток ионизации. В момент

носит колебательный характер

возникновения детонационного сго-

(рис. 2 а, б).

рания величина ионизационного

Индуктивная фаза искрового

тока может достигать

0.5А, что

разряда имеет продолжительность

позволяет зафиксировать детона-

10…25 мкс, величина тока разряда

цию специальным электронным

достигает 0,5 А, а величина энергии

устройством электронного блока и

- 300…400 мДж. Следовательно,

произвести коррекцию УОЗ с

индуктивная фаза по своим харак-

помощью МП контроллера.

теристикам приближается к дугово-

Конструкция

автомобильной

му разряду. Характерной ее осо-

высокочастотной катушки зажига-

бенностью является то, что ток

ния, устанавливаемой на свечу

изменяет направление и, в момент

зажигания, представлена на рис. 3.

исчезновения тока, дуга не гаснет,

Она состоит из экрана, в котором

Рис.3. Конструктивная схема авто-

так как высокая частота колебаний

размещена высокочастотная коак-

мобильной высокочастотной катуш-

не приводит к деионизации искро-

сиальная катушка в пластмассовом

ки зажигания:

вого промежутка свечи зажигания

корпусе. В корпусе находится вто-

1 - выводы; 2 - корпус; 3 - резино-

(рис.2 б, в).

ричная секционная обмотка, пер-

вое уплотнение 4 - наружный маг-

Короткая продолжительность

вичная обмотка и разомкнутый маг-

нитопровод; 5 - экран наружный; 6

искрового разряда в высокочастот-

нитопровод. Длина намотки первич-

- сердечник; 7 - вторичная обмот-

ных многоискровых системах при

ной обмотки на 40% меньше карка-

ка; 8 - первичная обмотка

приемлемой воспламеняющей спо-

са вторичной обмотки, что увеличи-

собности (в этом случае воспламе-

вает значение коэффициента связи

нение осуществляется в форкаме-

обмоток.

исследовательских и расчетных

ре) позволила использовать высо-

Такая конструктивная схема

работ, которые позволят создать

кочастотную катушку зажигания в

высокочастотной катушки зажига-

отечественный вариант высокоча-

качестве датчика детонации, распо-

ния потребовала обновления рас-

стотной катушки зажигания. Такая

ложенного в каждом цилиндре ДВС.

четных методов проектирования

катушка зажигания позволит расши-

После разрядного процесса к межэ-

систем зажигания и применения

рить диагностические возможности

лектродному пространству свечи

новых магнитных материалов. В

микропроцессорных систем управ-

зажигания прикладывается посто-

настоящее время в МГТУ МАМИ

ления бензиновых двигателей.

янное напряжение 25…180В и изме-

проводится комплекс научно

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Особенности аппаратов зажигания

для двигателей с непосредственным

впрыскиванием бензина в цилиндр

двигателя

Иньков Ю.М., д.т.н., профессор,

ранию секции электровоза, связано

ЦТ- 814 от 10.04.01 г. по подготовке

МИИТ, г. Москва

с возгоранием СР и ВИП.

к работе и техническому обслужи-

Худоногов А.М., д.т.н., профессор,

Анализ статистических данных

ванию электровозов в зимних и лет-

Смирнов В.П., д.т.н., профессор,

надежности электровозов, наблю-

них условиях. Согласно инструкции,

Иркутский государственный универ-

дения за работой их электрическо-

расход воздуха ТЭД и величина

ситет путей сообщения, г. Иркутск

го оборудования при проведении

противодавления в высоковольтных

эксплуатационных испытаний пока-

камерах подлежат проверке лишь

В статье рассматривается метод

зывают, что основными причинами

один раз в году, при подготовке к

комплексного мониторинга и

выхода из строя перечисленного

работе в зимних условиях.

управления вентиляцией силового

выше оборудования являются их

Опыт эксплуатации показывает,

электрооборудования электрово-

резко неравномерная загрузка и

что для обеспечения стабильности

зов переменного тока по величине

неудовлетворительная вентиляция.

характеристик сложных вентиля-

активной мощности привозных

Результаты вентиляционных ис-

ционных систем электровозов пере-

электродвигателей, обеспечиваю-

пытаний, проведенных на электро-

менного тока требуется более час-

щий повышение надежности элек-

возах переменного тока ВСЖД, ука-

тый, чем по инструкции ЦТ- 814, кон-

тровозов.

зывают на существенное уменьше-

троль вентиляции всего охлаждае-

ние расхода охлаждающего возду-

мого оборудования электровозов.

Анализ надежности электрическо-

ха электрического оборудования по

Разработан и опробован в услови-

го оборудования электроподвижного

сравнению с номинальным. Так, три

ях эксплуатации простой и эффек-

состава переменного тока показыва-

четвертых обследованных при вен-

тивный метод комплексной проверки

ет, что, с вводом в эксплуатацию

тиляционных испытаниях ТЭД

интенсивности охлаждения всего

электровозов ВЛ 85, ВЛ 80 Р, ВЛ 65 с

имели расход менее допустимого,

вентилируемого оборудования элек-

плавным регулированием напряже-

при этом один из двигателей венти-

тровозов переменного тока, осно-

ния, на Восточно-Сибирской желез-

лировался охлаждающим воздухом,

ванный на измерении активной мощ-

ной дороге

(ВСЖД) наблюдается

составляющим 25,3% от номиналь-

ности приводных асинхронных дви-

существенное снижение их надежно-

ного значения. Средний расход воз-

гателей вентиляторов. Этот метод

сти по сравнению с электровозами,

духа при совокупности проверен-

диагностики вентиляции наиболее

имеющими диодные выпрямитель-

ных ТЭД - 67,3%. Коэффициент

подходит при переводе электрово-

ные установки.

вариации выборки составил 32,1%.

зов из зимнего режима работы на

Установлено, что наибольшее

Сокращение расхода воздуха

летний и наоборот.

число отказов электровозов (более

наблюдается также и у СР. Более

Согласно этому методу, произво-

30% от общего числа поврежде-

82% группы реакторов, проверен-

дительность вентиляторов определя-

ний) вызвано неисправностями

ных случайной выборкой, имели

ется на тракционных путях основного

тяговых электродвигателей

(ТЭД).

расход воздуха менее номинально-

депо или пункта технического обслу-

Причем, около 70% из них прихо-

го, причем почти две третьих СР

живания локомотивов. Перед провер-

дятся на якорные обмотки.

контрольной группы обдувались

кой система вентиляции электровоза,

Значительное количество отказов

потоком воздуха, составляющим

например ВЛ 85 (рис. 1), переводится

электровозов связано также с

лишь 30-40% расчетного значения.

на летний режим (снимаются снего-

нарушениями работы блоков бал-

Установлено снижение расхода

защитные шторы, закрываются окна

ластных резисторов (ББР), сглажи-

воздуха индуктивных шунтов и ББР

рециркуляции,

регулировочные

вающих реакторов (СР) и выпрями-

по сравнению с номинальной вели-

заслонки ТЭД, СР и силового тран-

тельно-инверторных преобразова-

чиной.

сформатора переводятся в летнее

телей

(ВИП). Наиболее опасными

Приведенные данные о состоя-

положение). В однофазную цепь

являются

повреждения

двух

нии вентиляции оборудования элек-

питания вспомогательных машин

последних видов оборудования (СР

тровозов ВСЖД указывают на недо-

(шина С9) устанавливается измери-

и ВИП), так как около 90% пожа-

статочность объема и периодично-

тельный трансформатор тока Т40

ров, приводящих к значительному

сти проверок и регулировок венти-

типа УТТ-5 (рис. 2). Выводы вторич-

ущербу, а иногда и полному выго-

ляции, установленных инструкцией

ной обмотки Т40 проводами ПС-1000

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

(МК), по окончании работы которого

производятся измерения производи-

тельности вентиляторов (табл. 1). В

каждом цикле измерения, после

выключения РФ в установившемся

режиме работы мотор-вентилятора,

выполняются измерения напряжения

питания U_вм, активной

(входной)

мощности Р_эл двигателя АНЭ

225,

привода вентилятора, температуры t_в

и давления воздуха В.

После окончания измерений в

первой секции электровоза, выпол-

няется монтаж измерительного обо-

Рис. 1. Схема вентиляции электровоза ВЛ 85.

рудования и измерения во второй

1 - дефлектор; 2 - воздуховоды к тяговым двигателям; 3 - патрубок

секции.

переходный; 4 - вентилятор ЦВВ89-15 №8,2 (МВ1, МВ2, МВ3); 5 - двига-

По зависимостям выходной меха-

тель вентилятора; 6 - вентилятор Ц8 - 19 №6,5 (МВ4); 7 - тяговый тран-

нической мощности двигателя АНЭ

сформатор; 8 - выпрямительная установка возбуждения (ВУВ); 9 - преоб-

225 от входной (активной) мощно-

разователь ВИП-4000; 10 - колпак ББР; 11 - блок стабилизирующих рези-

сти при разном напряжении питания

сторов; 12 - вентилятор Ц8-19 №7,6 (МВ5); 13 - жалюзи; 14 - воздухово-

находится мощность на валу двига-

ды к индуктивным шунтам; 15 - воздуховод к сглаживающему реактору; 16

теля

при давлении В_i и темпе-

– регулировочная заслонка; 17 - воздухораспределительная камера; 18 -

ратурРB,tвiздуха tвмех i

i во время измере-

воздуховод к ВУВ; 19 - реактор сглаживающий; 20 - малая форкамера; 21

ния входной мощности приводного

– большая форкамера; 22 - снегоотбойный лист.

двигателя вентилятора Р_элi (рис. 3).

Определяется плотность воздуха

(сечением

1,5 мм²) соединяются с

ми зажимами комплекса К-506.

токовыми зажимами измерительного

Отключаются двигатель маслонасоса

0,463 ⋅

комплекса К-506, установленного в

трансформатора контролируемой

273

кабинете контролируемой секции.

секции и все асинхронные двигатели

вi

Проводами ПС-1000 шины С8, С9

неконтролируемой. После подъема

(напряжение вспомогательных ма-

токоприемника включается расщепи-

при измерении производительности

шин) соединяются с напряженчески-

тель фаз (РФ) и мотор-компрессор

вентиляторов:

Таблица 1. Карта измерения производительности вентиляторов электровоза ВЛ 85.

Приводной двигатель

Измеряемые параметры

Номер

U_вм,

Р_эл,

В,

t_в,

Этап

РФ

МВ1

МВ2

МВ3

МВ4

МВ5

мотор-

кВт

мм.

ºС

измерения

вентилятора

рт.

Состояние двигателя

ст.

МВ1

U_вм1

Р_эл1

В₁

t_в1

МВ2

U_вм2

Р_эл2

В₂

t_в2

МВ3

U_вм3

Р_эл3

В₃

t_в3

МВ4

U_вм4

Р_эл4

В₄

t_в4

МВ5

Р_эл5

В₅

t_в5

Uвм5

П - подготовка к измерению

- двигатель включен

И - измерение

- двигатель отключен

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Плотность воздуха при нормальных условиях:

0,463⋅B

0,463⋅760

кг

273+

273

вн

где В_н = 760 мм.рт.ст. - давление воздуха при нор-

мальных условиях;

t_вн = + 20°С - температура воздуха при тех же условиях.

Находится отношение плотности воздуха при нормаль-

ных условиях и в момент измерения:

ВН

,В

Вi

,В

вi

Выполняется пересчет мощности на валу двигателя

мехi

к мощности этого же двигателя при нормальных условиях:

мехi

PВ

мехi

⋅ к

По зависимостям подачи воздуха вентилятора Q от мощ-

ности, на валу приводного двигателя Рнмех.i при нормальных

атмосферных условиях устанавливается подача воздуха

контролируемым вентилятором

(рис.

4). При снижении

подачи воздуха более, чем на 10% от номинального значе-

ния устанавливается причина снижения подачи и произво-

дится ее устранение. Затем выполняется повторная провер-

ка производительности вентилятора.

Рис. 2. Схема измерения напряжения U_вм и входной мощ-

ности Р_эл мотор-вентиляторов электровоза ВЛ 85:

МВ1, МВ2, МВ3 - мотор-вентиляторы ВИП, СР,

кВт

470В

ТЭД, индуктивных шунтов; МВ4 - тягового тран-

440В

сформатора и ВУВ; МВ5 - ББР; РФ - расщепитель

380В

фаз; МК - мотор-компрессор; МН - мотор-насос

410В

эл i

трансформатора.

Р эл

Выводы

В i, υвi

Р мех i

кВт

1. Основными причинами отказов ТЭД, СР, ВИП и

Рмех

ББР электровозов переменного тока ВСЖД

являются повышенная токовая нагрузка и

Рис. 3. Зависимость выходной мощности Р_мехдвигателя

неудовлетворительная вентиляция.

АНЭ 225 от входной Р_эл.

2. Средний расход воздуха ТЭД и СР электрово-

зов ВСЖД существенно ниже номинального. В

эксплуатации находятся ТЭД и СР, расход воз-

духа которых составляет менее 30% от номи-

нального значения.

3. Существующие объем, а также периодичность

контроля и регулировок вентиляции недоста-

точны для обеспечения требуемого уровня

надежности силового электрооборудования

электровозов переменного тока на ВСЖД.

4. Предлагаемый метод комплексного мониторин-

га и управления вентиляцией силового электро-

оборудования электровоза переменного тока

по величине активной мощности приводных

электродвигателей прост, малотрудоемок,

позволяет проводить регулярную объективную

проверку и регулировку вентиляции при прове-

Рис. 4. Зависимость расхода воздуха Q от мощности

дении технических обслуживаний и текущих

(двигатель АНЭ 225). Номинальный расход воздуха:

ремонтов, обеспечивая существенное повыше-

1 - вентилятор 4 (МВ4); 2 - вентилятор 5 (МВ5);

ние надежности электровозов без увеличения

3 - вентиляторы 1, 2, 3 (МВ1, МВ2, МВ3).

времени простоя.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Повышение эффективности рекуперативного

торможения на электровозах постоянного

тока

Феоктистов В.П., д.т.н., профессор,

скорости поезда. Обычно питание

Эту проблему можно решить при-

Иньков Ю.М., д.т.н., профессор,

обмоток возбуждения осуществля-

менением специальных схем вклю-

Самойлов Ю.О.,

ется от возбудителя рекуперации

чения тяговых электромашин.

МИИТ, г. Москва

(двухколлекторный одноякорный

Соответствующий пример для

машинный преобразователь или,

4-осной секции электровоза дан на

Рассмотрена система рекупера-

реже, статический преобразова-

рис. 2. Якорные обмотки Я1-Я3 сое-

тивного торможения электровоза

тель).

динены последовательно и подклю-

постоянного тока, в которой одна

Быстрый рост объемов перевозок

чены под напряжение U тяговой сети

или две тяговые электромашины

на отечественных железных дорогах

посредством стабилизирующего ре-

выполняют функции питания обмо-

привел к увеличению мощности

зистора R_с

(рис.

3а). Обмотка Я4

ток возбуждения рекуперирующих

электровозов, в основном за счет

включена по схеме реостатного тор-

электромашин. При этом суще-

увеличения числа осей. Переход на

можения последовательно с ОВ1-

ственно упрощается электрообо-

12-осные электровозы ВЛ11М, ВЛ15

ОВ4, стабилизирующим резистором

рудование электровоза, если обес-

заставляет ограничивать тормозную

R₁, в качестве которого используют

печивается требуемые по услови-

силу локомотива на уровне 350-550

пусковой реостат электровоза.

ям торможения регулировочные

кН из опасности выдавливания ваго-

Противокомпаундирование

осу-

свойства в широком диапазоне ско-

нов в сжатом поезде [2]. Поэтому

ществляется за счет того, что по R_с

ростей.

часть тяговых электромашин можно

протекает сумма токов

(I_p+I_в).

Существенным

достоинством

электрической тяги является воз-

Системы рекуперативного торможения ЭПС постоянного тока

можность электрического торможе-

ния поезда с возвратом электриче-

Без отдельного

ской энергии в тяговую сеть.

С отдельным возбудителем

возбудителя

Наиболее просто этот режим реали-

зуется на электровозах постоянно-

го тока путем перевода тяговых

электродвигателей в генераторный

режим и подключения их непосред-

ственно к тяговой сети 3 кВ, кото-

рая выполняет функции приемника

энергии. Возможные варианты реа-

лизации систем рекуперации элек-

троподвижного состава

(ЭПС)

постоянного тока даны на рис. 1 [1].

Наиболее широко применяют

систему с независимым возбужде-

нием тяговых электромашин при

Рис. 1. Классификация систем рекуперативного торможения.

обеспечении противокомпаундиро-

вания - отрицательного обратного

соотношения тока возбуждения к

исключить из рекуперативного

Подбор необходимой формы тор-

току якорной цепи. То есть

режима и использовать их в каче-

мозной характеристики осущест-

К_п=dIв/dIя=-(0,5÷0,7), где К_п -

стве осевых возбудителей. Тем

вляют выбором дополнительного

коэффициент противокомпаундиро-

самым отключается отдельный воз-

резистора R₁ в сочетании со стаби-

вания, dIв

- изменение тока воз-

будитель, что позволяет существен-

лизирующим резистором R_с.

буждения, dIя

- изменения тока

но упростить вспомогательное элек-

Аналогичная схема с последова-

якорной цепи. Это обеспечивает

трооборудование электровоза. А

тельным соединением рекупери-

устойчивость рекуперативного ре-

здесь возникает проблема реализа-

рующих машин Я1-Я2 представлена

жима при скачкообразных измене-

ции приемлемых регулировочных и

на рис.

3б. Машины-возбудители

ниях напряжения в тяговой сети и

тормозных характеристик.

Я3-Я4 соединены по схеме реостат-

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

+ U

а)

+ U

б)

ОВ 1

Я1

ОВ 1

СН

ОВ 1

ОВ 2

УВ

Я2

ОВ 2

Я2

Я3

Я4

ОВУ

J1-JB

Jp Е

ОВ

ОВ 3

Я3

ОВ 4

ОВЗ

ОВУ

JP+JB

Рис. 2. Упрощенная схема без отдельного возбуди-

Рис. 3. Варианты подключения 4-осной секции электровоза в

теля.

режиме рекуперации с осевыми возбудителями:

а) - для трех рекуперирующих машин,

б) - для двух рекуперирующих машин.

ного тормоза с циклическим возбуждением. Возможно и

КП

последовательное соединение машин Я3-Я4. Выбор кон-

кретной схемы осуществляется в зависимости от скоро-

R1=0.7

0,9

сти поезда. При наиболее часто используемых в грузо-

0,8

вом движении скоростях

55-65 км/ч целесообразна

R1=1

0,7

схема по рис. 3а.

0,6

Основным регулировочным параметром рекуператив-

0,5

R=2.225

ных схем является коэффициент противокомпаундирова-

Д>0

0,4

ния К_п. На рис. 4 показана его зависимость от стабилизи-

0,3

рующего резистора R_с в указанном выше диапазоне ско-

0,2

ростей при двух значениях дополнительного резистора

0,1

R₁. Подбором R_с легко обеспечить нужное значение К_п =

- (0,5-0,7).

Расчет систем рекуперации с осевыми возбудителями

R_с, Oм

осуществляется по методике профессора Трахтмана

КП

Л.М. с учетом нелинейной зависимости магнитного пото-

ка каждой из машин от тока возбуждения [3]. При расче-

0,6

те переходных процессов учитывают также и вихревые

0,5

RC=0.2

токи.

Д<0

0,4

Расчет рассматриваемой электромеханической систе-

R=9

0,3

мы, ввиду нелинейности описывающих ее уравнений,

0,2

R=1

целесообразно осуществлять на базе типовых пакетов

0,1

прикладных программ, например Mathcad или Eltrans.

При этом имеется возможность синтезировать требуе-

R, Oм

мые тормозные характеристики во всем диапазоне ско-

КП

ростей при учете всех ограничений, действующих в клас-

0,2

сических системах рекуперации.

0,1

RC=0.2 Oм

Литература

1. Осипов С.И., Осипов С.С., Феоктистов В.П. Теория электриче-

R, Oм

ской тяги. М., изд-во «Маршрут» , 2006, 436с.

2. Ребрик Б.Н. Рекуперация энергии на электровозах. М., изд-во

«Интекст», 2000, 38с.

Рис. 4. Влияние резисторов R_с и R₁

на коэффициент

3. Трахтман Л.М. Электрическое торможение электроподвижного

противокомпаундирования.

состава. М., изд-во «Транспорт», 1965, 204с.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

Улучшение показателей качества системы

автоматического регулирования тока

электровоза с коллекторными тяговыми

двигателями

Алексеев А.С.,

элемент, чувствительный

МИИТ, Москва

элемент и объект регу-

лирования

(тяговый

Предлагается новая структурная

электродвигатель); ОС -

схема автоматического регулято-

гибкая обратная связь;

ра тока тяговых двигателей элек-

ГОС - главная обратная

тровозов и обосновывается выбор

связь.

параметров настройки регулято-

Преимущества такого

ра. Данный регулятор, в отличие

регулятора заключаются

от существующих типовых, обла-

в том, что пропорцио-

Рис. 1. Структурная схема САР с гибкой обрат-

дает тем преимуществом, что

нально-интегрирующая

ной связью.

при его использовании показатели

часть

(два ПИ-звена)

качества регулирования практиче-

придают астатизм второ-

ски не зависят от режимов рабо-

го порядка, не нарушая

x(p)

(p)

x₂(p)

ты и внешних факторов.

при этом устойчивость

W_1oc

W_2oc

системы. Наличие отри-

Системы автоматического регу-

цательной гибкой обрат-

лирования (САР) тока тяговых элек-

ной связи обеспечивает

тродвигателей (т. э. д.), применяе-

снижение влияния нели-

Рис. 2. Звенья гибкой обратной связи.

мые на современных электровозах

нейности и нестациона-

однофазно-постоянного тока, име-

рности охваченной части системы,

Эквивалентная

передаточная

ют в своем составе пропорциональ-

обеспечивает качество регулирова-

функция гибкой обратной связи

но-интегрирующий (ПИ) регулятор.

ния в переходных режимах и не

имеет вид:

Этот тип регулятора, хотя и отвеча-

ухудшает условий устойчивости.

(

+1)

ет существующим требованиям для

Каждое ПИ-звено описывается

Woc

(3)

(

+1)(

+1)

рассматриваемых САР, но вместе с

известными передаточной функци-

тем имеет ряд недостатков. В част-

ей или уравнением в области време-

где:

k₁₂ =k₁ k₂; Т₁₂ = Т₁= Т₂.

ности, на показатели качества регу-

ни [1]:

При переходе из области опера-

лирования оказывают существенное

тора Лапласа в область времени

W(p)=k

;

=kΔ

∫

Δdt

(1)

влияние нелинейност ь и нестацио-

получим:

нарность САР, и система имеет

(p)

(p)x(p)

(4)

только первый порядок астатизма,

где k

- коэффициент усиления

(

)⋅(

)

(p)

(

)

x(p)

что дает бóльшую установившуюся

звена; T

- постоянная времени

+1)x

(p)

(

T12p

+1)

x(p)

ошибку САР, чем при астатизме

звена, p - оператор Лапласа; Δ -

второго порядка.

рассогласование; x - выходной сиг-

⋅T

;

В данной работе предлагается

нал регулятора; t - время.

(5)

использовать регулятор тока с аста-

Структурная схема гибкой обрат-

(

)

тизмом второго порядка и гибкой

ной связи может быть представлена

обратной связью. Такой регулятор

в виде двух последовательно вклю-

По выражениям (1) и (5) была раз-

можно представить в виде структур-

ченных звеньев [1] (рис. 2), переда-

работана математическая модель

ной схемы, показанной на рис. 1.

точные функции которых имеют

предложенного типа регулятора, на

В этой схеме АР - предлагаемый

вид:

которой выполнялись дальнейшие

автоматический регулятор; ПИ

расчеты. В качестве неизменяемой

(

+1)

(

)

;

пропорционально-интегрирующая

1oc

2oc

(2)

части САР при этом была использо-

часть, соответствующая изодромно-

вана схема и параметры электрово-

му звену; разомкнутая САР

где k_i

- коэффициенты усиле-

за, в качестве прототипа которого

исходная неизменяемая часть

ния обратной связи;

был выбран ЭП1. Математическая

системы, к которой относятся упра-

Т_i

- постоянные времени обрат-

модель была реализована в при-

вляющий элемент, исполнительный

ной связи.

кладном пакете MatLAB, который

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

позволяет моделировать аналого-

вые электрические схемы, а также

выполнять расчет по выражениям в

операторной области (т.е. по струк-

турным схемам САР), получая при

этом решения в области времени.

Вначале

была

выполнена

настройка ПИ-составляющей регу-

лятора. Для этого по рекомендаци-

ям, приведенным в

[1], использо-

вался метод организованного пои-

ска. Этот метод сводится к последо-

вательному изменению k и Т. При

максимальном значении Т в

несколько приемов увеличивают k и

при каждом его новом значении

рассчитывают график переходной

функции h(t) выходного сигнала.

Для каждого графика определялись

величины интегральных оценок I и II

Рис. 3. Кривые ошибки при настройке ПИ-составляющей:

рода, т. е. площади под кривой

(t)

а) при начальных параметрах регулятора; б) при k=0,447; в) при Т<2,23 с

или 2(t), где

(t) — ошибка или рас-

согласование (рис. 3). Значение k,

В качестве целевой функции

i-му критерию; U_i**

- максималь-

соответствующее минимальной пло-

использовалась функция суммар-

ное значение i-го частного критерия

щади, фиксировалось.

ных допустимых потерь:

или допустимое значение U_i;

Затем при фиксированном значе-

m - число частных критериев.

−U

∑

нии k уменьшали Т. При этом, пло-

{

}

В качестве частных критериев U_i

i=1

−U

(6)

щадь под кривой ошибки сначала

были выбраны следующие:

уменьшалась, а затем начала возра-

где: U_i* - минимальное зна-

U₁ = t_р - время регулирования;

стать. Фиксировалось значение Т,

чение i-го критерия

(i=1,2,…,m),

U₂ = σ - перерегулирование;

соответствующее минимуму площа-

получаемое при решении задачи

U₃ - крутизна переднего фронта

ди под кривой (рис. 3а).

однокритериальной оптимизации по

переходной функции,

Далее, путем увеличения в

несколько приемов, было достигну-

то значение k=0,447, полученная

при этом кривая ошибки показана

на рис. 3б. Затем, в несколько прие-

мов была уменьшена постоянная

времени Т, при этом до значения

Т=2,23с площадь под графиком

ошибки практически не изменялась,

а далее, при Т<2,23с, процесс стал

колебательным, что нежелательно

(рис. 3б, в). Поскольку необходимо

стремиться к увеличению быстро-

действия регулятора, была принята

минимальная из полученных значе-

ний постоянной времени. Таким

образом, для дальнейшей работы

были использованы значения ПИ-

составляющей k=0,447, Т=2,23 с.

На следующем этапе работы

была выполнена многокритериаль-

ная оптимизация

[1] параметров

гибкой обратной связи для дости-

Рис. 4. Переходная функция при оптимизации параметров гибкой обратной связи:

жения наилучших из возможных

а) при оптимизации времени регулирования и перерегулирования;

показателей качества регулирова-

б) при оптимизации крутизны переднего фронта переходной функции;

ния САР.

в) при оптимизации целевой функции.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 5 2007

настройки были выбраны следую-

щими: k₁₂=0,0124; T₁₂=0,582 с, T₃=

T₄=0,0456 с.

Частные критерии при этом

равны: t_р=0,3749 с; σ =1,5 10-2;

dh/dt = 1034 А/с. График переход-

ной функции для этих параметров

приведен на рис. 4в и имеет вполне

удовлетворительный вид.

Помимо перечисленных выше

преимуществ, предлагаемый регу-

лятор обладает еще одним очень

существенным плюсом, по сравне-

нию с типовыми регуляторами. За

счет применения звеньев обратной

связи с указанными передаточными

функциями, регулятор обеспечива-

ет практически одинаковый вид

переходной функции независимо от

нагрузки (т.е. звеньев, входящих в

неизменяемую часть САР), а также

при разных текущих скоростях дви-

жения и при разных заданных зна-

чениях тока. Такими свойствами не

обладает ни один из типовых регу-

ляторов.

В данной работе был выполнен

расчет переходных функций, полу-

Рис. 5. Переходные функции при при разных заданных значения тока,

чаемых для разных заданных токов

слева- для типовых регуляторов (И, ПИ, ПИД), справа - для предлагаемого:

при использовании типовых и пред-

а) при заданном токе200 А; б) при заданном токе500 А; в) при заданном

лагаемого регулятора. Результаты

токе20 А.

расчетов приведены на рис. 5.

Из рис. 5 видно, что при исполь-

т. е. производная от переходной

Проведя аналогичный расчет для

зовании типовых регуляторов в

функции, максимальное значение

крутизны переднего фронта, были

ряде случаев вид переходных фун-

которой принималось не более 2000

получены совокупности параметров

кций может качественно совпадать

А/с.

настройки, из которых оптимальными

(рис.

5а, в), а может отличаться,

Задача оптимизации решалась

являются следующие: k₁₂=6,37 10-4;

причем существенно

(рис.

5б).

непосредственно при помощи мето-

T₁₂=8,32 с, T₃= T₄=0,217 с

[2]. При

Использование же предлагаемого

да деформируемого многогранника

этом минимальное значение крутиз-

регулятора обеспечивает практиче-

«Нелдера-Мида»

[2]. Переходные

ны переднего фронта составило

ски идентичный вид переходных

функции, полученные при решении

0,4238 А/с, но время регулирования

функций, и, следовательно, показа-

задачи оптимизации, приведены на

достигает неприемлемо большой

телей качества регулирования.

рис. 4. При оптимизации по первому

величины и появляется колебатель-

Таким образом, предложенный

частному критерию (времени регули-

ность (рис. 4б).

тип регулятора тока с полученными

рования, рис.

4а) были получены

Для нахождения компромисса

параметрами его настройки можно

следующие параметры настройки

между параметрами, обеспечиваю-

рекомендовать для внедрения на

ОС в соответствии с (3): k₁₂=0,00874;

щими минимумы каждого из част-

перспективном электроподвижном

T₁₂=5,0 10^-3с, T₃= T₄=3,7 10^-2 с,

ных критериев U_i*, в соответствии с

составе.

а время регулирования t_рmin=

(6), в качестве минимальных значе-

1,63910⁴c.

ний частных критериев использова-

Из рис. 4а видно, что перерегули-

ны значения, полученные выше при

рование отсутствует и оптимизиро-

их оптимизации. В качестве макси-

Литература

вать его отдельно нет необходимо-

мальных значений U_i** были

1. Под.

ред.

Савоськина А. Н.

сти. В качестве параметров, обеспе-

использованы допустимые значения

Автоматизация электроподвижного

чивающих минимальное перерегу-

соответствующих показателей каче-

состава. М.:Транспорт, 1990. — 311 с.

лирование, можно взять те же, что и

ства [1].

2. Химмельблау Д. Прикладное нелиней-

для минимального времени регули-

В результате многокритериаль-

ное программирование. Перевод с

рования.

ной

оптимизации

параметры

английского. М.:Мир, 1975. — 534 с.

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ДАТЧИКИ

№ 5 2007

Силовые диоды на основе монокристаллов

кремния цилиндрической (трубчатой)

формы

Бабак А.Г., к.т.н., Мишакин Н.И.,

В конструкции СПП основным

задачей

является

выполнение

ООО «НПП ТЭЗ», Томилино,

элементом является плоская (пла-

эффективного охлаждения прибора

Московская обл.,

нарная) пластина из монокристал-

в процессе эксплуатации.

Кожитов А.В., д.т.н.,

лического кремния, на которой

Увеличение геометрических раз-

Кондратенко Т. Т., к.т.н.,

методом диффузии или эпитаксии

меров планарных монокристалличе-

Курбатов А.В., МИСиС (ТУ),

г. Москва

формируют полупроводниковую

ских структур

(площадью свыше

структуру n+-n, р+-р, р-п-р, затем

200 мм2) вызывает возникновение

Силаев И.В., Блиев А.П., к.т.н.,

СОГУ им. К.Л. Хетагурова,

изготавливают плоские паяные или

ряда эффектов, которые отрица-

г. Владикавказ

прижимные металлические контак-

тельно влияют на рабочие параме-

ты-теплоотводы [2,3]. Схемы пла-

тры и эксплуатационные свойства

В статье выполнен краткий анализ

нарных конструкций на основе мно-

планарных СПП:

преимуществ силовых выпрями-

гослойных структур представлены

• использование прижимных метал-

тельных диодов, изготовленных

на рис. 1.

лических токопроводящих кон-

на основе монокристаллов кремния

Разработка кремниевых силовых

тактов большой площади к

в виде тонкостенных полых цилин-

приборов (диодов, тиристоров, тран-

поверхности

полупроводника

дров (труб). Приведены значения

зисторов) традиционной планарной

приводит к увеличению контак-

рабочих параметров эксперимен-

конструкции направлена на увеличе-

тных омических и тепловых

тальных образцов выпрямитель-

ние прямого тока I_пр. и обратного

сопротивлений, требует в процес-

ных диодов трубчатой формы на

напряжения U_обр.max, стремящегося к

се эксплуатации использования

рабочее напряжение 80 В и рабочий

величине пробивного напряжения

систем охлаждения прибора, в

ток 100А.

U_проб., определяемого степенью леги-

несколько раз превышающих его

рования n- и p- слоев, а также на

массу и габариты;

Значительную часть в общем

уменьшение прямого падения напря-

• применение вольфрамовых или

выпуске полупроводниковой про-

жения U_пр. на приборе и обратного

молибденовых термокомпенсато-

дукции составляют дискретные при-

тока Iобр. в соответствующих диапа-

ров (для снижения термоупругих

боры (диоды, транзисторы, тири-

зонах частот. Первая задача решает-

механических напряжений в кон-

сторы) для нужд силовой промыш-

ся за счет увеличения рабочей пло-

такте

полупроводник-металл),

ленной электроники и мощной пре-

щади р-n перехода, остальные - за

усложняет конструкцию и увели-

образовательной техники.

счет улучшения качества пластин

чивает стоимость прибора;

По различным оценкам, для изго-

монокристаллического кремния и

• формирование охранных колец n-

товления силовых полупроводнико-

введения дополнительных элементов

или р-типа, охранных р-n перехо-

вых приборов (СПП) ежегодно рас-

в полупроводниковую структуру

дов, прямых и обрат ных фасок

ходуется от 8 до 10% всего произ-

(фасок различной геометрии, охран-

для снижения величины напря-

водимого в мире монокристалличе-

ных колец и р-п переходов). Важной

женности электрического поля Es

ского кремния.

Рынок потребления силовых

электронных устройств постоянно

расширяется в результате роста

мирового потребления электроэ-

нергии в промышленности, на тран-

спорте и в социальной сфере.

Диапазон основных параметров

современных СПП составляет от

100 до 10000 В по блокируемому

напряжению, от единиц ампер до

Рис .1. Схемы конструкций плоских силовых полупроводниковых приборов:

5000А (в импульсе до

3-10⁵А) по

а) кремниевого кристалла с п+np+ переходом на основе n-Si с р=250 Ом-см;

рабочему току, от сотен микросе-

б) кремниевого кристалла с четырехслойной структурой п+р+пр+ для

кунд до десятков пикосекунд по

силового тиристора на основе n-Si с р=30 Ом-см. α₁, α₂ - углы прямой

времени переключения [1].

фаски, Ме — металл контактов.

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ДАТЧИКИ

№ 5 2007

по центральной полости, отказать-

ся от применения прижимных кон-

тактов и изготавливать цилиндри-

ческие паяные контакты большой

площади к внешней и внутренней

поверхности монокристалла; не

использовать молибденовые или

вольфрамовые диски-термоком-

пенсаторы, что позволяет снизить

тепловые и омические сопротивле-

ния прибора при протекании рабо-

чего тока.

Рис. 2. Искривление линий равного потенциала электрического поля Е у

краев полупроводниковой структуры (конденсатора) при обратном сме-

щении.

и снижения величины тока утечки

поверхности границы полупровод-

I_обр., на поверхности границ моно-

ника, В/м;

кристалла полупроводника в

E_max - максимальная допустимая

местах выхода краев p и n- слоев

напряженность

электрического

(«краевого эффекта») приводит к

поля в объеме области простран-

расходованию полезной площади

ственного заряда, без влияния

монокристалла. Из-за изготовле-

краевых эффектов В/м;

ния фасок и охранных колец

U_Sобр.

- напряжение пробоя на

силовые контакты к поверхности

поверхности р-n перехода;

плоского монокристалла полу-

U_обр.

- напряжение пробоя в

Рис. 3. Схема цилиндрической труб-

проводника имеют разную пло-

объеме р-n перехода;

чатой (непланарной) полупроводни-

щадь, что приводит к неоднород-

- коэффициент отношения

ковой p-n структуры.

ному распределению плотности

величин (идентификации),

рабочего тока в объеме полупро-

0< γ < 1.

водниковой структуры с после-

При γ→1 происходит поверхност-

Анализ распределения линий

дующей ее локальной электро-

ный пробой по краям структуры.

поля E у торцов цилиндрической

тепловой деградацией.

Преодоление перечисленных эф-

структуры выполнялся методом

Незамкнутые края металличе-

фектов, присущих плоским полу-

последовательных

конформных

ских электродов [4] обуславливают

проводниковым структурам, при

преобразований

Кристоффеля-

неоднородное распределение и

проектировании мощных планарных

Шварца в плоскости ХУ

[6]. При

повышение напряженности моно-

СПП представляет значительные

этом потенциалы U и силовые линии

кристалла, как показано на рис. 2.

трудности.

электрического поля Е на любой

Линии равного потенциала в пло-

Новым направлением в конструи-

плоскости Z задавались в форме

ской структуре не замыкаются вну-

ровании мощных СПП (выпрямитель-

комплексного числа (рис. 4).

три; поверхности равного потенциа-

ных диодов) является изменение

На основании результатов моде-

ла в плоской структуре являются

геометрической формы монокри-

лирования распределения линий

поверхностями второго порядка,

сталла полупроводника: плоскую

равного потенциала и силовых

также незамкнутыми внутри струк-

монокристаллическую пластину в

линий поля E в цилиндрических

туры, что вызывает увеличение

конструкции силового полупровод-

диодных р-n структурах по методи-

напряженности поля Es у краев

никового прибора заменяют на

ке

[6] было сделано заключение,

металлических электродов.

монокристаллическую структуру в

что на торцах цилиндрической

Для оценки влияния поверхност-

виде тонкостенного полого цилин-

диодной р-n структуры, у краев

ного

«краевого» поля Es на воз-

дра (трубы) [5-11]. Схема цилиндри-

металлических электродов, при

можность возникновения поверх-

ческой трубчатой

(непланарной)

условии, что расстояние между

ностного пробоя в каком-либо

полупроводниковой структуры пред-

электродами много меньше средне-

локальном участке поверхности

ставлена на рис. 3.

го радиуса цилиндрической струк-

границ выхода р и n - слоев можно

Трубчатый монокристалл крем-

туры, неоднородность распределе-

принять отношение:

ния позволяет выполнять охлажде-

ния силовых линий электрического

E_s/E_max= γ, или U_Sобр./U_обр.= γ

(1)

ние мощного силового полупровод-

поля напряженностью Es, ответст-

где: Es - напряженность поверх-

никового прибора (СПП) путем про-

венных за проявление

«краевого

ностного электрического поля на

пускания хладагента сквозь прибор

эффекта», выражена слабее, чем по

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ДАТЧИКИ

№ 5 2007

краям плоской структуры (особенно

Концентрация легирующих

qU(R

)

(1)

exp

−1

⋅ H

(3)

с контактами разной площади),

примесей в легированных слоях

цил

обр

[

(

)

]

(

)

поскольку линии равного потенциа-

структуры однородна и постоянна

ла U поля E в цилиндрической

по радиусу цилиндрического р-n

где:

структуре представляют собой кон-

перехода и по образующей цилин-

Нl(1)

- функция Ханкеля первого

центрические замкнутые окружно-

дра

(оси z), т.е. N_Д(R,Z)=const,

рода, первого порядка от аргумента;

сти

(поверхности) в пространстве

Na(R,Z)=const.

X = R_o/Lp,n; Lp,n - диффузион-

между коаксиальными цилиндриче-

Цилиндрические (трубчатые)

ная длина неосновных носителей;

скими электродами (рис. 5).

подложки по своим электрофизиче-

Lобр. - обратный ток обратнос-

В соответствии с данными

[6],

ским и структурным параметрам

мещенного р-n перехода;

при проектировании силового

соответствуют требованиям к моно-

К - постоянная Больцмана;

выпрямительного диода с р-n пере-

кристаллическому кремнию, приме-

Т - рабочая температура;

ходом цилиндрической (трубчатой)

няемому для изготовления совре-

U(R_o)

- зависимость прямого

формы были выполнены следующие

менных планарно-эпитаксиальных

падения напряжения на диоде от

условия:

силовых полупроводниковых при-

среднего радиуса R_o цилиндриче-

Средний радиус R_o полой

боров.

ского р-n перехода;

цилиндрической р-n структуры зна-

Область пространственного

q - элементарный электрический

чительно превышает ширину обла-

заряда образуется по всей окруж-

заряд.

сти объемного заряда цилиндриче-

ности замкнутого р-n перехода

Результаты сравнения справоч-

ского р-n перехода, R_o>>Wp-n.,

независимо от кристаллографиче-

ной вольт-амперной характеристи-

для исключения неоднородности

ского направления {hkl}, выходяще-

ки планарного выпрямительного

поля Es по краям торца внутреннего

го

любой

произвольной точке

диода типа Д и расчетной вольт-

цилиндрической

амперной характеристики неплана-

поверхности.

рного выпрямительного диода с

При таких элек-

одинаковой площадью р-n перехода

трофизических

и величиной области простран-

допущениях расчет-

ственного заряда представлены на

ную вольт-амперную

рис. 6.

характеристику

При

0, 5

(ВАХ) элементарно-

го цилиндрического

(1)

(0,5)

= 1

диода непланарной

(трубчатой) конфи-

гурации

(рис.

По результатам сравнения рас-

можно представить

четных вольт-амперных характери-

как [1,6]:

стик планарного и непланарного

Рис. 4. Распределение силовых линий

поля E между коаксиальными

цилиндрическими контактами.

цилиндрического контакта. Разме-

ры цилиндрической структуры

составили: R_внутр.= 4мм при высоте

цилиндра h=8 мм и толщине стенок

650 мкм. Площадь р-n перехода S

на внешней поверхности цилиндра

150 мм².

2. Площадь р-n перехода цилин-

дрической формы равна площади

планарно-эпитаксиального

р-n

перехода со стороной квадрата “а”,

Рис. 5. а) Концентрические сило-

диодов следует, что расчётная ВАХ

вые линии поля Е в пространстве

непланарного диода при R_o/Lp,n =

цил

пл

между коаксиальными контакта-

0,5 и Нl(1)(0,5)=1,0 в прямом направ-

2πR

(2)

экв

p−n

ми; б) концентрические окружно-

лении мало отличается от ВАХ

сти (поверхности) равного потен-

диода планарно-эпитаксиальной

где l_ц - длина цилиндрического р-n

циала в пространстве между

структуры с р-n переходом эквива-

перехода по образующей.

коаксиальными контактами.

лентной площади S_ЭKB.

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ДАТЧИКИ

№ 5 2007

свойственно типичным кремниевым

р-n переходам любой конфигура-

ции.

Критерием сравнения (идентифи-

кации) прямой и обратной ветвей

ВАХ планарного и непланарного

выпрямительных диодов на основе

р-n переходов равной площади

может быть выбрано отношение

величин прямого падения напряже-

ния на приборе U_прямое и величин

обратных токов I_обр при одинаковом

обратном смещении.

обр цил

s ген цил

=γ

(4)

обр пл

ут пл

где γ - коэффициент сравнения

Рис. 6. Вольт-амперные характеристики:

ВАХ по обратному току.

а) плоского кремниевого ступенчатого p-n переходадиода типа Д;

В соответствии с расчётами и тех-

б) расчетного непланарного кремниевого ступенчатого p-n перехода с зам-

нологией

[9] совместно с ФГУП

кнутой областью пространственного заряда диода цилиндрической непла-

«ГИРЕДМЕТ» была изготовлена

нарной формы.

опытно-промышленная партия не-

планарных эпитаксиальных n+-p

структур

15КДГ2/

650КЭФ0,02/

Зависимость обратного тока I_обр.

(тор5х8х0,650

<111>), на основе

от обратного напряжения, прило-

которой ООО «НПП ТЭЗ» совместно

женного к цилиндрическому р-n

с МИСИС были изготовлены экспе-

переходу, не имеет насыщения, как

риментальные образцы цилиндри-

и в планарно-эпитаксиальном пере-

ческих выпрямительных неплана-

ходе, так как с ростом обратного

рных диодов на рабочее напряже-

напряжения U_o6р. обратный ток

ние

80-100В и рабочий ток

100-

линейно возрастает вплоть до воз-

150 А. Таким образом, применение

никновения лавинного пробоя, что

трубчатых, (непланарных) полупро-

водниковых структур позволит про-

изводить кремниевые силовые

диоды с более высоким уровнем

рабочих характеристик и эксплуата-

ционных свойств, ВАХ которых убе-

дительно подтвердили вышеизло-

женные научные прогнозы, в том

числе, подтвердили образование

области пространственного заряда

Рис. 8. Экспериментальный образец

в таких кремниевых трубчатых

непланарного выпрямительного

структурах с p-n переходами для

диода с замкнутой областью про-

силовых приборов. Показанные на

странственного заряда.

рис. 6 диоды были удостоены двумя

серебряными медалями - на меж-

дународной выставке в Нюрнберге

в 2006 г. [10] и на VII Московском

международном салоне инноваций

и инвестиций в 2007 г. [11].

Рис. 7. Схема непланарного полупроводникового прибора (выпрямительного

Внешний вид экспериментального

диода) трубчатой формы с замкнутой областью пространственного заряда.

диода непланарной конструкции и

1 - Полупроводниковая структура; 2 - Внешний контакт; 3 - Гибкий спираль-

его ВАХ представлены на рис. 8, 9.

ный контакт; 4 - Корпус; 5 - Стеклокерамическая пластина; 6 - Внешний кон-

На рис.

9. представлена ВАХ

такт; 7- Резьба; 8 - Гибкий спиральный контакт; 9- Слой диэлектрической

непланарного экспериментального

гидроизоляции.

диода, внутреннее устройство кото-

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ДАТЧИКИ

№ 5 2007

рого показано на рис. 7. Эта ВАХ

Таблица 1. Рабочие параметры выпрямительных диодов.

подтверждает прогноз образования

замкнутой области пространствен-

Параметр прибора

Непланарный

Планарный

№

ного заряда в кремниевых трубчатых

выпрямительный

структурах с цилиндрическими

диод

диод типа Д 141-100

замкнутыми p-n переходами. Наблю-

Рабочий ток I , А

100 А

100А

дение ВАХ производилось при помо-

щи характериографа Л-2-56 по стан-

Прямое падение

дартной методике. Масштаб коорди-

напряжения на

нат шкалы на рис. 9. (1 mA x 30B

1.1-1.2 В

1.6 В

приборе, Uпрямое , В

клетка).

Ток утечки Iобр,

1 мА

5 мА

Измерение рабочих параметров

мкА при Uобр 80 В

экспериментальных выпрямитель-

Тепловое

Менее 0,03

0,2

ных диодов с замкнутой областью

сопротивление

пространственного заряда на непла-

диодов , R(t), C/W

нарном кремнии показало, что по

Тип и масса

Внутренняя; 0,1

Внешняя, 1.5

ряду рабочих параметров они пре-

восходят ближайшие аналоги - пла-

системы

нарные силовые выпрямительные

охлаждения , кг

диоды типа Д

141-100 штыревого

исполнения на напряжение 300 В.

шают значения аналогичного

«Приборы и технология на основе

Значения рабочих параметров

выпрямительного диода на плоском

непланарного кремния» в книге «Новые

непланарного и планарного выпря-

кремнии.

материалы» под научной редакцией

мительных диодов представлены в

Отличие значений тока утечки

проф. Карабасова

Ю.С., изд. М.:

табл. 1.

I_обр.=1 мА от расчетного значения

МИСиС, -2002 г., Гл. -2, п.п. 2,3, стр.

В результате проведенных иссле-

I о_бр.=0,01 мА можно объяснить

157-184.

дований показано, что применение

несовершенством технологии защи-

7. Кожитов Л.В., Кондратенко Т.Я.

трубчатых

(непланарных) полупро-

ты торцов цилиндрического кри-

«Непланарные полупроводниковые при-

водниковых структур возможно для

сталла диэлектриком.

боры - элементы теории» ж. Электро-

изготовления силовых выпрями-

Применение

цилиндрических

ника - НТБ, №5, 2002, с. 54 - 57.

тельных диодов нового поколения с

трубчатых (непланарных) эпитакси-

8. Патент 2165661, РФ, Выпрямительный

замкнутой областью пространствен-

альных структур позволит произво-

диод Шоттки, Бюлл. изобр.

№11 от

ного заряда в условиях существую-

дить кремниевые силовые диоды

20.04.2001,

приоритет

27.03.2000.,

щего производства.

нового поколения с более высоким

Патент

2168799 РФ, полупроводнико-

Рабочие параметры непланарно-

уровнем рабочих параметров и экс-

вый выпрямительный диод, Бюлл.

го выпрямительного диода превы-

плуатационных свойств.

изобр. №16 от 10.06.2001, приоритет от

07.07.2000

Л.В.

Кожитов, В.В.

Крапухин, Т.Я. Кондратенко, Г.Г.

Литература

Тимошина, A.M. Косарев, Т.Т.

1. Грехов

И.В.

«Известия

вузов.

Кондратенко.

Материалы электронной техники». - М,:

9. Кондратенко Т.Т., Гришко А.С., Митин

МИСиС, О - 2000 . - №3 - с. 9-14.

В.В., Чигирь С.Н.

«Известия вузов.

2. Зи С.М.

«Физика полупроводниковых

Материалы электронной техники». 2005

приборов», т.1., - М.: МИР, 1983-455 с.

г., №3. С. 53-58.

3. Агаларзаде П.C., Петрин А.И.,

10. Leo Kozhitov, Timofey Kondratenko etc.

Изитдинов С.О. «Основы конструирова-

“Nonplanar semiconductor de-vices with

ния и обработки поверхности р-п пере-

closed space-charge region”

хода». - Советское радио, 1978г.-233 с

Международная выставка, Германия,

4. Бессонов Л.А. «Теоретические основы

Нюрнберг, 2006, 4 ноября - серебря-

электротехники» М., Высшая школа,

ная медаль.

1978 г., 536 с.

11. МИСиС, НПП «ТЭЗ», СОГУ им. К. Л.

5. Кожитов Л.В.

«Разработка теоретиче-

Хетагурова, ФГУП «Гиредмет», ОАО

ских основ создания непланарных полу-

ПХМЗ, ООО «Кромка». «Технология

Рис. 9. Вольт-амперная характери-

проводниковых приборов на основе

изготовления кремниевых эпитакси-

стика экспериментального неплана-

профилированных

монокристаллов

альных структур на основе цилиндри-

рного выпрямительного диода с

кремния», Отчет НИР, МИСиС, Москва,

ческих подложек». VII Московский

цилиндрическим р-n переходом.

2001 г.

Международный салон инноваций и

Масштаб координат (1 mA x 30B

6. Кожитов Л.В., Кондратенко Т.Т.,

инвестиций, г.

Москва,

2007г.

клетка.

Крапухин В.В., Кондратенко Т.Я.

Серебряная медаль.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ,

ДИАГНОСТИКИ, СВЯЗИ

№ 5 2007

Основные результаты исследования

подсистемы холостого хода

автомобильного двигателя с впрыском

бензина

Драгомиров С.Г., д.т.н., профессор,

мально устойчивой частоты враще-

топлива и токсичных выбросов ОГ,

Драгомиров М.С., к.т.н.,

ния вала nхх в различных условиях

которые прямо пропорциональны

Моханнад Аль-Равашдех,

эксплуатации. При этом, постоянно

величине n_хх

[1]. Также должен

Владимирский государственный

корректируется частота вращения

обеспечиваться достаточный запас

университет, г. Владимир

вала в зависимости от теплового

устойчивости работы двигателя, его

состояния двигателя и изменения

способность сохранять заданную

В данной статье рассмотрены

его нагрузки (например, при вклю-

частоту вращения вала при измене-

общие вопросы управления холо-

чении кондиционера, стеклоочисти-

нии нагрузки и управляющих воз-

стым ходом автомобильных двига-

телей, приборов освещения и т.п.).

действий со стороны водителя [2-4].

телей с впрыском бензина и приве-

Обычно на режиме х.х. стараются

Имеются три возможности управ-

дены результаты исследования

поддерживать минимально возмож-

ления х.х.:

влияния газодинамических харак-

ную частоту

вращения

вала для

• путем регулирования угла

опе-

теристик клапана регулятора

обеспечения

снижения

расходов

режения зажигания

θз;

холостого хода на переходные

процессы в двигателе.

К современному автомобильному

двигателю предъявляются все более

жесткие требования по токсичности

отработавших газов

(ОГ), расходу

топлива, надежности, низкой шум-

ности и другим эксплуатационным

показателям. Достигнутых опти-

мальных значений указанных пока-

зателей невозможно было бы

добиться без применения интеллек-

туальной и силовой электроники.

Именно с их помощью, на каждом из

режимов работы двигателя, его

характеристики оптимизируются

для нахождения сбалансированного

(компромиссного)

соотношения

между энергетическими и экологи-

ческими показателями. В этой связи

сегодня предъявляются более высо-

кие требования и к такому, казалось

бы, малозначащему режиму работы

двигателя, как холостой ход (х.х.).

Проведенный анализ процессов,

протекающих в автомобильном бен-

зиновом двигателе на режиме х.х.

показывает, что улучшение показа-

Рис. 1. Схема лабораторной безмоторной установки для исследования

телей качества х.х. является ком-

работы регуляторов холостого хода систем впрыска бензина: 1 - расхо-

плексной задачей, актуальной для

домер воздуха; 2 - датчик температуры воздуха; 3 и 9 - входной и выход-

современной автомобильной инду-

ной каналы соответственно; 4 - дифференциальный датчик давления; 5 -

стрии.

конусный запирающий элемент регулятора; 6 - регулятор холостого хода;

Цель управления х.х. автомо-

7 - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 8 - вентиляторный агре-

бильного бензинового двигателя

гат; 10 - седло; 11 - игла; 12 - корпус; 13 - измеритель линейного пере-

заключается в поддержании мини-

мещения.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ,

ДИАГНОСТИКИ, СВЯЗИ

№ 5 2007

Рис. 2. Конструктивные размеры вариантов запирающих элементов регуляторов х.х. и их седел, проходивших

лабораторные испытания.

• изменением состава топливо-

довании решался ряд задач. Это и

управляемой

от

компьютера.

воздушной смеси α;

проведение лабораторных исследо-

Управление шаговым двигателем

• регулированием количества воз-

ваний газодинамических процессов

регулятора позволяет не только

духа, поступающего в двигатель.

в канале х.х., и экспериментальное

позиционировать его запирающий

Наибольшее распространение на

исследование работы автомобиль-

элемент, но и задавать скорость

практике нашел третий путь управ-

ного двигателя с впрыском бензина

открытия/закрытия канала.

ления - изменение количества воз-

на режиме х.х. при различных газо-

Для лабораторных испытаний

духа, поступающего в двигатель.

динамических

характеристиках

была подобрана скорость переме-

При нем управление х.х. реали-

канала (клапана) х. х.

щения запирающего элемента,

зуется с помощью специальных ус-

Объектом исследования являлась

близкая к той, которая использует-

тройств, которые изменяют по сиг-

лабораторная модель и реальная

ся в системах управления на реаль-

налам контроллера количество

подсистема х.х. двигателя ВАЗ-

ных двигателях. Для точного опре-

дополнительного воздуха, подводи-

11113 (рабочий объем 0,75л) авто-

деления положения h запирающего

мого через специальный байпасный

мобиля «Ока», имеющего систему

элемента относительно седла

канал, или позиционируют дрос-

центрального впрыска бензина [8].

используется цифровой измери-

сельную заслонку в определенном

Для лабораторных исследований

тель. Для того чтобы шток измери-

положении для обеспечения необ-

газодинамических характеристик

теля не загромождал канал и не

ходимого количества воздуха на

регуляторов х.х. была создана спе-

препятствовал прохождению возду-

этом режиме.

циальная безмоторная установка

ха, применяется тонкая игла, кото-

В практике двигателестроения

(рис.

1). Она включает проточный

рая контактирует с запирающим

под качеством х.х. двигателей пони-

воздушный канал, имитирующий

элементом и кинематически связы-

мается стабильность частоты вра-

байпасный канал системы впрыска

вает его со штоком измерителя

щения вала nхх на этом режиме,

бензина, с установленным в нем

перемещения.

отсутствие пропусков воспламене-

регулятором х.х. На входе в этот

Расход воздуха через канал

ния, повышенного шума и вибраций

канал установлен расходомер воз-

установки обеспечивается вентиля-

[5-7]. При этом критериями каче-

духа. Применяемый расходомер

торным агрегатом, который питает-

ства х.х. являются:

имеет электрический выходной сиг-

ся от лабораторного автотрансфор-

• уровень вибраций и шума;

нал, что позволяет вести запись

матора, позволяющего путем изме-

• неравномерность

вращения

динамических процессов в канале

нения напряжения плавно менять

вала двигателя;

установки. Сам регулятор х.х. уста-

расход воздуха Gв через канал в

• разброс значений среднего

новлен таким образом, что его

пределах от 0,1 до 15 кг/ч. Этот

индикаторного давления pi в

конусный запирающий элемент

диапазон расходов достаточен для

отдельных рабочих циклах раз-

может полностью или частично

моделирования работы подсистемы

личных цилиндров;

перекрывать канал, изменяя, таким

х.х. автомобильного двигателя.

• способность стабильно поддер-

образом, расход воздуха через

Созданная установка позволяет

живать заданную частоту вра-

него. Кроме расхода воздуха, с

решать следующие задачи:

щения вала при изменении

помощью датчика измеряется тем-

• определять расходные характе-

нагрузки (включении энергопо-

пература на входе, а также перепад

ристики регуляторов х.х., то

требителей).

давления в канале до и после конус-

есть зависимость Gв = f (h) при

Целью данной работы являлось

ного запирающего элемента с

различных положениях h запи-

исследование процессов, протекаю-

использованием дифференциально-

рающего элемента относитель-

щих в канале х.х. двигателя с впры-

го датчика давления. Позициониро-

но седла;

ском бензина, и повышение на этой

вание запирающего элемента регу-

• изучать динамические процессы

основе показателей качества его

лятора осуществляется с помощью

течения воздуха в канале х.х.

работы на этом режиме. При иссле-

специальной электронной схемы,

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ,

ДИАГНОСТИКИ, СВЯЗИ

№ 5 2007

изменения расхода, в том числе и

на начальном этапе открытия.

По результатам определения рас-

ходных характеристик различных

регуляторов были построены обоб-

щенные зависимости изменения

расходов воздуха в канале при раз-

личных положениях h запирающих

элементов (рис. 4). Принципиально

регулирование расхода воздуха

через байпасный канал х.х. возмож-

но в том случае, если конкретное

сочетание седла клапана и запираю-

щего элемента регулятора обеспе-

чивает необходимые в эксплуатации

расходы воздуха. Так, для испыты-

ваемого двигателя ВАЗ-11113 тре-

буемый расход воздуха при n_хх =

900 мин^-1 составляет около 5 кг/ч

(двигатель прогрет). Для непрогре-

того двигателя при nхх=1600 мин^-1

необходим расход воздуха пример-

но 12кг/ч. Специально проведенные

эксперименты позволили устано-

вить, что в зависимости от началь-

ной регулировки положения дрос-

сельной заслонки, количество воз-

духа, проходящего через основной

канал дроссельного узла, при этом

может составлять от 2 до 8 кг/ч.

Следовательно, регулировка поло-

жения дроссельной заслонки при

Рис. 3. Закономерности изменения расхода воздуха и скорости его измене-

прогретом двигателе будет опреде-

ния в зависимости от относительного перемещения запирающего элемента

клапана для разных вариантов регуляторов х.х.

лять долю воздуха, поступающего

через канал х.х., и, таким образом,

при разных скоростях переме-

расхода воздуха через канал х.х.

диапазон перемещений запирающе-

щения запирающего элемента;

при перемещении запирающего

го элемента клапана. Как известно,

• исследовать влияние формы и

элемента

(рис.

3). Для удобства

на двигателях ВАЗ запирающий эле-

размеров запирающего элемен-

анализа при оценке результатов

мент регулятора х.х. работает в диа-

та на газодинамические харак-

эксперимента введены относитель-

пазоне перемещений от 1,5 до 3,5мм

теристики клапана регулятора

ные величины расходов воздуха и

(при полном ходе элемента регуля-

х.х.

перемещений запирающего элемен-

тора до 10 мм). Такие ограничения

С использованием этой установ-

та клапана.

рабочего диапазона перемещений

ки были проведены лабораторные

Как следует из серии графиков

запирающего элемента обусловле-

исследования шести регуляторов

на рис. 3, вариант 2 регулятора х.х.

ны стремлением обеспечить доста-

х.х. (с разной геометрией и разме-

отличается значительной скоростью

точное быстродействие регулятора

рами конусного запирающего эле-

изменения

расхода

воздуха.

при переходных процессах.

мента) в сочетании с различными

Вариант

3, при котором клапан

Все вышеизложенное позволяет

седлами. После проведения лабора-

регулятора запирается с помощью

установить принципиальные основы

торных испытаний для дальнейшего

буртика, характеризуется высокой

подбора газодинамических харак-

исследования на автомобиле было

скоростью изменения расхода на

теристик канала и клапана регуля-

отобрано 3 варианта регуляторов с

начальном участке и умеренным

тора х.х. (рис. 4). Область требуе-

седлами, наиболее пригодных

(по

темпом изменения расхода на рабо-

мого двигателем количества допол-

предварительным результатам) для

чем участке перемещений запираю-

нительного воздуха, поступающего

двигателя данного рабочего объема

щего элемента клапана

(10…60%

через байпасный канал

(т.е. без

(рис. 2).

хода элемента). Вариант регулято-

учета расхода воздуха через дрос-

В ходе лабораторных испытаний

ра 1, запирающий проходное сече-

сельную заслонку), должна нахо-

указанных регуляторов были опре-

ние клапана с помощью конуса,

диться внутри зоны расходных

делены закономерности изменения

обеспечивает небольшую скорость

характеристик регулятора х.х.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ,

ДИАГНОСТИКИ, СВЯЗИ

№ 5 2007

Исходя из этого, на основе лабора-

рабочему регулятору х.х., установ-

торных испытаний трех вариантов

ленному в блоке топливоподачи на

регуляторов х.х., можно заключить,

двигателе, электрически подклю-

что для двигателя ВАЗ-11113 наи-

чить второй аналогичный регулятор

более предпочтительным является

х.х. При этом положение запираю-

3й вариант регулятора. Отметим,

щего элемента второго регулятора,

что предварительно, газодинамиче-

расположенного вне двигателя,

ские характеристики всех регулято-

можно было точно определять с

ров были рассчитаны с помощью

помощью измерителя линейного

компьютерной программы Flow-

перемещения.

Vision, что позволило обоснованно

Таким образом, второй регуля-

подойти к подбору регулятора х.х.

тор дублировал перемещение пер-

для указанного двигателя.

вого

(рабочего), что и позволило

На следующем этапе исследова-

просто и надежно определять поло-

ния проводились непосредственно

жение запирающего элемента в

на двигателе ВАЗ-11113 в составе

канале х.х. блока топливоподачи,

автомобиля «Ока» на режиме х.х.

не оказывая влияния на газодина-

Схема оснащения двигателя изме-

мические процессы в байпасном

рительной аппаратурой приведена

канале.

на рис. 5.

В процессе экспериментов на

Рис. 5. Схема измерений при прове-

Наиболее сложной задачей при

автомобиле использовалась ком-

дении испытаний двигателя ВАЗ-

испытаниях на автомобиле являлось

пьютерная регистрация всех сигна-

11113 в составе автомобиля:

точное определение положения

лов с применением платы АЦП L-

1 - двигатель; 2, 5 - рабочий и дуб-

запирающего элемента регулятора

780 и специально разработанной

лирующий регуляторы х.х.; 3 - блок

х.х. на работающем двигателе.

программы в среде LabView.

топливоподачи; 4 - датчик темпе-

Компоновка блока топливоподачи

Результаты исследования работы

ратуры воздуха; 6 - измеритель

системы ЦВТ, которой был оснащен

подсистемы х.х. на двигателе в

линейного перемещения; 7 - расхо-

двигатель ВАЗ-11113, значительно

составе автомобиля приведены на

домер воздуха;8 - персональный

осложняла эту задачу и не позволя-

рис. 6.

компьютер с платой АЦП L-780; 9 -

ла корректно ее решить. Поэтому

Эксперименты на автомобиле

датчик абсолютного давления; 10 -

было предложено параллельно

проводились при одновременном

датчик частоты вращения вала дви-

гателя.

включении ряда потребителей

(фары, стеклоочиститель, подогре-

ватель заднего стекла, вентиляторы

отопителя и радиатора). Общая

мощность этих потребителей соста-

вляла около 350 Вт. Осциллограм-

мы на рис. 6 показывают, что при

одновременном включении такого

большого количества энергопотре-

бителей из-за возрастания нагрузки

на генератор увеличивается мощ-

ность, отбираемая от двигателя, в

результате чего частота вращения

его вала падает. Это падение

должен компенсировать регулятор

х.х., управляемый контроллером по

определенному алгоритму. В ходе

экспериментов алгоритм управле-

ния всеми тремя вариантами регуля-

торов оставался неизменным.

Как видно, 1-й вариант регулято-

ра позволяет устранить указанное

Рис. 4. Поля расходных характеристик трех вариантов регуляторов х.х. и

падение частоты вращения вала,

область расходов (заштрихованная зона), требуемых двигателем на

однако выполняет это довольно

режиме х.х. в условиях эксплуатации (при перепаде давления на клапане

медленно - за период около 20 с

регулятора от 0,5 до 5,0 кПа).

(рис. 6а). Это объясняется тем, что

ЭКОЛОГИЯ

№ 5 2007

для восстановления частоты враще-

ния требуется довольно значитель-

ное перемещение запирающего эле-

мента регулятора. При данных газо-

динамических

характеристиках

этого регулятора это вполне естест-

венный результат.

Второй вариант регулятора имеет

высокую скорость изменения рас-

хода (рис. 3), что приводит к появ-

лению перерегулирования в процес-

се восстановления частоты враще-

ния (рис.6б). Следует отметить, что

при этом время переходного про-

цесса гораздо меньше по сравне-

нию с вариантом 1 - около 10 с.

Третий вариант регулятора обес-

печивает также достаточно быстрое

восстановление оборотов двигателя

(около 10 с), но при этом не создает

перерегулирования (рис. 6в). Отме-

тим, что еще на этапе лабораторных

испытаний этот вариант регулятора

был оценен как наиболее предпо-

чтительный.

Кроме этого, можно констатиро-

вать, что применение закрытия кла-

пана х.х. не с помощью конусной

поверхности запирающего элемента

(как это общепринято), а с исполь-

зованием кольцевой плоскости бур-

тика за конусом, полностью оправ-

данно. При запирании клапана

конусом может произойти его

Рис. 6. Результаты исследования переходных процессов на двигателе ВАЗ-

«закусывание», что приведет к

11113, оснащенном системой впрыска бензина, полученные при одновремен-

неработоспособности клапана х.х.

ном включении ряда энергопотребителей:

В случае использования плоскости

а - медленное восстановление частоты вращения вала (регулятор 1); б -

буртика для этой цели такая опас-

переходный процесс с перерегулированием (регулятор 2); в - оптимальное

ность отсутствует.

регулирование (регулятор 3).

Таким образом, газодинамиче-

ские характеристики канала х. х.

оказывают значительное влияние

Литература

5. Гирявец А.К. Теория управления авто-

на качество протекания переход-

1. Kiencke

U.,

Cao

Chi-Thuan.

мобильным бензиновым двигателем. -

ных процессов на этом режиме

Regelverfahren in der elektronischen

М.: Стройиздат, 1997. - 173 с.

работы автомобильного двигателя.

Motor-steuerung. - Automob. - Ind., 2.

6. Bockelmann W., Graewert G., Burghardt

Подбор клапана регулятора х.х.

Система

управления

двигателем

H. Untersuchung der Leerlaufquali-tat von

может быть произведен еще на

Motronic: Пер. с нем.

- Bosch.

Ottomotoren.

- MTZ: Motortechn.Z.,

этапе доводки системы управления

Издание 94/95. - 68 с.

1990, 31, №10, s.426-430

на основе расходных характери-

3. Электронное управление автомо-

7. Системы управления бензиновыми дви-

стик двигателя. Правильно подоб-

бильными двигателями/ Покровский

гателями. Пер. с нем. 1-е русское изд. -

ранные газодинамические показа-

Г.П., Белов Е.А., Драгомиров С.Г. и

М.: ООО «Книжное издательство «За

тели регулятора х.х. позволяют

др.

- М.: Машиностроение, 1994. -

рулем», 2005. - 432 с.

обеспечить требуемое качество

336 с.

8. Драгомиров С.Г., Абрамов П.В., Белов

переходных процессов.

4. Пинский Ф.И., Давтян Р.И., Черняк

Е.А. и др. Результаты работ по созда-

Несмотря на то, что данное иссле-

Б.Я. Микропроцессорные системы

нию системы центрального впрыскива-

дование проводилось на конкретном

управления автомобильными двигате-

ния топлива для двухцилиндрового дви-

двигателе ВАЗ-11113, его результа-

лями внутреннего сгорания: Учебное

гателя автомобиля «Ока» - Электроника

ты могут быть распространены и на

пособие.

- М.: Легион-Автодата,

и электрооборудование транспорта. -

двигатели других моделей.

2001. - 136 с.

2005, № 3-4.

МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ,

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

№ 5 2007

Электропривод железнодорожной стрелки

с вентильным двигателем

Суровцев В.Н., к.т.н., профессор,

устарели. Возникла необходимость

ными магнитами (вентильных элек-

Константинов Е.П., Краснов Д.В.,

в создании электропривода нового

тродвигателей).

Чувашский государственный уни-

поколения. Однако обновить весь

Данная статья посвящена иссле-

верситет, г. Чебоксары

парк за короткий период времени

дованию режимов работы пози-

не представляется возможным. Этот

ционного стрелочного электропри-

В статье предлагается использо-

вопрос может быть решен за счёт

вода на базе вентильного двигателя

вание вентильного двигателя для

проведения модернизации, добива-

(рис. 1).

реализации электропривода желез-

ясь при этом снижения затрат на

Основными элементами силовой

нодорожной стрелки, обеспечи-

содержание стрелочных электро-

цепи являются: неуправляемый вы-

вающего высокую надежность и

приводов, параллельно повышая их

прямитель; фильтрующая емкость

точность позиционирования.

надежность и ресурс эксплуатации.

С; узел сброса, включающий бал-

Основным функциональным эле-

ластный резистор R_Б и ключ VT7;

Безопасность движения поездов

ментом стрелочного электро-

инвертор напряжения на IGBT моду-

- неотъемлемое условие эксплуата-

привода, определяющим эффектив-

лях; синхронный двигатель с посто-

ции железнодорожного транспорта.

ность его функционирования, явля-

янными магнитами и со встроенным

Повысить ее уровень невозможно

ется электродвигатель. Общими

резольвером на валу. Электро-

без обеспечения надежной работы

недостатками всех применяемых

магнитный момент формируется за

одного из важнейших устройств

сегодня двигателей для стрелочных

счет взаимодействия токов трехфаз-

автоматики и телемеханики - элек-

электроприводов является необхо-

ной обмотки статора с магнитным

тропривода

железнодорожных

димость наличия фрикционной

полем ротора, синусоидальные токи

стрелок.

муфты, требующей периодической

в обмотках статора формируются с

Стрелочные приводы предназна-

регулировки и имеющей малый

помощью релейного регулятора

чены для перевода, замыкания и

ресурс работы. Кроме того, наличие

тока (РРТ) и силового транзистор-

контроля трех положений остряков

щеточно-коллекторного узла у дви-

ного преобразователя частоты.

железнодорожных стрелок: нор-

гателя постоянного тока значитель-

Система управления состоит из

мального

(плюсового), переведен-

но снижает их срок эксплуатации и

регуляторов: положения РП, скоро-

ного (минусового) и промежуточно-

надежность.

сти РС, тока РРТ и блока обратных

го

(среднего). Главными требова-

На наш взгляд, отмеченные недо-

связей

(БОС). Сигналы обратных

ниями, предъявляемыми к приводам

статки могут быть устранены за счёт

связей

(по скорости, пути и

стрелочных переводов, являются:

внедрения бесконтактных синхрон-

положению ротора) формируются с

• перевод стрелки с ходом остря-

ных электродвигателей с постоян-

помощью резольвера.

ков 152 мм и плотное прилега-

ние прижатого остряка к рамно-

му рельсу при крайних положе-

ниях;

• замыкание стрелки для предот-

вращения отхода остряков от

рамных рельсов при движении

поезда, которое должно насту-

пать лишь в том случае, если

зазор между прижатым остряком

и рамным рельсом менее 4 мм;

• контроль крайних положений

остряков стрелки и состояния

взреза.

В настоящее время на железных

дорогах России эксплуатируется

более 100 тысяч стрелочных элек-

троприводов постоянного и пере-

менного тока, которые к настояще-

му времени морально и технически

Рис. 1. Функциональная схема электропривода.

МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ,

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

№ 5 2007

Рис. 2. Структурная схема контура тока.

Рис. 3. Схема систем с вибрационной линеаризацией.

Рис. 4. Структурная схема контура тока с ускоряю-

Рис. 5. Годографы J(ω), J₁(ω), J₂(ω) релейной системы.

щим элементом.

Применение РРТ позволяет свести

до минимума пульсации электромаг-

нитного момента, так как при этом

задается сам синусоидальный ток, с

одновременной возможностью регу-

лирования частоты в широком диа-

пазоне. Контур тока с релейным эле-

ментом представляет собой замкну-

тую систему регулирования, которая

позволяет за счет выбора величины

коэффициента обратной связи по

току К_ОТ и сигнала задания ограни-

чить величину максимального тока,

что особенно важно при использова-

нии транзисторных преобразовате-

лей частоты

(рис.

2). Кроме того,

применение РРТ позволяет провести

линеаризацию системы по принципу

так называемой вибрационной

линеаризации.

Известно, если в релейной систе-

ме создать высокочастотное воз-

действие, то можно осуществить

линеаризацию системы. Дополни-

тельное высокочастотное воздей-

ствие может быть создано при помо-

щи автоколебаний

(рис.

3а) или

вынужденных колебаний (рис. 3б),

Рис. 6. Способы линеаризации релей-

ного регулятора

а) работа релейного элемента без

ускоряющего устройства; б) авто-

колебаниями; в) вынужденными

колебаниями.

МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ,

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

№ 5 2007

если эти колебания существуют вну-

УЭ

(

)

(

)

(

)

три системы и являются устойчивы-

(

)

(

р+1

)(

р+1

)

ми. Процесс линеаризации аналоги-

где

чен процессу модуляции. Релейный

где К_УЭ, Т₁, Т₂

- коэффициент

ЛЧ

элемент представляет собой моду-

передачи и постоянные времени

(

)

+th

−

jth

{

ω⋅Т

[

]

}

лятор, дополнительное периодиче-

ускоряющего элемента.

ское воздействие соответствует

Структурная схема контура тока

несущей частоте, а внешнее воздей-

с релейным регулятором и ускоряю-

c⋅K

УЭ

(

)

−T

−

ствие

(управляющий сигнал)

щим элементом представлена на

{

[

]

−T

2ωT

модулирующему сигналу.

рис. 4.

Исследования показали, наибо-

Параметры ускоряющего элемен-

лее эффективным способом получе-

та определяются из условия неиска-

−

j[T

−T

]}

женной передачи низкочастотной

2ωT

составляющей релейного элемента.

Частота дополнительного высоко-

Годографы характеристик J(w),

частотного сигнала f_oc(w₀) должна

J₁(w) и J₂(w) изображены на рис. 5.,

быть на порядок выше частоты

построение которых позволяет

входного задающего сигнала f_вх.

определить необходимую частоту

Она определяется допустимой

дополнительного воздействия w₀ .

частотой коммутации силовых клю-

Результаты вибрационной линеа-

чей. Исходя из этого, можно при-

ризации для различных режимов

Рис. 7. Структурная схема линеари-

нять

изображены на рис. 6.

зованной системы позиционного

На основе линеаризации контура

электропривода железнодорожной

−T

тока, была получена структурная

стрелки.

схема позиционного электроприво-

да железнодорожной стрелки,

которая позволяет в полной мере

оценить динамические свойства

данного привода (рис. 7).

Переходные процессы при пере-

воде железнодорожной стрелки в

прямом и обратном направлении

представлены на рис. 8.

Недостатки применяемых в

настоящее время электроприводов

стрелок могут быть устранены за

счет внедрения вентильных элек-

тродвигателей,

использование

которых позволит повысить надеж-

ность, быстродействие и частоту

переключений.

Рис. 8. Переходные процессы при переводе стрелки.

ния требуемой частоты, при линеа-

Коэффициент передачи ускоряю-

Литература

ризации автоколебаниями, является

щего элемента выбирается из усло-

введение так называемой замедлен-

вия

c⋅КУЭ ≥b

1. Цыпкин Я.З. Теория релейных систем

ной внутренней обратной связи,

Для возникновения автоколебаний

автоматического

регулирования.

охватывающей релейный элемент.

необходимо выполнить условия [1]:

Москва, 1955.

Для данной релейной системы,

ImJ(ω

)= −b; ReJ(ω

)

≤0

на основании предварительного

анализа и исследований возможных

Характеристика релейной систе-

вариантов выбора ускоряющих эле-

мы J(w), равная сумме характери-

ментов, наиболее целесообразно

стик линейной части системы и

взять элемент, обладающий переда-

ускоряющего элемента, определит-

точной функцией:

ся по формуле -

ИНФОРМАТИКА

№ 5 2007

Выбор ключевых входных параметров

типовых конструкций автомобильных

электростартерных установок на основе

расчета коэффициентов влияния

Ермаков В.В., профессор, к.т.н.,

тов системы электрооборудования.

тры называются ключевыми

[4].

Тольяттинский государственный

Особая роль здесь у электромеха-

Известно, что точностные параме-

университет, г. Тольятти

нических преобразователей

(элек-

тры активной зоны электромехани-

Козловский В.Н., к.т.н.,

тростартеров, электрогенераторов,

ческого преобразователя (ЭП) ока-

ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти

электроусилителей и т.д.). Отсюда

зывают наиболее существенное

вывод - качественное проектирова-

влияние на его рабочие характери-

В статье решаются вопросы

ние и производство электрообору-

стики.

методического и математическо-

дования автомобиля является

Определение группы ключевых

го обеспечения выполнения требо-

гарантией стабильности техниче-

параметров для наиболее приме-

ваний стандарта ISO/TS 16949 к

ских характеристик ее элементов.

няемых конструкций автомобиль-

поиску и актуализации ключевых

Сегодня многие организации

ных электростартерных установок

параметров типовых конструкций

России активно используют универ-

позволит проводить оптимизацию

современных электростартерных

сальный стандарт ИСО

9001

процессов проектирования и произ-

установок (FMEA). Определение

«Системы менеджмента качества.

водства как существующих, так и

ключевой группы проводится из

Требования» для решения проблем

новых ЭП.

совокупности всех размерных

в области качества.

Наиболее массовыми типами

параметров активной зоны элек-

Во многих отраслях на основе

автомобильных электростартеров

тромеханического преобразовате-

ИСО 9001 разработаны более под-

сегодня являются ЭП постоянного

ля на основе расчета коэффициен-

робные стандарты, отражающие

тока с возбуждением от постоянных

тов влияния, программированием в

отраслевую специфику. В автомо-

магнитов и с электромагнитным

математической среде MATLAB.

билестроении таким документом

возбуждением.

По количественным значениям

является ISO/TS

16949, согласо-

В представленной работе описы-

коэффициентов влияния осущест-

ванный ведущими мировыми произ-

вается комплексная программа

вляется выбор и описание влияния

водителями автомобилей.

определения группы ключевых

ключевых параметров на техниче-

В процессе проектирования и

параметров электростартеров типо-

ские характеристики электро-

разработки новой продукции,

вых конструкций на основе расчета

стартера. На основе полученных

одним из основных требований

коэффициентов влияния.

результатов, авторы работы

стандарта ISO/TS

16949 является

В качестве входных параметров

предлагают проводить оптимиза-

наличие в организации межфун-

программы будем рассматривать

цию процессов проектирования и

кционального подхода, позволяю-

основные геометрические размеры

производства электростартеров

щего наиболее эффективно учиты-

активной зоны электростартера. В

для повышения качества и ста-

вать факторы и интересы всех сто-

качестве выходных

- технические

бильности его технических харак-

рон, принимающих участие в проек-

характеристики электростартера, к

теристик.

те. То есть проектирование ориен-

которым относятся характеристика

тировано на эффективность, упро-

холостого хода (ХХХ) и электроме-

В современных условиях процес-

щение и оптимизацию.

ханические

характеристики.

сы проектирования и производства

При проектировании следует

Электромеханическими характери-

должны быть интегрированы в еди-

проводить анализ видов и послед-

стиками называется зависимость

ную систему, основой которой явля-

ствий несоответствий конструкции

основных параметров стартерного

ется качество. Качество, в данном

FMEA.

электродвигателя

(напряжения,

случае, это соответствие техниче-

Основным принципом FMEA при

частоты вращения, момента, КПД,

ских характеристик, заложенных

разработке конструкции, техноло-

мощности) от тока стартера [5].

при проектировании, характеристи-

гии, а также при изготовлении и

Оценку влияния входных размер-

кам, обеспеченным производством.

контроле в производстве является

ных параметров электростартера на

Известно, что эксплуатационная

особое внимание к параметрам,

выходные технические характери-

надежность автомобиля во многом

влияющим на технические характе-

стики можно осуществлять через

определяется надежностью элемен-

ристики продукции, такие параме-

коэффициенты влияния, опреде-

ИНФОРМАТИКА

№ 5 2007

Рис. 1. Структура про-

граммы расчета коэф-

фициентов влияния

электростартера с

электромагнитным воз-

буждением.

ляющие степень влияния погрешно-

программа, структура которой при-

К этим параметрам относятся внут-

стей входных параметров на

ведена на рис. 1.

ренний диаметр расточки статора

погрешности выходных.

Для электростартера с возбужде-

(для ЭП с электромагнитным воз-

Относительный

коэффициент

нием от постоянных магнитов

буждением) или внутренний диа-

влияния j-го входного параметра на

построена программа, структура

метр полюсов (для ЭП с возбужде-

i-й выходной в общем виде может

которой приведена на рис. 2.

нием от постоянных магнитов) и

быть определен как:

Программы выполнены в матема-

наружный диаметр якоря. Данные

тической среде MATLAB.

параметры принимают участие в

,..., x

)

В подпрограмме 1 (рис. 1, 2) осу-

формировании рабочего воздушно-

•

(1)

ществляется ввод номинальных зна-

го зазора машины. Размеры паза

,..., x

)

чений размерных параметров актив-

якоря (высота и ширина) оказывают

Подставляя в выражение (1) расчет-

ной зоны, расчетных коэффициен-

меньшее влияние на формирование

ные номинальные значения параме-

тов, кривой намагничивания мате-

МДС машины. Однако их влияние

тров, получим численное значение

риалов пакета якоря и статора.

также значимо.

данного коэффициента влияния.

В подпрограмме 2 производится

В подпрограмме 4 (рис. 1, 2) про-

Связь между входными и выход-

расчет коэффициентов влияния

изводится расчет коэффициентов

ными параметрами электростартера

размерных параметров активной

влияния входных параметров на

осуществляется на основе методики

зоны на МДС электростартера при

общие потери, КПД, частоту враще-

расчета электромагнитных характе-

холостом ходе и нагрузке.

ния якоря, полезный момент на

ристик электродвигателя постоян-

Результаты расчета коэффициен-

валу. Соответствующие значения

ного тока с возбуждением от посто-

тов влияния входных параметров на

коэффициентов влияния выводятся

янных магнитов и с электромагнит-

МДС при холостом ходе и нагрузке

в аналитической форме и в количе-

ным возбуждением [1, 3].

позволяют выделить размерные

ственном выражении.

Для определения аналитических

параметры активной зоны электро-

Внутренний диаметр расточки

выражений и численных значений

стартера с электромагнитным воз-

статора

(для ЭП с электромагнит-

коэффициентов влияния электро-

буждением и с возбуждением от

ным возбуждением) или внутренний

стартера с электромагнитным воз-

постоянных магнитов, которые наи-

диаметр полюсов (для ЭП с возбуж-

буждением нами была построена

более существенно влияют на МДС.

дением от постоянных магнитов) и

ИНФОРМАТИКА

№ 5 2007

Рис. 2. Структура

программы расчета

коэффициентов влия-

ния электростартера

с возбуждением от

постоянных магнитов.

длина пакета якоря оказывают наи-

оказывающая наиболее существен-

Литература:

более существенное влияние на

ное влияние на технические харак-

1. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов

общие потери в машине. Эта же

теристики электростартера, вклю-

А.Н. Электрические машины с постоян-

группа параметров обладает наи-

чает в себя внутренний диаметр

ными магнитами. - М.: Энергия, 1964.

большими значениями коэффици-

расточки статора (для ЭП с электро-

2. Козловский В.Н.,

Немцев А.Д.

ентов влияния, рассчитанных отно-

магнитным возбуждением) или

Расчетные исследования зависимости

сительно КПД машины.

внутренний диаметр полюсов

(для

характеристик автомобильного генера-

На частоту вращения якоря и

ЭП с возбуждением от постоянных

тора от технологических разбросов его

полезный момент на валу оказы-

магнитов),

наружный диаметр

конструктивных

размеров

вают одинаково значительное влия-

якоря, длину пакета якоря, высоту и

Автотракторное электрооборудование.-

ние длина пакета и наружный диа-

ширину паза якоря.

2002., №1.-С.17.

метр якоря.

Использование

полученных

3. Морозов А.Г. Расчет электрических

Кроме перечисленных размерных

результатов может стать основани-

машин постоянного тока. - М., 1977.-

параметров активной зоны электро-

ем для более эффективного назна-

264 с.

стартера, существенное влияние на

чения геометрических полей допу-

4. Юнак Г.Л., Годлевский В.Е., Иванов Г.В.,

электромеханические характери-

сков на выделенные входные пара-

Лощилина И.В. Планирование и приме-

стики оказывает индукция в рабо-

метры, для более глубокого изуче-

нение FMEA конструкции, технологии и

чем воздушном зазоре машины при

ния влияния точности изготовления

оборудования на ОАО «АВТОВАЗ».-

нагрузке. Этот параметр, используя

размеров активной зоны на ста-

Самара: Офорт, 2005.

методику

[1,

3], определяется с

бильность и качество технических

5. Ютт В.Е. Электрооборудование автомо-

помощью ХХХ, следовательно, его

характеристик перспективных кон-

билей. - Учебник для вузов, Горячая

можно рассматривать как связую-

струкций электростартеров. Такой

линия - Телеком, М., 2006.

щее звено с коэффициентами влия-

подход обеспечивает выполнение

ния, рассчитанными относительно

требований стандарта ISO/TS

МДС при холостом ходе.

16949 к процессам проектирования

Таким образом, группа размер-

и производства продукции на осно-

ных параметров активной зоны,

ве постоянной оптимизации.

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

Проблемы повышения качества

генераторной установки с использованием

дискретной или полиномиальной моделей

Козловский В.Н., к.т.н.,

ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти

говорит

об

ответственности:

гического процесса производства. В

«Организация отвечает за качество

качестве входных параметров опре-

Евдокимов В.Г., к.т.н.,

Дальневосточный военный институт,

продукции и за соответствие всем

делены линейные размеры генера-

г. Благовещенск

требованиям потребителя, незави-

тора, изменяющиеся, как и в реаль-

симо от того, какие процессы пере-

ном технологическом процессе, по

В работе проводится анализ сов-

даны для выполнения на сторону,

нормальному закону распределе-

ременных методов улучшения

какие методы используются для

ния [7]. В качестве выходных - тех-

качества и оптимизации процессов

управления этими процессами».

нические характеристики генерато-

проектирования и производства

Кроме того, стандарт подразуме-

ра: характеристика холостого хода

автомобильных генераторов.

вает применение методов бережли-

(ХХХ) и токоскоростная характери-

Повышение стабильности техни-

вого производства: системы визу-

стика

(ТСХ). Результатом работ

ческих характеристик генерато-

альных методов управления произ-

стал комплекс программ и моделей,

ра, в условиях существующего

водственной линией, выравнивание

выполненный в математической

технологического процесса,

производства, методов защиты от

среде MATLAB и состоящий из про-

можно добиться путем внедрения

ошибок, вытягивающей системы

граммы расчета коэффициентов

селективной сборки. Для реализа-

производства, производство в пото-

влияния, имитационной модели

ции этой программы предлагается

ке единичных изделий, оптимиза-

генератора, имитационной модели

использовать дискретную или

цию организации рабочих мест и

технологического процесса произ-

полиномиальную модель генерато-

размещения производства [2].

водства.

ра, которая организует быстрый

Таким образом, можно отметить,

В данной работе рассматривает-

переход от размерных параме-

что сегодня наблюдается интегра-

ся дискретная и полиномиальная

тров сборочных единиц активной

ция методов улучшения качества

модели генератора, которые могут

зоны генератора к его техниче-

продукции

- с одной стороны, и

стать основой оптимизированного

ским характеристикам. Так обес-

методов оптимизации процессов - с

процесса производства электроме-

печивается система прогнозирова-

другой.

ханического преобразователя (ЭП).

ния выходных характеристик на

В работах [4, 5, 6] показано, что

Это является следующим шагом в

стадии производства, что отвеча-

технологические разбросы размер-

исследовании стабильности техни-

ет современным требованиям про-

ных параметров активной зоны

ческих характеристик генератора.

цесса изготовления продукции.

генератора оказывают существен-

При разработке и внедрении

ное влияние на его технические

оптимизированного

процесса

Обеспечение высокого уровня

характеристики. Разработан обоб-

селективной сборки изделия, когда

качества при проектировании и про-

щенный критерий качества техноло-

с целью получения наиболее ста-

изводстве любого изделия непо-

средственно зависит от эффектив-

Генератор

Имитационное

Ввод входных и

ности управления данными процес-

случайных чисел

Группа входных

моделирование

выходных параметров

для нормального

параметров

технологического

в рабочее окно

сами. Сегодня существует достаточ-

закона распределения

процесса

программы

но большое количество инструмен-

тов улучшения деятельности в орга-

Дискретная

низациях. Однако наиболее широ-

Оценка стабильности

выходных

Сравнение

модель

кое распространение получили

параметров

генератора

инструменты на основе стандарта

ИСО 9001.

Организация поиска

Можно сказать, что следующим

Организация

оптимальных

счетчика рабочих

этапом повышения эффективности

сочетаний входных

вариантов

параметров

системы управления предприятиями

автомобильной отрасли является

внедрение стандарта

ISO/TS

Рис.1. Структурная схема организации дискретной модели.

16949:2002, который более четко

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

бильных технических характери-

стик требуется проводить поиск

Группа входных

параметров

Расчет выходных

оптимального сочетания сборочных

(предельные и средние

параметров

значения по ТУ )

единиц по входным параметрам в

соответствии с ТУ, необходимо

обеспечить быстрое прогнозирова-

Генератор

Имитационное

Определение

случайных чисел

Группа входных

моделирование

коэ ициентов

ние влияния сочетаний входных

для нормального

параметров

технологического

полиномов

параметров на выходные.

закона распределения

процесса

Для решения этой задачи можно

использовать дискретные или поли-

Полиномиальная

Оценка стабильности

Сравнение

модель

номиальные модели генератора.

выходных

генератора

параметров

Дискретная модель представляет

собой совокупность массивов раз-

личных сочетаний входных параме-

Организация поиска

Организация

оптимальных

тров и соответствующую ей сово-

счетчика рабочих

сочетаний входных

вариантов

параметров

купность массивов выходных, орга-

низованную таким образом, чтобы

при выборе сочетаний первых

Рис.2. Структура организации полиномиальной модели генератора.

можно было перейти к однозначно-

му значению вторых. Реализация

дискретной модели генератора про-

четным способом, прогнозируя

ний диаметр расточки статора (м), li

ведена в рабочем окне математиче-

кривую токоскоростной характери-

- длина расточки статора (м), Dvt -

ского пакета MATLAB. Структурная

стики генераторной установки по

диаметр втулки, Dm - внутренний

схема организации модели пред-

трем точкам: начала токоотдачи

диаметр полюсной системы (м), lvt

ставлена на рис. 1.

(n1), номинального режима

(n2) и

- длина втулки (м), lst - зазор в

Посредством дискретной модели

режима близкого к максимальной

стыке (м).

можно проводить поиск оптималь-

токоотдаче (n3).

Здесь необходимо отметить, что в

ных сочетаний размерных параме-

моделях обозначена взаимосвязь

(-2•10

) • Dp

+3.03•10

•Dp

(-1.1•10

)

тров сборочных единиц генератора.

между особой группой размерных

(-1.38•10

) • Di

+1.96•10

•Di

(-6.36•10

)

Однако для хранения массивов

параметров, выделенной на этапе

(-8.5•10

) •li

2.85•10

•li+9.67•10

входных и выходных параметров

расчета коэффициентов влияния [6].

-6

3.21•10

•Dvt

(-3.6•10

) • Dvt

2.68•10

требуется значительный объем

Полиномиальная модель выполнена

2.15•10

•Dm

(-2.83•10

) • Dm

+1.04•10

памяти компьютера

(чем больше

в математической среде MATLAB.

4.53•10

•lvt

(-2•10

) •lvt

+1.15•10

рабочих вариантов, тем больше

Адекватность моделей вытекает

5•10

•lst

2.44•10

•lst

+1.12•10

объем).

из того, что в их основе лежит

У модели генератора, выполнен-

общепринятая методика расчета

ной на основе полиномов, этот

технических характеристик генера-

=1.8•10

•Dp

(-3.19•10

) • Dp

+1.41•10

недостаток отсутствует. Структура

тора

[1]. Достоверность результа-

2.34•10

•Di

(-4.2•10

) • Di

+1.88•10

организации модели представлена

тов моделирования подтверждается

2.55•10

•li

(-1.53•10

) •li +

4.13•10

на рис. 2.

6.36•10

•Dvt

(-5.47•10

) • Dvt

+1.17•10

результатами научно-исследова-

Главное отличие структуры орга-

5.99•10

•Dm

(-7.85•10

) • Dm

2.74•10

тельских работ, выполненных в

низации полиномиальной модели от

9.07•10

•lvt

(-1.82•10

) •lvt

+1.85•10

ОАО «АВТОВАЗ».

дискретной заключается в том, что

(-3.49•10

)*lst

4.42•10

•lst

+1.62•10

На последнем этапе работы про-

для создания первой требуются

водится теоретическое сравнение

массивы входных параметров, соо-

стабильности технических характе-

2•10

•Dp

(-3.77•10

) • Dp

+1.78•10

тветствующие их предельным и

ристик партий генераторов задан-

4.41•10

•Di

(-7.9•10

) • Di

+3.53•10

средним значениям по ТУ, в соо-

ного объема, рассчитанных с

=1.13•10

•li

(-6.81•10

) •li + 3.2•10

тветствии с тенденцией влияния

помощью имитационной модели

(-3.19•10

) • Dvt

+8.03•10

•Dvt

4.66•10

изменений параметров на электро-

технологического процесса произ-

6•10

•Dm

(-3.09•10

) • Dm

+1.48•10

магнитные характеристики

(табл.

водства генератора, с партией опти-

9.07•10

•lvt

(-13.6)•lvt

2.12•10

1). А для создания второй обеспе-

мизированных на основе дискрет-

6.5•10

•lst

+5.54•10

•lst

+1.84•10

чивается переход от индивидуаль-

ной и полиномиальной моделей [4].

ных сочетаний входных параметров

Для решения этой задачи организо-

к поиску и выводу соответствующих

n₁, n₂, n₃

- частоты вращения

вана программа сравнения и оценки

выходных, в группе массивов задан-

ротора, соответствующие началу

результатов.

ного объема.

токоотдачи, номинальному режиму

Полученные данные позволяют

Полиномиальная модель связы-

и максимальной токоотдачи, соо-

утверждать, что использование дис-

вает входной размерный параметр с

тветственно (мин^-1), Dp - наружный

кретной или полиномиальной моде-

выходным электромагнитным рас-

диаметр ротора (м), Di - внутрен-

лей для прогнозирования техниче-

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

ских характеристик генератора является эффективным

выходным. При этом наблюдается повышение стабиль-

инструментом. В процессе селективной сборки обеспе-

ности технических характеристик генератора, а, следо-

чивается быстрый переход от входных параметров

вательно, и его качества.

Таблица 1. Тенденция влияния изменений параметров

на электромагнитные характеристики.

Литература

1. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических

машин переменного тока. - М., 1982.- 272с.

(lst)

2. Джеймс П.Вумек, Дэниел Т.Джонс Бережливое производ-

(Dp)

ство. Как избавиться от потерь и добиться процветания

вашей компании. М.: Альпина Бизнес Букс, 2006. - 472с.

(Di)

3. Кантор В.И., Анисифоров О.Н. Алексеева Г.Н. и др.

Оптимальное управление точностью обработки деталей в

(Dm)

(Dvt)

условиях АСУ. М.: Машиностроение, 1981.

4. Козловский В.Н., Немцев А.Д. Управление качеством и

(lvt)

надежностью автомобильного генератора. Учебное пособие.

(li)

- Тольятти., 2005.-132с.

(lst)

5. Немцев А.Д., Козловский В.Н. Моделирование - инструмент

(Dp)

управления качеством продукции // Автомобильная про-

мышленность. 2003. - №10. С.1.

(Di)

6. Немцев А.Д., Козловский В.Н. Математические модели для

оценки влияния технологических погрешностей на рабочие

(Dm)

(Dvt)

характеристики

автомобильного

генератора

Автотракторное электрооборудование. - 2001 №9-10.

(li)

7. Шиндовский Э., Шюрц О. Статистические методы управления

(lvt)

качеством. - М., 1976.-600с.

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

Задачи и функции предприятий вторых

поставщиков, аккредитованных в Системе

сертификации «Военэлектронсерт»

Степанов Ю.И., к.т.н.,

анализа данных об отказах из

ЗАО «Московская электронная

сферы входного контроля, произ-

компания», г. Москва

водства и эксплуатации радио-

электронной аппаратуры ВВТ.

Известно, что в условиях рыноч-

Для проведения контроля за соб-

ных отношений, связь между

людением вторым поставщиком

предприятиями-изготовителями

требований Министерства обороны

и потребителями продукции наи-

РФ по порядку формирования зака-

более оптимально обеспечивает-

за, организации закупок, хранения

ся институтом посредников, т.е.

и поставок изделий, по решению

организациями, которые заку-

Генерального заказчика устанавли-

пают продукцию у изготовителей

вается контроль представителя

и реализуют её. За рубежом эти

заказчика (ПЗ) второго поставщика.

функции выполняет сеть

По результатам аттестации ПВП

дистрибьюторов. В России

ЦОС «Военэлектронсерт» выдает

также есть дистрибьюторы про-

Свидетельство об аттестации с ука-

дукции народнохозяйственного

занием номенклатуры закупаемой и

назначения, в том числе и элек-

поставляемой ЭКБ (рис. 1).

тронной техники.

Однако аттестация ПВП в Системе

Рис. 1. Свидетельство об аттеста-

«Военэлектронсерт» является необ-

Для решения вопросов сбыта

ции в Системе Военэлектронсерт».

ходимой, но не достаточной проце-

изделий электронной техники,

дурой для его деятельности в рам-

квантовой электроники, электро-

ках Гособоронзаказа. Для юридиче-

техники (далее - электронная ком-

новленных и регламентированных

ского обеспечения деятельности

понентная база - ЭКБ) и продукции

нормативными документами

(НД),

ПВП существует соответствующая

военного назначения аккредитова-

утвержденными

Начальником

правовая и директивная

(в рамках

на и эффективно действует сеть

Вооружения ВС РФ (НВ ВС РФ), при-

Министерства Обороны) база.

предприятий вторых поставщиков

менительно к конкретным группам

Учитывая, что работа ПВП связана

(ПВП).

(подгруппам) однородной продукции.

с продукцией военного назначения,

По определению, второй постав-

Второй поставщик, как правило,

их деятельность строго регламенти-

щик - это предприятие Российской

должен иметь юридически оформ-

рована директивами НВ ВС РФ.

Федерации, являющееся юридиче-

ленные соглашения с предприятия-

22 ЦНИИИ МО РФ проводит

ским лицом и осуществляющее

ми-изготовителями изделий с

методическое сопровождение сер-

закупку изделий военного назначе-

целью:

тифицированных систем качества

ния, их хранение, организацию

• организации совместной системы

координации деятельности вторых

дополнительного контроля и испы-

планирования производства кон-

поставщиков в интересах Минобо-

таний (при необходимости) а также

кретных типов изделий на основе

роны России:

поставку потребителям для комплек-

формирования вторым поставщи-

• устанавливает порядок закупок

тования радиоэлектронной аппара-

ком пакета заказов и согласова-

электрорадиоизделий иностранно-

туры (РЭА) вооружения и военной

ния его с планами производств

го производства военного и двойно-

техники, с выполнением гарантий-

изготовителя;

го назначения, с повышенными экс-

ных обязательств по срокам, объему

• возможного участия в обеспечении

плуатационными характеристиками

и комплектности поставок.

изготовителя изделий необходи-

и специальной стойкостью, вторыми

Официальным признанием и осно-

мыми материалами и комплектую-

поставщиками в условиях действую-

ванием для начала деятельности

щими, участия в инвестиционной

щих экспортных ограничений;

предприятия в качестве второго пос-

деятельности в интересах органи-

• устанавливает порядок взаимо-

тавщика изделий военного назначе-

зации и развития производства;

действия в области обеспечения

ния является его аттестация в Сис-

• организации работ у изготовителя

особо надежной аппаратуры воен-

теме

«Военэлектронсерт» на право

по повышению уровня качества

ного, специального, двойного и

выполнения функций и задач, уста-

поставляемых изделий на основе

гражданского назначения унифи-

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

цированной электронной компо-

нентной базой иностранного про-

изводства.

Задачи и функции ПВП

На ПВП возлагается выполнение

следующих задач и функций:

• изучение и анализ спроса

(по

номенклатуре, объемам, срокам

поставок изделий, заявленных в

области аккредитации) предприя-

тий-изготовителей РЭА военного

назначения и формирование ком-

плексных заявок на поставку

изделий;

• анализ состояния производства,

выпуска и качества продукции по

номенклатуре изделий, планируе-

мых для поставок, и подготовка

соглашений с соответствующими

предприятиями-изготовителями

изделий;

• участие в организации работ по

сертификации системы качества

(СК) предприятий-изготовителей

Рис. 2. Изделия радиоэлектронной аппаратуры - диоды СВЧ.

изделий, с которыми у второго

поставщика имеются долгосроч-

ные соглашения;

рекламационной работы и участие

Для решения изложенных

выше

• регистрация закупаемой и поста-

в анализе отказов поставляемых

задач и функций ПВП должно иметь

вляемой продукции с организаци-

изделий;

собственную систему качества, соо-

ей системы прослеживания партий

• представление

22 ЦНИИИ МО

тветствующую требованиям вышеу-

изделий от изготовителя до

дважды в год отчетов по согласо-

помянутого РД В 319.010-2002.

потребителя;

ванной форме о проведенных

Система

качества

второго

• формирование комплексных целе-

поставках изделий;

поставщика должна обеспечивать:

вых заказов, оформление сопрово-

• организация входного контроля и

• изучение, анализ и обобщение

дительной документации, органи-

рекламационной работы;

потребностей предприятий-изго-

зация транспортировки, хранения и

• разработка мероприятий по под-

товителей РЭА в конкретной

упаковки (переупаковки) изделий и

держанию и совершенствованию

номенклатуре изделий, формиро-

отправки их потребителю;

СК второго поставщика и ее эле-

вание перечня планируемых к

• организация испытаний (перепро-

ментов;

закупке изделий (рис. 2);

верок) партий изделий с превы-

• организация взаимодействия с ПЗ

• организацию взаимодействия с

шенными сроками хранения, уста-

на предприятии;

предприятиями-изготовителями

новленными нормативными доку-

• организация взаимодействия с

изделий и аттестованными вторы-

ментами. Принятие последующих

аттестованными вторыми постав-

ми поставщиками по оценке их

решений по их отгрузке потреби-

щиками для повышения эффек-

возможностей по производству

телям, а также организация, в

тивности выполнения поставок и

и/или поставке соответствующих

необходимых случаях, входного

работ по комплектованию РЭА.

групп изделий (по номенклатуре,

контроля, отбраковочных испыта-

Деятельность ПВП строго регла-

уровням качества, объемам и сро-

ний, диагностического неразру-

ментирована нормативными доку-

кам поставок);

шающего контроля и др.;

ментами, утвержденными Началь-

• формирование комплексных зака-

• разработка (или участие в разра-

ником Вооружения ВС России и

зов

(заявок) по каждому пред-

ботке) технических условий

(ТУ)

стандартами РФ. Например, РД В

приятию-изготовителю изделий, в

на изделия иностранного произ-

319.010-2002: Система доброволь-

том числе на проведение долгов-

водства (ИП);

ной сертификации радиоэлектро-

ременных поставок изделий и

• организация проведения испытаний

нной аппаратуры, электрорадиоиз-

заключение

соответствующих

поставляемых партий изделия ИП;

делий и материалов военного

договоров

(соглашений) с пред-

• регистрация данных о качестве

назначения

«Военэлектронсерт».

приятиями-потребителями и изго-

поставленных изделий, ведение

Требования ко второму поставщику.

товителями изделий.

ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ,

СЕРТИФИКАЦИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

№ 5 2007

ного

таможенного

комитета

Российской Федерации, а также

соответствующими требованиями

Минобороны Российской Федера-

ции.

Поставку изделий ИП, раз-

решенных для применения в РЭА

ВВТ, осуществляют юридические

лица, расположенные на террито-

рии Российской Федерации, если

иное не установлено международ-

ными договорами о военно-техни-

ческом сотрудничестве с иностран-

ными государствами.

Второй поставщик изделий

ИП, до заключения контрактов

(договоров) на их поставку, обязан

в письменном виде известить пред-

приятия-потребителей об отсут-

Рис. 3. Предприятие-изготовитель электронных изделий.

ствии или наличии ограничений

областей применения конкретной

продукции. Данные ограничения

Особенности

ных в странах ближнего зарубежья

могут основываться на требованиях

деятельности ПВП

(СБЗ) по нормативным и техниче-

национального законодательства

ским документам Российской

страны-поставщика и/или предло-

Наиболее важными особеннос-

Федерации для продукции военного

женных условиях зарубежной

тями деятельности ПВП, аккредито-

назначения, либо по документам,

фирмы. В настоящее время приняты

ванных в Системе

«Военэлектрон-

действовавшим на территории быв-

международные нормы об указании

серт», являются следующие:

шего СССР, в соответствии с заклю-

в контракте (или импортном серти-

1. Закупка изделий должна осу-

ченными соглашениями и действую-

фикате) целей и места использова-

ществляться на предприятиях-

щей нормативной документацией и

ния изделий, названий и адресов

изготовителях или у аттестованных

юридической базой.

предприятий-потребителей, обяза-

в установленном порядке вторых

Закупка изделий из СБЗ

тельств второго поставщика и пред-

поставщиков.

должна производиться на пред-

приятий-потребителей о том, что

Закупка изделий для поставок

приятиях, имеющих сертифициро-

экспортируемые изделия будут

предприятиям-изготовителям РЭА,

ванные (аттестованные) СК, продук-

использоваться исключительно в

осуществляемая вторым поставщи-

ция которых выдержала приемо-

заявленных целях и не будут реэкс-

ком, должна производиться на

сдаточные испытания, а ее качество

портироваться или продаваться

предприятиях, имеющих, как прави-

подтверждено результатами квали-

кому-либо без письменного согла-

ло, сертифицированную в установ-

фикационных и периодических про-

сия экспортера.

ленном порядке СК (производство)

верок (рис. 3).

Об указанных особенностях кон-

и документ, подтверждающий право

Закупка изделий на пред-

тракта с зарубежной фирмой-

работы предприятия с МО РФ.

приятиях-изготовителях СБЗ, не

поставщиком второй поставщик

Контракт с предприятием-изгото-

прошедших аттестацию СК, осу-

обязан также известить 22 ЦНИИИ

вителем на закупку изделий может

ществляется при представлении

МО в письменном виде.

предусматривать предоставление

предприятием-потребителем соо-

В связи с возрастающей ролью

второму поставщику данных по

тветствующего решения главного

ПВП в обеспечении и выполнении

качеству партий изделий и норма-

управления отрасли промышленно-

Гособоронзаказа, НВ ВС РФ, ФГУ

тивной документации (технические

сти и заказывающего управления

«22 ЦНИИИ Минобороны России»

условия или справочные листы на

МО, согласованного с Генеральным

совместно с ЦОС

«Военэлектрон-

изделия в согласованном с заказчи-

заказчиком.

серт» проводит постоянную работу

ком объеме, данные по уровням

Закупка изделий, изготов-

по повышению эффективности дея-

качества изделий, объем и резуль-

ленных предприятиями СБЗ по

тельности ПВП.

таты их отбраковочных испытаний

национальным нормативным доку-

В настоящее время подготовлены

по ТУ, сроки, порядок и условия

ментам, а также изделий иностран-

и находятся на рассмотрении

хранения у изготовителя и т.д.).

ного производства проводится в

проекты новых версий НД, устана-

Второй поставщик проводит

порядке, определенном Таможен-

вливающих требования ко вторым

закупку и поставку предприятиям-

ным кодексом Российской Федера-

поставщикам и порядок их аттеста-

потребителям изделий, изготовлен-

ции и документами Государствен-

ции.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 5 2007

Обзор отказов автомобильного

электрооборудования при воздействии

на него внешнего электромагнитного поля

Николаев П.А., к.т.н.,

ОАО «АВТОВАЗ», г. Тольятти

Статья посвящена вопросам безо-

пасности колесного транспортного

средства при воздействии на него

внешнего электромагнитного поля.

Рис. 1. Камера для

Рассмотрены отказы от заданного

испытаний электро-

алгоритма работы бортовой авто-

ники и электрообору-

мобильной электроники и электро-

дования в составе

оборудования, возникавшие на эта-

автомобилей на

пах опытно-конструкторских

устойчивость к

работ, при наведении излучением

внешнему электро-

помех в их электрических цепях.

магнитному полю.

В настоящее время помехоустой-

ствии на автомобиль внешнего

явления, связанные с отклонением

чивость электрооборудования явля-

излучения, а также выдача реко-

от заданного алгоритма работы

ется одним из основных критериев,

мендаций по устранению нежела-

электронной аппаратуры при воз-

по которому производится ком-

тельных эффектов, возникающих

действии внешнего излучения, а

плексная оценка транспортных

при облучении транспортного сред-

именно: превышение номинального

средств. Поэтому данным вопросам,

ства ЭМП.

напряжения в бортовой сети авто-

как за рубежом, так и в России, уде-

Методика проведения исследова-

мобиля, самопроизвольное враще-

ляется все больше внимания.

ний, связанных с облучением ЭМП

ние электромеханического усилите-

Следует отметить, что если тран-

электронных устройств и приборов,

ля рулевого управления (ЭМУРУ) и

спортное средство не удовлетворя-

базируется на общих требованиях,

сбои в работе автомобильной про-

ет критерию помехоустойчивости,

регламентируемых ГОСТ Р 41.10-99.

тивоугонной

системы

(АПС).

то оно не получит одобрения при

Суть ее заключается в том, что в

Понятно, что при появлении какой-

его омологации. Оценить восприим-

рабочей зоне устанавливаются зна-

либо из перечисленных неисправно-

чивость автомобильного электро-

чения электрической составляющей

стей увеличивается вероятность

оборудования к электромагнитному

ЭМП при отсутствии испытуемого

угрозы жизни людей, находящихся

полю возможно только лишь в спе-

транспортного средства на регла-

в салоне транспортного средства.

циализированных лабораториях.

ментированных частотах или в иссле-

Изменение потенциала бортовой

Такое подразделение, например,

дуемом спектральном диапазоне.

сети автомобиля в зависимости от

функционирует в ОАО «АВТОВАЗ».

Определяется подводимая к антенне

частоты ЭМП, динамика которого у

В круг задач данной лаборатории

мощность, которая необходима для

выборочного образца показана на

входят испытания транспортных

создания заданного электромагнит-

рис.

2, вызвано отклонением от

средств на устойчивость к внешнему

ного поля. После калибровок энерге-

нормальной работы интегрального

излучению.

тических параметров генераторов в

регулятора генератора напряжения

Подобного рода исследования

рабочую зону устанавливается авто-

(рис. 3,

4), вследствие чего возра-

проводятся с 2004 года. За прошед-

мобиль и подвергается воздействию

стает ток, протекающий в обмотке

ший период времени накоплен

излучения в спектральном диапазоне

возбуждения. Напряженность внеш-

достаточный материал, позволяю-

[30; 100] МГц. Во время испыта-

него электромагнитного поля во

щий дать комплексную оценку по

ний к антенне подводится амплитуд-

время

испытаний

составляла

восприимчивости автомобиля к

но-модулированный сигнал, мощ-

100 В/м. Эксперименты показали,

электромагнитному полю

(ЭМП).

ность которого ранее определена.

что увеличивается потенциал в бор-

Целью данного труда является

Параметры модулирующего воздей-

товой сети у автомобилей

(семей-

обобщение результатов испытаний

ствия составляют f_мод=1 КГц и глуби-

ство ВАЗ 2110 и «Самара-2»), осна-

изделий электрооборудования и

на m=80% (рис. 1).

щенных опытными генераторами

электроники на этапах опытно-кон-

Проводимые в рамках НИОКР

ВАЗ 2112-3701010, а также у тран-

структорских работ при воздей-

исследования позволили выявить

спортных

средств

семейства

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 5 2007

го по проводам к нагрузке, вслед-

ция уровня помех, наводимых в

ствие чего возможен их нагрев и

электрических цепях устройства

оплавление изоляции, приводящее

управления током обмотки возбуж-

к короткому замыканию в цепи;

дения. Рекомендуется применение

уменьшение срока службы освети-

катушек зажигания

2111-3705010-

тельных фонарей.

03 производства «Север», г. Ново-

Первый отказ характерен осыпа-

сибирск, вследствие их большого

нием активной массы с свинцовых

по площади магнитопровода, кото-

Рис. 2. Напряжение в бортовой сети

автомобиля при воздействии элек-

тромагнитного поля.

«Калина» и ВАЗ 2170 с установлен-

ными опытными

источниками

напряжения ВАЗ

1119-3701010.

Определено, что

у отдельных

образцов генераторов ВАЗ

1119-

3701010 предельное значение уров-

ня напряженности электромагнит-

ного поля, при котором регулятор

Рис. 3. Место установки в автомобиле генератора напряжения.

напряжения нормально функциони-

рует, составляет Е=12 В/м, тогда

как требования ГОСТ регламенти-

пластин АКБ, из-за чего происходит

руют порог не менее Е=30 В/м. В

помутнение электролита

(рис.

5).

ходе эксперимента установлено,

Это приводит к уменьшению емко-

что потенциал в бортовой сети авто-

сти аккумуляторной батареи либо к

мобилей семейства «Калина» и ВАЗ

ее полному выходу из строя.

2170 изменяется относительно

Второй отказ обусловлен увеличе-

номинального в диапазоне частот

нием тока накопления, протекаю-

[100; 700] МГц.

щего по первичной цепи катушки

У транспортных средств, таких

зажигания. Это, соответственно,

как семейство ВАЗ 2110 и «Самара-

приводит к превышению температу-

2», оснащаемых генераторами ВАЗ

ры нагрева корпуса относительно

2112-3701010 с опытными регулято-

предельно допустимого значения и

рами, поставленными из г. Моло-

к ее механическому разрушению.

Рис. 4. Конструкция генератора

дечно, отклонения в работе наблю-

Причем подобного рода поврежде-

напряжения. 1 - Интегральный регу-

дались после окончания ходовых

ния наблюдаются как у двухискро-

лятор напряжения.

ресурсных испытаний у 50% машин

вых катушек (рис. 6а), так и у инди-

при их пробеге 120000 км. Это гово-

видуальных катушек

(рис.

6б).

рит о снижении помехозащищенно-

Понятно, что при выходе из строя

сти электрооборудования с течени-

КЗ происходит остановка тран-

ем времени. При этом потенциал в

спортного средства. При повышен-

бортовой сети автомобилей семей-

ном бортовом напряжении повыша-

ства ВАЗ 2110 и «Самара-2» изме-

ется термическая нагрузка на про-

няется относительно номинального

вода питания за счет увеличения

в диапазоне частот f

[30; 700]МГц.

силы тока. Это приводит к разруше-

Повышенное напряжение, под кото-

нию изоляции с возможным после-

рым оказывается электрооборудо-

дующим коротким замыканием.

вание транспортного средства при

Методами борьбы против превы-

воздействии излучения, является

шения потенциала в бортовой сети

одной из основных причин отказа

автомобиля являются экранировка

аппаратуры.

Экспериментально

генератора и применение инте-

установлено, что потенциал борто-

гральных регуляторов напряжения,

вой сети при воздействии ЭМП

выполненных на кристалле с мини-

достигает U=21 В. При этом харак-

мальной установкой навесных элек-

терны следующие неисправности:

тронных компонентов. В первом

выход из строя аккумуляторной

случае происходит отражение элек-

Рис. 5. Аккумуляторная батарея.

батареи (АКБ) и катушек зажигания

тромагнитного поля от поверхности

Раствор электролита с осыпавшей-

(КЗ); увеличение тока, протекающе-

металла, а во втором - минимиза-

ся активной массой.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 5 2007

Рис. 6. Неисправности катушек зажигания.

Рис. 7. Электромеханический усилитель рулевого управ-

а) Двухвискровая катушка зажигания;

ления. а) Внешний вид; б) ЭМУРУ, установленный на авто-

б) индивидуальной катушки зажигания.

мобиле.

1- Разрушение, вызванное перегревом.

рый является также и тепловым

т и р о в а н и е

отводом.

электропрово-

Следующим дефектом, выявлен-

дящего рисун-

ным в ходе опытно-конструктор-

ка

электро-

ских работ при воздействии на

нной

платы

электрооборудование автомобиля

у с и л и т е л я

ЭМП, является самопроизвольное

р у л е в о г о

вращение электромеханического

управления и

усилителя рулевого управления

использование

Рис. 8. Блок автомобильной противоугонной системы.

(ЭМУРУ)

(рис.

7). Исследования

программного

а) Внешний вид; б) АПС, установленный на автомобиле.

показали, что самопроизвольные

п р о д у к т а ,

1 - Область, в которой происходит обмен данными

отклонения от заданного алгоритма

обеспечиваю-

между АПС и транспондером.

работы вращения данного устрой-

щего беспере-

ства, установленного на транспорт-

бойный обмен информацией в цепях

позволяющей определять n и испра-

ном средстве, происходят при его

данного устройства.

влять n-1 ошибок, а также решения,

облучении электромагнитным по-

Характер сбоев на этапах НИОКР

описанные выше.

лем. Такого рода неисправности

в работе автомобильной противоу-

В настоящее время вся продук-

возникают в диапазоне частот

гонной системы

(АПС)

(рис.

8а)

ция заводов-изготовителей, устана-

[170; 600] МГц. При испытаниях

выражается в том, что невозможно

вливаемая на конвейере Волжского

отдельные образцы ЭМУРУ само-

считать кодовую посылку с тран-

автозавода, полностью соответству-

произвольно вращались при вели-

спондера

(рис.8б), встроенного в

ет как действующим российским

чине напряженности электромаг-

ключ зажигания, вследствие чего на

ГОСТ, так и международным требо-

нитного

поля

Е=37

В/м.

контроллер системы управления

ваниям по критериям электромаг-

Установлено, что отклонения от

двигателем не поступает команда

нитной совместимости, так как

алгоритма работы в большинстве

разрешения запуска двигателя внут-

поставщики в достаточной мере

случаев вызваны низкой помехоза-

реннего сгорания. Эксперимент

учли рекомендации исследователь-

щищенностью датчиков момента,

показал, что блокировка запуска

ской лаборатории ЭМС ОАО

отвечающих за измерение угла

ДВС, управляемого электронной

«АВТОВАЗ».

отклонения руля относительно его

системой, происходит при облуче-

нулевого положения.

нии транспортного средства ЭМП в

Понятно, что потеря контроля

диапазоне частот f

[50; 400] МГц.

Литература

над траекторией движения автомо-

Причем, на отдельных частотах у

1. ГОСТ Р 41.10-99 «Единообразные пред-

биля увеличивает вероятность полу-

различных образцов АПС порого-

писания, касающиеся официального

чения различной степени механиче-

вое значение напряженности элек-

утверждения транспортных средств в

ских повреждений или нанесения

тромагнитного поля, при котором

отношении электромагнитной совмести-

телесных повреждений пассажирам

автомобильная

противоугонная

мости. Технические требования, касаю-

транспортного средства. Увеличе-

система нормально функционирует,

щиеся широкополосных электромагнит-

нием помехозащищенности ЭМУРУ

составляет Е=8 В/м, тогда как тре-

ных помех, производимых транспортны-

от воздействия электромагнитного

бования регламентируют предельно

ми средствами, оснащенными искровым

поля является применение триви-

допустимый уровень не менее Е=60

зажиганием».

альных методов борьбы, направ-

В/м. Методами борьбы с блокиров-

2. Правила

10-02

ЕЭК ООН

ленных на ослабление влияния

кой запуска двигателя под воздей-

«Единообразные предписания, касаю-

излучения: экранировка; фильтра-

ствием излучения являются: приме-

щиеся официального утверждения тран-

ция сигналов, не несущих полезную

нение сигнала опроса транспондера

спортных средств в отношении электро-

информацию; оптимальное проек-

на основе кода Хемминга с базой,

магнитной совместимости».

ИНФОРМАЦИЯ

№ 5 2007

О Международном авиационно-

космическом

салоне

Торжественное открытие между-

народного авиационного салона

«МАКС-2007» состоялось

21 авгу-

ста. Проводимый в восьмой раз на

базе

Летно-исследовательского

института им. Громова в городе

Жуковский «МАКС» зарекомендо-

вал себя одним из ведущих авиаса-

лонов мира. Здесь демонстрируются

новейшие конструкторские и техно-

логические разработки, укрепляют-

ся деловые связи между российски-

Рис. 1. Делегация правительства Российской Федерации на

ми и зарубежными партнерами.

Международном авиационно-космическом салоне.

В первый день работы салона

организаторы представили обшир-

ную официальную программу:

Среди

компаний-участников

Всего в мероприятии приняли уча-

выступление

президента

«МАКС», занимающихся разработ-

стие более 500 компаний из разных

Российской Федерации Владимира

кой и производством электрообору-

стран.

Владимировича Путина и первого

дования летательных аппаратов,

На авиасалоне дебютировали

вице-премьера правительства стра-

были представлены такие крупные

новые модели самолетов. Одна из

ны Сергея Борисовича Иванова,

фирмы как ОАО «НПО Сатурн» (г.

них

- авиалайнер ИЛ

96-300,

тематические пресс-конференции и

Москва), ФГУП «ММПП Салют» (г.

выполненный для специального

круглые

столы,

презентации

Москва), ОАО «Пермский моторный

авиаотряда Управления делами пре-

отдельных компаний-производите-

завод»

(г.

Пермь),

ОАО

зидента РФ ГТК «Россия». Вторая -

лей авиационно-космической техни-

«Электроприбор» (г. Москва), ОАО

МиГ-29К/КУБ - новейший истреби-

ки и оборудования, демонстрацион-

«Мотор Сич» (Украина), ГП

«НПК

тель отечественного авиапрома.

но-показательные полеты.

Прогресс»

(Украина) и другие.

Накануне

открытия

«МАКС»

последнюю

модель тестировали

российские и индийские пилоты. По

мнению летчиков-испытателей, в

МиГе-29К/КУБ высокой оценки

заслуживает бортовое оборудова-

ние, в частности оптико-электро-

нная обзорно-прицельная система

ОЛС-УЭ и многофункциональные

индикаторы MFD-10-7.

Отличием

«МАКС» в 2007 году

стало неожиданно большое количе-

ство китайских участников. И это

оправданно. Ведь недавно в

Госсовете Китая сделали заявление

о создании нового самолета соб-

ственного производства, и с этой

целью уже обратились в Роспром,

предлагая проработать российско-

китайскую линию партнерства в

разработке силовой установки для

среднемагистрального пассажир-

ского самолета на 150 посадочных

мест. Таким образом, компании

Рис.2. Военный истребитель Су-30МК-501 на экспозиции салона «МАКС».

China Electronics Technology Group

ИНФОРМАЦИЯ

№ 5 2007

Corporation, China Aviation Industry

Corporation II заняли свои экспози-

ционные места на авиационно-кос-

мическом салоне.

Один из крупнейших стендов на

«МАКС-2007» представило москов-

ское ММПП «Салют». За последний

год данное предприятие освоило

серийное производство двигателя

АИ-222-25, заказчик которого

ВВС России. Вторая по величине

экспозиция

научно-производ-

ственного объединения

«Сатурн»,

демонстрирующего новую разра-

ботку

«Двигатель прогресса

«Интеллект».

В день открытия авиасалона про-

шли пресс-конференции по различ-

ным темам. Первой в конференц-

зале выступила делегация ВВС

Рис.3. Самолет китайской компании Air China Cargо.

общего назначения на

2001-2008

годы».

Международный авиационно-

космический салон, ежегодно про-

водимый в России, неразрывно свя-

зывает достижения современной

авиационной промышленности с

местом проведения «МАКС» - горо-

дом Жуковский.

Сейчас на территории Летно-

исследовательского института им.

Громова базируются крупнейшие

летные

базы:

«Туполев»,

«Ильюшин»,

«Яковлев», а в дни

проведения

«МАКС» решится

вопрос ещё одной - формализовать

Рис.4. Стенд компании «ММПП

свое присутствие в Жуковском пла-

США. Генерал Ульям Т. Хоббинс,

Салют».

нирует Объединенная авиастрои-

командир подразделений, дислоци-

тельная корпорация России.

рующихся в Европе, доложил о пла-

нах и целях участия США в «МАКС-

2007». В разгар выставочного дня

пресс-центр заняла Ассоциация

«Союз авиационного двигателе-

строения», представители которой

обсуждали повышение эффективно-

сти работы по двигателестроению в

России. Послеполуденные часы

были посвящены главной теме дня -

состоянию

малой

авиации

Самарской области. Перед участни-

ками, организаторами и зрителями

салона «МАКС» выступили сотруд-

ники Министерства промышленно-

сти и энергетики Самарского регио-

на с презентацией областной целе-

вой программы «Развитие авиации

Рис.5. Демонстрационно-показательные полеты. Пилотажная группа

«Стрижи» (МиГ-29, Россия).

ИНФОРМАЦИЯ

№ 5 2007

«ИНТЕРАВТО» и «Мотор Шоу» 2007

Первый месяц осени

2007 года

Экспо», что в два раза больше, чем

Рис. 1. Экспозиция коммерческого

открылся двумя яркими и динамич-

на подобном мероприятии в про-

транспорта.

ными выставками

«Интеравто» и

шлом году. Выставка представлена

«Мотор Шоу». В Москве, в выста-

тремя основными разделами

была насыщена и направлена на

вочном комплексе «Крокус Экспо»,

автомобильный, автокомпонентный

широкий круг профессионалов.

встретились представители более

и коммерческого автотранспорта.

Итак, в рамках мероприятий для

1000 компаний из 30 стран, специа-

Экспозиция коммерческого тран-

специалистов состоялись:

6-й кон-

лизирующихся в разных отраслях

спорта расположилась в залах

гресс технологов автомобилестрое-

автопрома, руководители феде-

третьего, нового, открывшегося

ния, конференция

«Коммерческий

ральных транспортных ведомств

вместе с

«Интеравто», павильона

транспорт в России - 2007. Перс-

России и автолюбители, для того

международного выставочного цен-

пективы. Проблемы. Возможности»,

чтобы познакомиться с новой про-

тра

(МВЦ). Свои презентационные

9-я конференция

«Двигатели для

дукцией, оценить достижения сов-

образцы грузовых автомобилей,

российских автомобилей», Между-

ременного рынка и установить

автобусов и прицепов продемон-

народная научно-техническая кон-

выгодные партнерские отношения.

стрировали здесь такие крупнейшие

ференция «Проблемы развития тех-

заводы и предприятия как ОАО

нического сервиса автотранспорт-

«ИНТЕРАВТО»

«КАМАЗ», АМО

«ЗИЛ», Группа

ных средств» и другие тематические

Международная выставка

«Ин-

«ГАЗ», МАЗ, ФОРД, КРАЗ, БАЗ и

выступления.

теравто» в третий раз прошла в

многие другие автопроизводители.

Организатор выставки, МВЦ

Москве с 29 августа по 4 сентября.

На выставке также состоялось 20

«Крокус Экспо», не оставил участ-

Масштабные экспозиции компаний-

международных премьер

- ГАЗ

ников и зрителей «Интеравто» без

участников из 15 стран мира и всех

Sebring,

16-я модель ВАЗ, яркие

сюрпризов.

29 августа главный

регионов Российской Федерации

премьеры от Hyundai и целого ряда

редактор «Книги рекордов России»

заняли

000 кв. м закрытых и

китайских производителей. Дело-

Алексей Свистунов зафиксировал

уличных площадей в

«Крокус вая программа

«Интеравто

2007» основные параметры, по которым

ИНФОРМАЦИЯ

№ 5 2007

МВЦ номинирован на рекорд стра-

ны как «самая большая выставоч-

ная площадь павильона».

«Мотор Шоу»

11-я Московская международная

выставка

«Мотор Шоу»

(MIMS)

успешно прошла с 29 августа по 2

сентября. Она максимально охвати-

ла такие отрасли автомобильной

промышленности, как тюннинг,

аксессуары, запчасти и компонен-

ты, электрооборудование.

На «Мотор Шоу» свою продук-

цию и новейшие разработки пред-

ставили: ЗАО «Автомобили и мото-

ры Урала» (Россия, г. Новоуральск)

- единственный на Среднем Урале

автомобильный завод, совместно с

Рис. 2. Экспоненты автомобильного

раздела выставки.

включая системы трансмиссии,

безопасности, рулевого управле-

ния, и многие другие компании.

По словам организаторов выстав-

ки, «Мотор Шоу 2007» четко обоз-

начил присутствие на современном

автомобильном рынке большой

группы компаний, сделавших целью

не только предоставление клиенту

конкретных товаров или услуг, но и

оказание комплексной поддержки

продаваемого продукта. Особенно

востребован такой подход в обла-

сти поставок оборудования.

Рис. 3. Павильон № 3, выставка

«Мотор Шоу».

китайскими компаниями выпускаю-

щий грузовики и легковые авто

нового

поколения;

ОАО

«Автоарматура» (Россия, г. Санкт-

Петербург) - российский произво-

дитель подрулевых переключате-

лей, замков зажигания, антенн, кно-

почных и клавишных выключателей;

УП «Белкоммунмаш» (Беларусь, г.

Минск)

- главное промышленное

предприятие Республики Беларусь в

области производства подвижного

состава городского электрического

транспорта;

Торговая

марка

«Дельфи» (Франция, г. Париж)

поставщик мобильной электроники

и транспортировочных систем,

Рис. 4. Уличная площадь выставки.

ИНФОРМАЦИЯ

№ 5 2007

Сведения об авторах

д.т.н., проф.Сидоров

к.т.н., проф. Суровцев

Борис Николаевич

Владимир Николаевич

(495) 155-04-20

8-927-848-35-74

к.т.н., проф. Набоких

к.т.н., Бабак

Владимир Андреевич

Александр Георгиевич

(495) 369-95-74

(495) 500-40-20

д.т.н., проф. Иньков

к.т.н., проф. Ермаков

Юрий Моисеевич

Виктор Васильевич

(495) 287-97-74

(8482) 28-01-06

д.т.н., проф. Феоктистов

к.т.н., Козловский

Валерий Павлович

Виктор Николаевич

(495) 684-24-52

(8482) 38-31-63

Алексеев

к.т.н., Степанов

Алексей Сергеевич

Юрий Иванович

(495) 684-23-45

(495) 774-70-28

д.т.н., проф. Драгомиров

к.т.н., Николаев

Сергей Григорьевич

Павел Александрович

(4922) 23-3497

8-917-122-46-90

ТРЕБОВАНИЯ К РЕКЛАМНЫМ И АВТОРСКИМ МАТЕРИАЛАМ

Рекламные материалы принимаются в форматах «.cdr», «.eps» или «.tif» (300 dpi). Цветовая модель — CMYK.

Все шрифты должны быть переведены в кривые.

Авторские материалы. Текст статьи в формате «.doc» (Microsoft Word). Все рисунки в форматах «.cdr» или «.eps»,

фотографии — в формате «.tif» (300 dpi). Каждый рисунок или фотография должны быть представлены отдельным

файлом.

СТОИМОСТЬ ГОДОВОЙ ПОДПИСКИ:

Печатные материалы, используемые в журнале,

(6 номеров) — 3 600 руб., в т. ч. НДС 18 %.

являются собственностью редакции.

Для подписки через редакцию необходимо направить

по факсу заявку с указанием банковских реквизитов,

При перепечатке ссылка на журнал обязательна.

наименования организации (фирмы), точного почтового адреса

и количества комплектов журнала, тел./факс: (495) 500-40-20,

Полученные материалы не возвращаются.

557-23-95

или подписаться через ОАО

«Роспечать» по Каталогу

Редакция оставляет за собой право корректорской и

издания органов научно-технической информации 2007 г.,

редакторской правки публикаций без согласования с

индекс 59990.

авторами.

СТОИМОСТЬ РЕКЛАМЫ:

2-я и 3-я страницы обложки — 24 000 руб.

Журнал распространяется через редакцию по адрес-

4-я страница обложки — 30 000 руб.

ной рассылке, через ОАО «Роспечать», на специализи-

одна страница внутри журнала — 12 000 руб.

рованных выставках и симпозиумах.